xtr105
Ideas de diseño:
(1) Para medir, controlar y mostrar la temperatura, primero debe convertir el grado de temperatura (no electricidad) en electricidad y luego usar circuitos electrónicos para lograrlo. Los requisitos de la pregunta. Se puede utilizar un sensor de temperatura para convertir los cambios de temperatura en señales eléctricas correspondientes, que se amplifican y filtran y luego se envían a un convertidor A/D para convertirse en señales digitales, que luego se decodifican y muestran.
(2) Control de temperatura constante: utilice el valor de voltaje correspondiente a la temperatura a controlar como voltaje de referencia VREF, compare el valor medido real con VREF y el resultado de la comparación (estado de salida) controlará y ajusta la temperatura del sistema.
(3) Parte de alarma: establece el valor máximo permitido Vmax correspondiente a la temperatura controlada. Cuando la temperatura real del sistema alcanza este valor correspondiente Vmax, se genera una señal de alarma.
(4) La parte de visualización de la temperatura está controlada por un interruptor de transferencia, que puede mostrar respectivamente la temperatura del sistema, el valor correspondiente VREF de la temperatura de control y el valor correspondiente Vmax de la temperatura de alarma.
Diagrama de bloques:
3. Diseño del circuito unitario y cálculo de parámetros
⑴ El sensor puede utilizar una resistencia de platino R10, una resistencia de precisión y un potenciómetro R20 para formar un instrumento de medición. Puente, el voltaje de salida del puente se utiliza como señal de entrada de doble extremo de un amplificador diferencial compuesto por un amplificador operacional. Después de amplificar la señal, la señal de alta frecuencia se filtra mediante un filtro de paso bajo. Como se muestra en la Figura 1.
A 0ºC, ajustar R20 para que el monitor indique 0ºC. A 50oC ajustar la ganancia del amplificador (ajustar el potenciómetro R21) para que en el display aparezca 50oC. Tenga en cuenta que no se permite que el voltaje de salida amplificado sea mayor que el voltaje de entrada máximo del convertidor A/D.
⑵ El voltaje de la señal de temperatura medida se suma al comparador (Ⅰ) y se compara con el voltaje de temperatura de control VREF. El resultado de la comparación controla la acción correspondiente del actuador a través del circuito de control de temperatura para calentar o enfriar. abajo el sistema controlado.
⑶ Cuando el circuito de control falla y la temperatura está fuera de control, lo que hace que la temperatura del sistema controlado alcance el valor correspondiente de la temperatura máxima permitida, el circuito de alarma de luz y sonido hará sonar una alarma, y el personal de turno tomará las medidas de emergencia correspondientes.
⑷ El interruptor S1 puede cerrar la temperatura del sistema, controlar el voltaje de temperatura VREF y el voltaje de temperatura de alarma respectivamente, convertir la cantidad analógica en cantidad digital a través del convertidor A/D y la pantalla muestra el valor de temperatura correspondiente.
Análisis del circuito unitario:
1. Circuito de medición de temperatura: el sensor utiliza una resistencia de platino, una resistencia de precisión y un potenciómetro para formar un puente de medición. El voltaje de salida del puente se utiliza como señal de entrada de doble extremo de un amplificador diferencial compuesto por un amplificador operacional, que es. amplificado y luego emitido.
2. Circuito de filtro: el filtro de paso bajo filtra las interferencias de alta frecuencia y estabiliza el valor del voltaje.
3. Circuito de visualización de decodificación: debido a que no hay un decodificador decimal directo en el software EWB10, el convertidor AD es hexadecimal y el requisito de diseño es la visualización decimal. Así que aquí estamos divididos en dos opciones
Opción 1: el convertidor AD convierte la señal de voltaje analógica en una señal digital y la muestra directamente a través de la pantalla de decodificación digital LED.
Opción 2: El convertidor AD convierte la señal de voltaje analógica en una señal digital, que se conecta a un decodificador decimal a través de un sumador, comparador y puerta NAND y se muestra a través de una pantalla de decodificación digital LED.
Descripción del circuito:
(1). Los 4 bits altos de la conversión AD se envían a A0~A3 del comparador (U12), y los 4 bits bajos se colocan en el comparador (U13).
