信息科学技术部
课程设计说明书
设计题目平均气温测量系统的设计
班级13q自动化2班
姓名姜槐
学号201234470239
指导教师许金钢
2015年6月20日
时间2015.6．20-2015.6.22地点电子技术实验室课程设计内容
一．设计题目
平均气温测量系统的设计
二．设计任务
利用热敏电阻测量三处不同地点的气温，取平均值，结果以0-5V电平输出。
测量显示气温功能。测温范围在-40~80摄氏度之间。
实现与给定气温比较功能并进行声光报警。
三．设计计划方案。
模拟电子课程设计共用7天。
第1天确定好设计题目，并开始查找资料。
第2天素材比较选取有利的部分。
第3-5天模拟电路设计与仿真。
第6-7天编写设计方案和说明书。
四．设计要求。
测量温度误差不大于1摄氏度，平均值用模拟求和电路实现。
画出整体电路图。
对所设计的电路全部或部分进行仿真使之达到设计任务要求。
写出设计说明书。
简要
随着科技的不断发展，温度测量及监控系统在科技，工业,农业以及人们的日常生活中扮演者举足轻重的角色。它对人类的进步和发展有深远的影响，所以温度测量课程的设计和研究是具有重要意义的。
本次课程设计的目的在学习如何将所学的模拟电子技术基础知识和数字电子技术知识及其理论实验原理运用起来。通过对课程的探索性设计去巩固所学知识使自己达到知行合一的地步，同时也将所学的零散知识加以整合形成可以操作的项目方案。
这次设计所基于集成运放，模拟运算电路，电压比较器，测温电桥，滤波器电路等基本电路的多路温度采集监控系统。设计所用的所有信息都是以模拟电路软件为基础，以参考资料为依据及以其他东东为辅助并没有用什么真实的实验器材去检验。这次设计在于通过基础性训练来提高本人对微电子的认识同时通过平均气温测量的设计能够在将来将其思想理念和技术手法解决实际性问题比如温度监测和温度报警。
关键词：气温测量模拟电子系统温度报警
程序设计流程。
1.1设计平均气温测量系统，首先使用三个AD590温度传感器分别测量三个不同地点的气温，使用反相运算电路将传感器传出的三个电流信号求平均值并转化为电压信号。然后将华氏温度与电压的关系使用℃变换电路变为摄氏温度与电压的关系并将电压信号进行放大。此时用改装过刻度的电压表可直接读出温度值。此后将放大后的电压信号接至比较器，经过电压比较后由比较器决定是否二极管以及报警器是否工作，从而实现声光报警的功能。其程序设计流程1-1如下：
多个温度传感器（电流感应信号）——求和运算电路——℃变换电路同时实现放大——电压表显示温度——比较器——声光报警器
流程图1-1平均气温测量系统的程序设计
2.电路原理设计方法和计算要求
2.1温度传感器的选取：
1AD590温度传感器
本文采用AD590作为温度传感器，应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿，AD590可以裸片形式提供，适合受保护环境下的混合电路和快速温度测量，AD590特别适合远程检测应用它提供高阻抗电流输出，对长线路上的压降不敏感。
2AD590温度传感器主要特性
(1)流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/5495.htm"开尔文)度数：
式中，Ir—流过器件(AD590)的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；
(2)AD590的测温范围为-55℃~+150℃；
(3)AD590的电源电压范围为4～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；
(4)输出电阻为710mΩ；
(5)精度高，AD590在-55℃~+-150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。
3AD590温度传感器的使用方法
AD590的输出电流值说明如下：
其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流
图3-1AD590的使用
注意事项：
（1）的值为乘上10K，以室温25℃而言，输出值为
（2）测量时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。
（3）根据本题实际需要，要在-40~80℃范围内用0~5v之间电压表示，所以将电阻换成42K电阻，使得电压随温度变化值为42mV/℃。
4．求和运算电路的设计
三只温度传感器AD590的感应电流信号输出后，需要将其接入同相求和运算电路进行电流的求和和取平均值。同相求和运算电路的多个输入信号均作用于集成运放的同相输入端，如图3-2所示。节点P的电流方程为
使时,
取,,
即可得到三个传感器的电压平均值。
5．℃变换减法电路
5.1将三个点的温度信号取平均值并转化为电压信号后，仍不能直接测量，还需将绝对温度转换为摄氏度，即实现℃变换。并需要在-40—80℃内用0—5V表示，可将-40℃设为比较点，及绝对温度233℃：
℃℃=
该变换可用一个差分式减法器实现，如图3-3所示：
图5-1差分式减法器
差分式减法器分析：在理想运放的情况下，利用虚短与虚断。有如下关系：
及
解得：
所以，只要选取合适的值，便可满足所需要求。如取R4/R2=R3/R1,则有下式：
5.2温度的显示及读取
取，此时有：
由上式可知温度与电压之间的关系：
℃
将放大后的电压接直流电压表，即可直接读的温度值,如:若三只AD590温度感应器的平均测量结果为20℃，测可读得电压表的值为0.84V。设计要求测温范围为-40～80℃，则电压显示范围为。将电压表示数与温度一一对应，即可通过电压示数得知温度。
6.声光报警装置的设计
