数字温度计设计方案比较研究

2022-07-04 05:15杨渝黔曾益康姜中平刘嘉庆
科学与财富 2022年7期

杨渝黔 曾益康 姜中平 刘嘉庆

摘  要:本次课程设计我的课题是利用Proteus设计了一种简易数字温度计。以Pt100铂热电阻为温度采集器,利用Pt100铂热电阻在不同环境温度下的不同电阻,将采集到的温度电压的模拟量经过INA122精密仪表放大器放大后输入到TC7107芯片,TC7107为一种A/D转换器,自带译码器,可以对共阳极数码管进行驱动。本次研究最终可以完成-30℃~100℃的显示。

关键词:数字温度计,Pt100铂热电阻,TC7107,设计方案比较

引言:

在日常生活中,温度计的使用是很普遍的,无论是冰箱、电脑等电器都有温度显示功能以帮助用户辨别电器是否在正常工作,还是日常生活通过温度来判断天气情况,温度计在我们日常的生活都起着不小的作用。本次设计的目的是设计一款能正常显示-30℃~100℃的数字温度计,且显示温度为0.1℃。

一、设计背景

这次设计开始的初衷是学校开设的课程设计,指导老师给了我们自由选择课题的机会,经过一天的思考,并在知网、B站和相关的贴吧寻找资料和教学后,我选择了设计一个数字温度计作为我的课题研究。选择数字温度的原因一是日常生活中对使用的数字温度计原理产生了兴趣,二是觉得这一设计的难度对自己来说比较适中,有能力设计出来的同时,并让自己产生一些思考。

1.2设计目标

数字温度计能实现-30℃~100℃的温度显示,显示精度为0.1℃。

1.3实施计划

1. 根据网络上已有的方案选择合适的元器件来设计电路。

2. 根据选择的元器件来设计满足自己目标的电路。

3. 运行电路,进行电路测试,观察电路是否有错误并改正错误,记录电路的误差。

4. 撰写课程设计说明书

二、总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料,并结合自己的实际知识,我主要提出了三种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这三种方案的组成框图和实现原理分别进行说明,并分析比较它们的特点,然后阐述我最终选择方案的原因。

2.1 方案比较

方案一与方案三相比,对于温度的采集和显示更加准确,但是多了一个K-℃转换器,单路的设计更加复杂。方案二与方案一和方案三相比,更加的简便、准确,但是其电路的设计需要使用单片机。

2.1.1 方案一

首先经过AD590集成温度传感器的作用,使外界温度转换为电流用表示。因为上述为绝对温度K和电流之间的转换关系,而在设计中我们需要采用℃,所以我们必须使其转换成摄氏温度℃和电流之间的关系,这就要用到K—℃变换器。通过K—℃变换器的作用,我们便得到想要的℃和电流之间的直接转换关系。得到的电流再经过放大器的放大,即可直接用电压表读出被测对象的温度值。然后放大后的电压接一比较器,比较器的输出端接TC7017,经TC7107AD转换后,再通过数码管显示。

2.1.2方案二

本数字温度计设计采用智能温度传感器DS18B20作为检测元件,测温范围为-55℃至+125℃,最大分辨率可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测量的温度值,而采用三线制与单片机相连,减少了外部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点。

2.1.3方案三

温度是非电量模拟信号,数字显示温度就必须将 这一非电量信号转换成电量(电压或电流),然后将模拟电信号经 ADC转换成数字信号,最后经译码显示器显示温度值。本设计使用Pt100铂热电阻,该电阻在0℃电阻为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。将得到的温度℃与电压的关系经过放大器放大后,输入到TC7107A/D转换器,TC7107自带译码器,可以直接输入到数码显示管显示温度。

2.2 方案论证

方案一是可行的,所具有的优点是温度的采集更加精确,但是其缺点是电路的设计更加复杂,需要额外加上一个k-℃的转换器。方案二也是一个可行的方案,其优点在于其温度的采集更加精确,电路的设计也更加简单,但是需要使用单片机,不符合这次设计的要求。方案三也是一个可行的方案,其优点在于电路的设计更加的简便,在电路的设计和电路仿真时更有利于我们操作,但是在温度的采集精确度上不及方案一和方案二。

2.3 方案选择

在能满足设计目标的前提下,我选择的了电路设计更加简单的方案三,其优点在于更利于设计电路,仿真的调试。

参考文献

[1] 黃华飞.基于Proteus的数字电子钟设计[J].科技创新导报,2014,(28):101-102

[2] 陶秋香.Proteus在电子设计中的应用[J].计算机光盘软件与应用,2017,(24):279-280

[3] 李琼.基于Proteus仿真的数字电子钟设计[J].中小企业管理与科技,2011,(34):216-217