(2) Los terminales de salida QA~QD del contador hexadecimal (U8) están conectados a B0~B3 del comparador (U12), y los terminales de salida QA~QD del contador hexadecimal (U4). ) están conectados a B0~B3 del comparador (U13), el contador hexadecimal de orden inferior (U4) pasa a través de la puerta AND y recibe el pulso XFG2.
(3) Los contadores decimales U9, U10 y U11 están conectados de menor a mayor, y el bit bajo está conectado al pulso XFG2 del contador hexadecimal (U4) a través de la puerta AND.
(4) Después de pasar por los dos comparadores, cuando B es mayor que A, se emite un nivel bajo a través de la combinación de la puerta AND y la puerta NOT para cortar el pulso y detener el conteo.
(5). El número obtenido es el número decimal convertido de hexadecimal.
(6) El pulso XFG3 controla el contador decimal U17 Cuando las salidas del contador son de nivel alto, se obtiene un nivel alto a través de la puerta NOR para controlar los contadores decimales U9, U10, U11 y los contadores hexadecimales. U8 se borran al mismo tiempo y se repite el conteo.
Al comparar las dos soluciones, debido a las limitaciones del software EWB10, no podemos encontrar un chip que pueda convertir directamente números binarios de ocho dígitos en 8421BCD. Además, el circuito de la segunda solución es más complicado. Utiliza un contador para convertir dieciséis. Al convertir de hexadecimal a decimal, la velocidad de decodificación y visualización es relativamente lenta, el conteo de números puede ser confuso y los cambios de temperatura no se pueden ver todo el tiempo, por lo que finalmente elegimos la opción uno. el experimento.
4. Dos interruptores J1 y J2 controlan tres terminales de entrada respectivamente, lo que le permite verificar la temperatura en tiempo real, la temperatura de alarma y la temperatura de control en cualquier momento.
5. El voltaje se compara con un valor específico a través del comparador. Cuando es superior al valor nominal, sonará un zumbador y una alarma.
6. El voltaje se compara con un valor específico a través de un comparador cuando es inferior al valor específico genera calor y cuando es superior al valor específico enfría.
IV.Diagrama esquemático general y lista de componentes
1. Diagrama esquemático general
2. Lista de componentes
Número de serie del componente
Número de modelo
Parámetros principales
Cantidad
Observaciones
R1, R2,
Resistencia
100 ohmios
2
R10
Resistencia de platino
100 ohmios
1
R20
Resistencia deslizante
100 ohmios
1
p>R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R11, R21
Resistencia
1000 ohmios
8
C1, C2
Condensador
2
Vcc
Fuente de alimentación
9V
7
Vdd
Fuente de alimentación
3V
4
Vee
Fuente de alimentación
-9V
2
R18
Resistencia
709 ohmios
1
R12
Resistencia
847 ohmios
1
R13, R22
Resistencia
750 ohmios
2
R19, R23
Resistencia
70 ohmios
p>2
R16, R17
Resistencia
933 ohmios
2
R14, R15
Resistencia deslizante
847 ohmios
2
D1
Diodo
1N1202C
1
T1, T2, T3, T4
Transistor
BC548B
4
U7
Amplificador
741
1
U1, U2, U3
Operación integrada Put
OPAMP
3
XFG1, XFG2, XFG3
Generador de Señal
XFG
3
A1
Convertidor A/D
ADC
1
U5, U6
LED de 7 segmentos
DCD_HEX
2
LED1, LED2, LED3, LED4
Diodos emisores de luz
LED
4
J1, J2
Interruptor
Interruptor
2
U09, U10, U11, U17
Sumador decimal
74192
4
U12, U13
Comparador
7485N
2
U4, U8
Sumador hexagonal
p>74161N
2
U18A, U19A, U21A
Y puerta
74HC08D_2V
3
U20A
Puerta NAND
74HC01D_2V
1
U22
Puerta NOT
NC7ST04_5V
1
U23A
Puerta NOR de cuatro entradas
BC548B
1
5. Instalación y depuración
1. Utilice el software de simulación EWB 10 para la simulación.
2. Pruebe cada parte del circuito unitario.
3. Después de que la prueba sea exitosa, conecte los distintos circuitos de la unidad.
4. Inicie la simulación y ajuste varios parámetros según sea necesario.
5. Controlar la temperatura dentro de 120 oC a través de la división de presión en serie de R18 y R12, para que el sistema cumpla con los requisitos de diseño.