6.1LED发光二极管的选用
a.简介
LED发光二极管是HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/920534.htm"半导体二极管的一种，可以把电能转化成HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/710222.htm"光能，常简写为LED。
发光二极管的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2099379.htm"反向击穿电压约5伏。它的正向HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1823356.htm"伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3571.htm"电阻以控制通过管子的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/10897.htm"电流。限流电阻R可用下式计算：
式中E为电源电压，UF为LED的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2594788.htm"正向压降，IF为LED的一般工作电流
6.2蜂鸣器的选用
简介
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2070482.htm"直流电压供电，HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/134362.htm"电路中用字母“H”或“HA”表示。
6.3平均气温测量系统的总体工作过程
将上述器件加以组合得到模拟电路图所示：
平均气温测量系统工作过程：将AD590置于三个不同的地点，AD590会产生三个感应电流，将三个感应电流转化为感应电压并接入同相求和运算电路，既可求得三个电压信号的平均值。之后再将绝对温度与电压的转换后还需要变换为摄氏度与电压的关系（将绝对温度减去273）。于是在电压跟随器后接一个差分减法器以达目的，即减去一个9.71V的电压。可以利用稳压管和运放电路来提供所需要的9.71V电压。如图3-6所示。取Ri=500KΩ，D1的稳压Uad1为2V。运放F2与R5,R6组成同向放大器。由虚断，虚短可得：
Uref=（1+eq\f(R6,R5)）Uad1
所以，可以取R6=38.55KΩ,R5=10KΩ，此时Uref=9.71V。
之后可将电压跟随器的输出电压与上式所求得的电压接至差分减法器的两端。在减法器作用之后，我们获得电压与温度的直接关系。在U2端接一电压表，即可读的温度值。例如传感器测得温度为25℃时，电压表显示2.71V，电压表0—5V对应-40℃—80℃，改装电压表显示表盘即可读出温度。
最后再将信号接入电压比较器以实现声光报警功能。信号接入比较器同相端，比较电压接入反相端，比较电压依然由稳压管和运放电路提供，各根据需要选择具体的电阻元件进行设定，比较器输出端接入蜂鸣器和发光二极管，当U2端输出电压大于比较电压时，U3<0。此时二极管截止，蜂鸣器不工作。当U2端输出电压小于比较电压时，U3>0。此时二极管导通,LED发光，蜂鸣器工作发声，报警过程完成。
3．技术仿真。
本设计都得通过模拟电路仿真软件进行仿真，之后可以实现求三个不同地点的平均温度值，以0—5电平输出与温度对应的电压信号，并用电压表显示电压与摄氏温度的对应关系。同时与给定温度比较，当温度超过给定温度是实现报警功能。
参考文献
[1]闫石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社.2005.
[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社.2006
[3]康华光.模拟电子技术基础．武汉：高等教育出版社，2005.7．
[4]舒庆莹,凌玲．模拟电子技术基础实验．武汉：武汉理工大学出版社，2008.
[5]徐国华.电子技能实训教程.北京:北京航空航天大学出版社，2009.实习收获本次的课程设计说实话没有什么收获，刚开始接触这个课题的时候好多天都不知道要干什么，几乎不知道如何下手。本以为课程设计就是写学术论文没想到两者没什么瓜葛，最后花费好几天时间在各种渠道了解有关课程设计的格式或者做课设方法。白天用电脑查资料写作要求晚上要得构思如何写，但是所用的知识根本不知道怎么入手以前学的模拟电子和数字电子知识简直白学，不知道怎么去用。后来跟着网上的范文学着写下去，写了好久都不知道自己在干什么。想到自己以前学的鸟东西根本没有存在脑子里，即使存下来了也是无法解决实际问题。这次课设对我来说没什么大的作用，有这种后果又能怪谁呢？有时候不能什么事情都怪自己，学校也应该好好给个计划我们，要我们大概知道本学期或者本学年我们要干什么什么时期要干什么事情，结果学校赶老师，老师赶学生，学生们到头来都不知道要去准备什么。所以为了要那所谓的毕业学分大家开始速成所有老师布置的任务。我不知道学校有没有整体的教学大纲计划，如果有的话希望在开学的时候都告诉学生们一声让我们知道什么时间干什么事情，如果大家都是为了任务而不是责任我看还是少点教学任务比较好这样起码学生们有时间去思考去吸收知识营养。学生认为在人生中干什么事情都得循序渐进不可以为了赶时间为了完成任务就把事情挤在一起。
学生：
（手写签名）
年月日成绩评定优秀良好中等及格不及格
指导教师：2015年月日 |
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