电子工程设计1小型温度控制系统结题报告文档格式.docx
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(二)原理分析-----------------------------------------------------------------7
五.驱动器模块------------------------------------------------------------------------7
(二)原理分析-----------------------------------------------------------------8
六.数模转换模块--------------------------------------------------------------------8
七.模数转换模块--------------------------------------------------------------------9
八.调试原理与方法----------------------------------------------------------------10
九.调试过程及数据与误差分析------------------------------------------------10
一十.出现的问题分析及解决-------------------------------------------------------11
一十一.结论---------------------------------------------------------------------------------12
一十二.体会与建议-----------------------------------------------------------------------12
【摘要】
随着现代工业技术的迅猛发展,工业上的各种技术指标精度的要求也越来越高,在众多指标中,温度的测量与控制是一个永恒的话题,只有了精确地温度测量,才能把加热和散热的工作做得更好。
本课题是小型温度测量与控制系统设计,以单片机AT89C51芯片为核心,和LED数码管显示,数模、模数转换和辅以稳压电源及变送器的测量控制系统。
本设计详细介绍了稳压电源与变送器电路的工作原理,硬件电路组成的思路。
主要包括以下几个模块:
稳压电源模块、变送器模块、A/D转换模块、D/A转换模块和变送器模块等组成。
能够对环境温度随时随地检测与显示。
【关键词】:
A/D转换、D/A转换、驱动器设计。
一.课题背景
性能较好的稳压电源模块能够将市电220V转换为±
5V和±
12V为温度测量与控制系统提供稳定的电压。
而变送器模块能准确地将传感器采集到的温度信息送到模数转换器,再由模数转换器将模拟信号转换为数字信号最终发送给单片机。
对应的,数模转换器将单片机送出的控制信号通过驱动器控制器件。
图1.系统框图
二.要求分析
本系统虽然早已实际应用多年,但是对于初学反馈调节的本科生而言具有较高的了解价值,同时纵观现今社会发展现实,可以看出在至少将近几十年还会继续拥有参考研究价值,因此这项实验不会和社会脱节,具有较为广泛的需求基础。
(一)直流稳压电源:
1.将市电220V转换为稳定的三组电源,其中有(+5V,1A)(+12V,1A)(-12V,1A)
2.在安装调试过程中由于220V交流电源,必须注意单元。
(二)变送器:
1.为降低误差,在设计中要考虑电路元器件的温漂,时漂和噪声问题。
2.测量温度:
0℃~100℃
3.输出电压:
0~5V
4.测量误差:
满刻度1%(0.05V或1℃)
5.负载阻抗:
>
1MΩ
6.限制条件:
0V≤输出电压≤5V
7.安装:
独立电路板结构
(三)数模转换模块:
1.输入围:
00H~0FFH
2.对应输出:
-10V~+10V
3.误差:
1%FSR
4.响应时间:
<
1ms
5.电源供电:
+5V,±
12V
(四)模数转换模块:
1.输入信号围:
0V~+5V
2.分辨率:
8bit
3.精度:
1LSB
4.转换时间:
1ms
(五)驱动器:
1.对应测量温度:
0~100℃
三.稳压电源:
(一)方案(论证)设计:
1.方案一:
(1)线性稳压电路:
特点:
a)利用晶体管进行电压调整
1)动态响应特性好
2)纹波、噪声小
b)电压调整晶体管工作在放大区
1)功耗大、发热量大
2)效率低
适用于低压差、小功率的场合
(2)集成线性稳压电路(三端稳压器)
a)采用带隙(能隙)基准电压电路
1)温度稳定性好、噪声小
b)多种保护措施
1)过流、断路、过热保护
c)无需其他外围元件
1)使用方便、无需调整
2.方案二:
开关稳压电路:
(1)特点:
a)调整管工作在开关状态
1)功耗小、发热量小
2)效率高
