传感器课程设计孵化室温度控制DOC.docx
《传感器课程设计孵化室温度控制DOC.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器课程设计孵化室温度控制DOC.docx（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
传感器课程设计孵化室温度控制DOC
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：
孵化室控温控制电路设计
系别自动化学院班级测控本111
学生姓名祝祎杰学号2011313123
指导教师祝尚臻职称讲师
起止日期：
2014年3月3日起——至2014年3月14日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：
孵化室控温控制电路设计
系别测控技术与仪器班级测控本111/2
学生姓名 祝祎杰
学号 2011313123
指导教师祝尚臻职称讲师
课程设计进行地点：
F430
任务下达时间：
2014年3月3日
起止日期：
2014年3月3日起——至2014年3月14日止
教研室主任年月日批准
孵化室控温控制电路设计
1设计主要内容及要求
1.1设计目的：
1、了解温度控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。
2、初步掌握常用测温方法的特点和应用场合，并选择合适方法应用于本设计。
3、通过学习，具体掌握所选择测温方法和传感器等的使用特点和方法。
1.2基本要求
1、孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下：
孵化室温控制在36－42℃，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。
报警指示，当温度大于42℃或低于36℃时，用声光报警。
2、要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器和温度显示系统。
3、要有相应的控制算法（软件流程图）。
1.3发挥部分
自由发挥
2设计过程及论文的基本要求：
2.1设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；
（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。
项目齐全、不许涂改，不少于3000字。
图纸为A4，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。
3时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
2014.3.3
讲解主要设计内容，查阅相关资料。
打分
2
2014.3.4
检查资料查阅情况，听取学生方案。
打分
3
2014.3.5
检查学生初步方案的合理性，针对存在的问题予以解决
打分
4
2014.3.6
指导学生进行设计框图的设计
打分
5
2014.3.7
检查并指导学生进行传感器和主要元器件的选取
打分
1
2014.3.10
检查并指导学生进行原理图的设计
打分
2
2014.3.11
检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误
打分
3
2014.3.12
检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解原理图绘制及报告书写
打分
4
2014.3.13
继续修正逻辑图，指导原理图绘制方法，布置答辩
打分
5
2014.3.14
答辩、修改上交报告
打分
沈阳工程学院
孵化室控温控制电路设计课程设计成绩评定表
系（部）：
自动化学院班级：
测控本111学生姓名：
祝祎杰
指导教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
0.2
5
4
3
2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
0.2
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
评阅教师评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2
说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计
评阅教师签名：
年月日
课程设计总评成绩
分
中文摘要
传感器是一类用途十分广泛的器件，无论在国民经济建设中还是国防建设中，传感器都扮演着非常重要的角色。
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器不仅充当着计算机、机器人、自动化设备的感觉器官及机电结合的接口，而且已渗透到人类生命、生活的各个领域。
从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的传感器。
当今时代是一个自动化时代，生产、养殖等好多行业的设备都与计算机密切相关。
目前在中国，绝大部分的养殖场的温湿度的检测还停留在人工测量和记录的水平上，没有一个科学的高技术的测试系统。
因此，一个好的养殖场的温湿度的控制系统，将给养殖场带来该方面的技术革新。
随着电子技术的迅速发展，单片机在仪表中的应用日益广泛。
单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠。