6. Gire el interruptor J2 al terminal A y ajuste el reóstato deslizante R10 y R20 para que el decodificador muestre 0oC. A 50oC ajustar la ganancia del amplificador (ajustar el potenciómetro R21) para que en el display aparezca 50oC. La prueba muestra que el sistema cumple con los requisitos y puede realizar la función de medición de temperatura.
7. Gire el interruptor J2 al terminal D, gire el interruptor J1 al terminal B, ajuste y controle la temperatura de la alarma a través del reóstato ajustable R15, y luego ajuste la temperatura de la alarma a través del reóstato ajustable R14 Cuando la temperatura es superior a Controle la temperatura de la alarma y los indicadores de alarma LED1 y LED2 se iluminarán. La prueba muestra que el sistema cumple con los requisitos y puede realizar la función de alarma.
8. Gire el interruptor J2 al terminal D y el interruptor J1 al terminal C para ajustar la temperatura de control. Cuando la temperatura de control sea superior a la temperatura actual, el indicador de calefacción LED4 se encenderá y el LED3 de refrigeración se encenderá. estar apagado; controlar la temperatura Cuando la temperatura es inferior a la temperatura actual, el indicador de calefacción LED4 está apagado y el indicador de enfriamiento LED3 está encendido.
VI.Pruebas y análisis de rendimiento
1. El sensor puede utilizar resistencias de platino, resistencias de precisión y potenciómetros para formar un puente de medición, y el voltaje de salida del puente se utiliza como diferencial diferencial compuesto por un amplificador operacional El amplificador introduce señales en ambos extremos. Después de amplificar la señal, la señal de alta frecuencia se filtra mediante un filtro de paso bajo.
2. El convertidor A/D utiliza 9V como voltaje de referencia VREF. El voltaje de salida del amplificador diferencial se compara con el voltaje de referencia VREF y se emite el número binario correspondiente.
3. Comparador, el sensor puede estar compuesto por una resistencia de platino, una resistencia de precisión y un potenciómetro para formar un puente de medición. El voltaje de salida del puente se utiliza como voltaje de salida y voltaje de control del amplificador diferencial compuesto. del amplificador operacional o alarma El voltaje se compara a través del comparador y se emiten niveles altos y bajos para controlar la alarma o la calefacción y la refrigeración.
4. La temperatura medida es 0~1200C y la precisión es ±0,50C; la depuración general está libre de errores, pero debido a limitaciones del software, la resistencia deslizante R10 que representa el termistor es difícil de corregir. -sintonizar, por lo que la precisión se limita al termistor real.
5. Gire el interruptor J2 al terminal D, gire el interruptor J1 al terminal C y controle el reóstato deslizante R15. La temperatura se puede ajustar continuamente y la precisión se puede controlar dentro del rango de ±. 1OC Sin embargo, el reóstato deslizante R15 Debido a la dificultad de ajustar el software, el rango de control puede desviarse.
6. Supongamos que la temperatura de alarma es 400 C. Cuando la temperatura real es mayor o igual a 400 C, el comparador ingresará un valor de voltaje para controlar la conducción del transistor, activando el sistema de alarma. El reóstato deslizante R14 puede controlar continuamente la temperatura de la alarma, pero también está limitado por el software y es difícil de ajustar.
7. Conclusión y experiencia
Este experimento fue básicamente exitoso y pudo cumplir con los requisitos de diseño. A través de este experimento, aprendí la aplicación del software de simulación EWB10.0. A través de la búsqueda de información, consolidé conocimientos de electrónica analógica y electrónica digital, y apliqué de manera integral electrónica digital, decodificación eléctrica analógica, convertidores AD, amplificadores operacionales, etc. El conocimiento en este campo se ha aplicado de manera integral a los dos cursos a través de este experimento. Aprendí a usar resistencias de platino, resistencias de precisión y potenciómetros para formar un puente de medición, aprendí a ajustar la temperatura ajustando el voltaje y aprendí a comparar el voltaje de salida (que indica la temperatura) usando un comparador. Este experimento me ha beneficiado mucho. .