适用于高压差、大功率的场合
b)输入和/或输出电流不连续
1)纹波、噪声大
精密的模拟电路不适用
c)采用储能元件维持输出电压稳定
1)动态响应特性差
d)电路复杂、外围元件多、对元件要求高
(2)开关稳压电路基本类型及其特点:
a)串联(Buck)型
1)Vo<
Vi(降压),输入电流不连续
b)并联(Boost)型
1)Vo>
Vi(升压),输出电流不连续
c)电感储能(Buck-Boost)型
1)输出电压不限并反向,输入输出电流均不连续
d)Cuk型
1)输出电压同上,输入输出电流均连续
(3)DC-DC变换器:
利用开关稳压电路基本原理设计的集成开关稳压器,外围元件少,易于实现。
3.方案选择:
交流供电电压低,输出功率较小。
从实现电路简单,低成本的
考虑应选择集成线性稳压电路的实现方案。
(二)电路(选择)设计:
图2.稳压电源模块原理图
(三)原理分析:
线性稳压电源的特点是起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区整流电源,一般是靠二极管的单向导通性质,把交流电正弦波变成只有上半部分的波,再经过滤波电容变为平滑的直流电。
交流市电通过电源变压器变换成交流低压,再经过桥式整流电路和滤波电容的整流和滤波,在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。
此直流电压经过LM7805的稳压和C4的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。
本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。
四.变送器模块:
(一)电路(选择)设计:
图3.变送器模块原理图
(二)原理分析
测量温度这种非电物理量,需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上,这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
温度变送器是一个具有较高精度和稳定度的直流放大器,变送器的线性化电路采用反馈方式。
对热电阻传感器,用正反馈方式校正,对热电偶传感器,用多段折线逼近法进行校正。
五.驱动器模块:
图4.1驱动器模块原理图
图4.2驱动器模块实物图
(二)原理分析:
在实际的系统里,往往要求放大电路的末级输出一定的功率,以带动后面的负载。
驱动电路是一个功率放大器,简称功放。
驱动电压为-9V~+9V,驱动电流最大为3A,随着输出负电压的增加,制冷量增加,随着输出正电压的增加,制热量增加,从而以控制输出电压,达到控制温度的目的。
图4.2驱动器模块波形图
六.数模转换模块:
图5.数模转换模块原理图
电流开关型:
用数字切换电流开关,产生与电阻网络权电流对应的电流“和”;
脉宽调制型:
将数字转换为输出脉冲宽度,用积分器将脉冲宽度转换为与之对应的电压输出。
(三)理论计算:
如:
七.模数转换模块:
图6.模数转换模块原理图
积分型:
将电压转换成脉宽信号或频率,由定时器/计数器获得数字值。
优点:
分辨率高;
缺点:
转换速率极低;
逐次比较型:
由比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,经n次比较而输出数字值。
速度较高、功耗低,在<
12位分辩率时价格便宜;
并行比较型:
用多个比较器,仅作一次比较而实行转换。
转换速率极高;
分辩率高时电路规模大、价格也高,只适用于低分辨率高速场合;
压频转换型:
将模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量,从理论上讲其分辨率几乎可以无限增加。
分辩率高、功耗低、价格低;
但是需要外部计数电路共同完成AD转换;
ADC0804:
八.调试原理与方法:
(一)稳压电源电路板:
1.利用调试台电源板右侧插座调试
2.用万用表检测电路板左排针从上数第一管脚输出电压+5V、第九管脚+12V、第十一管脚-12V
3.电压符合要求后可以将电源板按调试台位置插入
4.调试台电源指示灯正常
(二)变送器模块电路板:
1.利用调试台变送器板调试,电源板需要插上
2.在调试台变送器插座插上变送器板,注意方向
3.利用调试台键盘输入调试温度。
调整电流源输出(模拟AD592电流变化)
4.电流源输出电流为:
I=273uA温度值
5.温度值为:
0摄氏度时放大器输出电压为0V
6.温度值为:
100摄氏度时放大器输出电压为5V
(三)驱动器模块电路板:
1.利用调试台驱动器板调试,电源板需要插上
2.当温度增加时,用万用表测电路板右排针从上数第7脚输出的变化趋势
3.将板插上实验台,观察温度升
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