本次设计中，我课程设计的内容孵化室温度控制，可以实现的功能有：
孵化室温控制在36～42℃，温度低时启动加热器加热，温度高时，启动制冷器冷却。
报警指示，当温度大于42℃或低于36℃时，用声光报警同时将温度传感器来采集温度的变化，经过放大电路放大后，进行A/D转换，将输入电压信号转换成数字量输出；显示模块直接连接数码管构成，显示实际测量值。
关键词：
温控器，单片机，数码管，显示
1设计主要内容及要求
1.1设计目的：
1、了解温度控制技术的基本知识以及电工电子学、单片机、传感器等相关技术。
2、初步掌握常用测温方法的特点和应用场合，并选择合适方法应用于本设计。
3、通过学习，具体掌握所选择测温方法和传感器等的使用特点和方法。
1.2基本要求
1、孵化室对温度有一定要求，温度是否合适直接影响孵化效果，为此需要对温度进行严格控制，主要指标如下：
孵化室温控制在36－42℃，温度低时启动电热器加热，温度高时，启动空调冷却。
报警指示，当温度大于42℃或低于36℃时，用声光报警。
2、要求设计相关的硬件电路，选择合适的传感器和温度显示系统。
3、要有相应的控制算法（软件流程图）。
1.3发挥部分
自由发挥
2设计思路
该系统温度的测量是通过双输出低功耗的温控器LM56来实现的，它是一个高精度、低功耗的温控器，其温度门限是由三个外部电阻对内部的1.25V带隙基准电压的方法产生的。
同时将引脚6、7脚的输出通过控制光耦来控制加热器和制冷器的启动与关闭，将5脚的模拟温度值通过单片机AD转换译码器转换通过数码管显示出来。
单片机工作需要给它一个5V的直流电源，这就需要一个稳压的过程，把220V交流电压通过变压器、整流桥、二极管、稳压器、滤波电容转换成5V直流电压。
把传感器采集的数据经过译码器显示在液晶屏上，同时控制声光报警电路，当温度大于42℃或低于36℃时，用声光报警，同时制冷器或加热器工作，是孵化室温度控制在要求范围内。
3设计方框图
直流稳压电源
C8051F020单片机
TMP37电压输出传感器
信号放大
判断是否报警
温度显示
<36℃
>42℃
制冷
加热
4各部分电路设计和过程分析
4.1.直流电源电路的设计
直流电源电路由变压器TF、整流桥RB、二极管D、三端稳压器7805、整形电路和滤波电容C1、C2组成。
电路如下图4-1所示
图4-1直流电源电路
变压器TF将220V的交流电压转换为5V低压，并利用整流桥RB转变为脉动直流电压。
然后通过二极管D经滤波电容C1和C2滤波后，生成无纹波的直流电压。
直流电压经三端稳压器7805稳压后，形成5V直流电压。
二极管D在脉动直流电压和滤波后的直流电压之间起隔离的作用.
4.2温度采集部分
图4-2TMP37示意图
TMP37在25℃时输出电压为500mv，每增加1℃，电压升高20mv
4.3温度控制部分的设计
图4-3温度控制电路
信号经放大器放大后，进入两个电压比较器。
以其中一个为例。
若信号电压高于比较电压，输出高电平，三极管工作，光电隔离器工作，制冷器或加热器工作，反之，则不工作。
其中门限电压的确定：
V1={（36℃-25℃）*20mv+500mv}*10=7.2V
V1={（42℃-25℃）*20mv+500mv}*10=8.4V
4.4声光报警系统
报警模块的电路图如图4-4所示。
电路由电阻、NPN三极管和蜂鸣器构成。
当温度超过报警温度时，由单片机的脚发出一个4kHz的方波来驱动蜂鸣器发出报警声。
图4-4声光报警电路
4.5显示电路
根据技术要求需将湿度测量结果显示出来，考虑到显示电路如不用译码器则电路会较复杂，为简化电路便于安装、调试，我采用了译码驱动电路。
如图4-5所示。
图4-5数码管显示电路
4.6光电隔离电路
图4-6光电隔离电路
光电隔离电路将电信号转化为光信号再转化为电信号能有效避免电信号之间的干扰。
在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数，选取原则如下：
（1）光耦合器的电流传输比（CTR）的允许范围是50%～200%。
这是因为当CTR＜50%时，光耦中的LED就需要较大的工作电流（IF＞5.0mA），才能正常控制单片开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。
若CTR＞200%，在启动电路或者当负载发生突变时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。
（2）推荐采用线性光耦合器，其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。
5系统软件分析
5.1软件流程图
在
图5-1单片机系统软件流程图
6元器件清单
名称
型号
数量
备注
碳膜电阻
若干
电桥
IN4004
2
比较器
LM339
2
电容
若干
二极管
2
三端器
IM7805
1
LED数码管
4
七段数码管
光电耦合器
2
三极管
4
NPN/PNP
发光二极管
1
蜂鸣器
1
单片机
C8051F020
1
电源
若干
译码器
74LS47
1
加热器
1
制冷器
1
电压跟随器
LM339
1
电压放大器
LM339
1
7主要元器件介绍
7.1电压输出型温度传感器TMP339简介
TMP37是低电压、精密摄氏温度传感器，提供与摄氏温度成线性比例关系的电压输出。
TMP37不需要执行任何外部校准，在+25°C时典型精度为±1°C，在−40°C至+125°C温度范围内典型精度为±2°C。
的低输出阻抗及其线性输出和精密校准可简化与温度控制电路和ADC的接口。
所有三个器件均可采用2.7V至5.5V的单电源供电。
电源电流低于50μA，自热效应非常小，在静止空气中小于0.1°C。
此外还可以利用关断功能将电源电流降至0.5μA以下。
TMP35与LM35/LM45功能兼容，25°C时提供250mV输出，温度测量范围为10°C至125°C。
TMP36的额定温度范围为−40°C至+125°C，25°C时提供750mV输出，采用2.7V单电源供电时工作温度可达125°C。
TMP36与LM50功能兼容。
TMP35和TMP36的输出比例系数均为10mV/°C。
TMP37适用于5°C至100°C的应用，输出比例系数为20mV/°C，25°C时提供500mV输出。
采用5V电源供电时，所有器件均可在最高150°C下工作，但精度有所下降。
TMP35/TMP36/TMP37提供低成本3引脚TO-92、8引脚SOIC_N和5引脚SOT-23表贴三种封装。
技术特性
∙低工作电压：
+2.7V至+5.5V
∙直接以摄氏度校准（°C）
∙比例系数：
10mV/°C（TMP37为20mV/°C）
∙精度：
±2°C（整个温度范围内，典型值）
∙线性度：
±0.5°C（典型值）
∙能稳定驱动较大容性负载
∙额定温度范围：
-40°C至+125°C，工作温度最高可达+150°C
∙静态电流：
小于50µA
关断电流：
0.5µA（最大值）
技术指标
∙ProductDescription:
LowVoltageTemperatureSensor,+5°Cto+100°C
∙25°CTempError（DegC）:
�2Deg
∙TempRange:
+5to+100
∙SupplyVoltageRange:
+2.7Vto+5.5V
∙SensorOutput:
+20mV/°C
∙SupplyCurrent:
50µA
OutputType:
Analog
7.2三端稳压集成电路IM7805简介
电气参数
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
输出电压
Vo
Tj=25℃
4.8
5.0
5.2
V
5.0mA<1o<1.0A,Po<15W
Vi=7.5vto20v
4.75
5.00
5.25
V
线性调整率
△Vo
Tj=25℃,Vi=7.5Vto25V
4.0
100
mV
Tj=25℃,Vi=8Vto12V
1.6
50
mV
负载调整率
△Vo
Tj=25℃,lo=5.0mAto1.5A
9
100
mV
Tj=25℃,lo=250mAto750mA
4
50
mV
静态电流
IQ
Tj=25℃
5.0
8
mA
静态电流变化率
△IQ
lo=5mAto1.0A
0.03
0.5
mA
Vi=8Vto25V
0.3
0.8
mA
输出电压温漂
△Vo/△T
lo=5mA
0.8
mV/
℃
输出噪音电压
VN
f=10Hzto100KHz,Ta=25℃
42
μV
纹波抑制比
RR
f=120Hz,Vi=8Vto18V
62
73
dB
输入输出电压差
Vo
lo=1.0A,Tj=25℃
2
V
输出阻抗
Ro
f=1KHz
15
mΩ
短路电流
1SC
Vi=35V,Ta=25℃
230
mA
峰值电流
1PK
Tj=25℃
2.2
A
7.3比较器LM339简介
LM339的特点和一些参数
1）电压失调小，一般是2mV；
2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v；
3）他对比较信号源的内阻限制很宽；
4）LM339vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；
5）输出端电位可灵活方便地选用。
6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc；
LM339集成块采用C-14型封装，外型及管脚排列如图。
由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。
LM339类似于增益不可调的运算放大器。
每个比较器有两个输入端和一个输出端。
两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。
用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。
当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。
当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。
两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。
LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。
选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。
因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。
另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。
7.4译码器74LS47简介
74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，该电路的输出为低电平时有效，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时对应字段熄灭。
该译码器能够驱动七段显示器显示0～15共16个数字的字形。
输入A3、A2，A1和A0接受4位二进制码，输出Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf和Qg分别驱动七段显示器的a、b、c、d、e、f和g段。
7个与非门和一个驱动器成对连接，以产生可用的BCD数据及其补码至7个与或非译码门。
剩下的与非门和3个输入缓冲器作为试灯输入（LT）端、灭灯输入/动态灭灯输出（BI/RBO）端及动态灭灯输入（RBI）端。
它在这里与数码管配合使用，它与数码管之间的关系如下：
（1）LT（——）：
试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。
当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。
（2）BI（—）：
灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。
BI（—）=0时。
不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。
（3）RBI（——-）：
灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。
当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全1。
其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。
（4）RBO（———）：
灭零输出，它和灭灯输入BI（—）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。
图7-174LS47引脚图
7.5单片机C8051简介
C8051F020单片机是Cygnal公司生产的，它是完全集成的混合信号系统级芯片（SOC）。
采用全速、非侵入式在系统调试接口，提供C编译调试环境，可以大大提高产品开发速度和效率。
我们使用的C8051单片机是目前各大高校及市场上应用最广泛的单片机型.其内部包含:
一个8位的CPU;4K的程序存储空间ROM;128字节的RAM数据存储器;两个16位的定时/计数器;可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路;32条可编程的I/O线;具有两个优先级嵌套的中断结构的5个中断源。
其引脚图如下图7-2。
图7-2C8051引脚图
7.6LED显示器简介
LED数码管分共阳极与共阴极两种，其工作特点是，当笔段电极接低电平，公共阳极接高电平时，相应笔段可以发光。
共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极（负极）短接后作为公共阴极。
当驱动信号为高电平、Ө端接低电平时，才能发光。
LED数码管等效于多只具有发光性能的PN结。
当PN结导通时，依靠少数载流子的注人及随后的复合而辐射发光，其伏安特性与普通二极管相似。
在正向导通之前，正向电流近似于零，笔段不发光。
当电压超过开启电压时，电流就急剧上升，笔段发光。
因此，LED数码管属于电流控制型器件，其发光亮度L与正向电流IF有关，用公式表示：
L=KIF
即亮度与正向电流成正比。
LED的正向电压U，则与正向电流以及管芯材料有关。
使用LED数码管时，工作电流一般选10mA左右／段，既保证亮度适中，又不会损坏器件。
图7-3LED显示器引脚图
小结
过两周的设计，让我学习到了有关有温度传感器方面的很多知识，使我在一周的课程学习后更加深刻地认识到了自己所学专业的重要性和趣味性。
在这次课程设计中我以书中内容为基础，通过查阅课外的知识完成本设计要求的内容，达到了学习的目的。
通过这两个星期的学习与努力，在克服了许多学习困难后我深深认识到自己不论是在知识储备还是学习能力方面还存在很多不足，基础知识还很薄弱，实践经验比较缺乏，动手能力也有待提高，理论联系实际的能力仍急需提高。
在课程设计期间，我的自学能力以及搜集提取资料信息能力得到了切实的培养与锻炼……在这个过程中，我也曾在众多困难前挫败沮丧过，可尽管如此我并没有屈服过那些所谓的坎坷。
因为我知道，只要我们付出努力、勤于向老师同学请教，就会有收获，就能克服各种各样的困难。
美好的人生就是在不断的劳动后才得以进步。
虽然课程设计对大学生而言是一种很好的锻炼，它让我们进一步将理论知识运用到实际当中，尤其是protel软件的利用非常具有真实感！
为期一周的课程设计，我们确实很辛苦，同学们的团结互助精神也借此充分体现了出来，这些是其他的东西无法弥补和找到的，对我们以后的成长很有帮助。
对我而言，在获得了宝贵知识的同时也获得了精神上的满足。
让我体会了学无海无涯苦做舟的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，只有努力才有收获，只有谦虚才能进步，个人和整个社会才能得到进步。
这次课程设计必将成为我大学生活中一个非常有意义的经历！
致谢
这一周的课程设计已经结束，之所以能短时高效的完成。
首先要感谢祝尚臻老师的大力支持和指导。
在设计过程遇到很多困难，每一次找到老师时，老师都会认真解答，并不断为我们引导设计思路，与此同时还未我们提供相关应用软件，这让我们不仅圆满的完成课程设计要求的内容，并且还对书中内容有了进一步认识，在此表示对祝老师诚挚的谢意。
在设计过程当中通过努力，互相帮助，大家在一起集思广益，在很短时间内完成设计要求。
对帮助过我的同学表示感谢。
也感谢沈阳工程学院图书馆的支持，科技书刊借阅室和多媒体电子阅览室提供本设计要求所需资料。
还有对本设计有过帮助的人，在此一并表示感谢！
参考文献
[1]贾伯年.传感器技术.南京：
东南大学出版社，2007
[2]刘畅生.传感器简明手册及应用电路.西安：
西安电子科技大学出版社，2006
[3]沈津农,传感器
升级会员 