二极管温度传感器课程设计报告

课程设计报告

题 目：课 程：专 业：班 级：姓 名：学 号：

温度测控电路设计 模拟电子电路实习 电子信息工程 10级电信（1）班

总 目 录

第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告

第三部分：设计电路图

第 一 部 任

务 书

分

《传感器与测控电路课程实习》课程设计任务书

课题：基于测温二极管传感器的温度测控电路设计

温度是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关，也是仪器科学和各类工程设计中必须精确测定的重要物理量。随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高，新的温度传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。由于检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求不同，执行器、开关等的控制方式不同，所以相应的硬件和软件也就不同。

但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下传感器选择与测控电路的设计、制作的基本过程是很有必要的。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的《传感器原理及应用》，《测控电路》，《模拟电子技术基础实验与课程设计》，《电子技术实验》等书的有关章节。

一、基于测温二极管传感器的温度测量控制电路设计简介

应用1N4148二极管的温度传感器与集成运放设计温度测量与控制控电路，测量温度的范围为-40℃～125℃，工作电路输出二值输出；电路输出控制继电器工作，实现加热与制冷的转换控制，把控制对象温度控制在要求的范围之内（-40℃～125℃）。要求测控电路具有加热和制冷的指示功能。

二、基于测温二极管传感器的温度测控电路设计的工作原理

本课题中测量控制电路组成框图如下所示：

电路工作过程为：由二极管IN4148作为温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，

继电器2动作，控制制冷器开始制冷。当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，继电器全断开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。

注意事项

为避免测温二极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过 测温元件的电流超过1mA 。 三、设计目的

通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。

1、掌握传感器选择的一般设计方法； 2、掌握模拟IC 器件的应用； 3、掌握测量电路的设计方法；

4、培养综合应用所学知识来指导实践的能力。 四、设计要求及技术指标

1、设计、组装、调试测控电路； 2、温度控制范围：-40～125℃；

3、使用环境温度：常温

4、输出信号：二值输出控制继电器工作； 5、温度范围控制，制热和制冷指示功能； 6、非线性误差：±1％。 五、设计所用仪器及器件

1．直流稳压电源 2．万用表 3．运放LM324

4．电阻、电容若干、红、绿发光二极管 5．温度传感器1N4148 6．万能电路板 7．电烙铁等

六、日程安排

1．布置任务、查阅资料，方案设计； （2天）

根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出电路图。 2．上机用EDA 软件对设计电路进行模拟仿真调试； （2天）

要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。 3．电路的装配及调试； （3天）

在万能板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。 4．总结撰写课程设计报告。 （1天） 七、课程设计报告内容：

总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下： 1．课程设计的目和设计的任务 2．课程设计的要求及技术指标 3．总方案的确定并画出原理框图。

4．各组成单元电路设计，及电路的原理、工作特性(结合设计图写) 5．总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解）。 6．电路安装、调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。 7．实验结果分析，改进意见及收获。 8．体会。

八、电子电路设计的一般方法：

1．仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。

（1）设计总体方案。

（2）设计单元电路、选择传感器、测量电路元器件、根据需要调整总体方案 （3）计算电路（元件）参数。 （4）绘制总体电路初稿

（5）上机在EDB （或EDA ）电路实验仿真。 （6）绘制总体电路。

2．明确电路图设计的基本要求进行电路设计。并上机在EDB （或EDA ）上进行电路实验仿真，电路图设计已有不少的计算机辅助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压

力，电路实验仿真大大减少人工重复劳动，并可帮助工程技术人员调整电路的整体布局，减少电路不同部分的相互干扰等等。

3．掌握常用元器件的识别和测试。电子元器件种类繁多，并且不断有新的功能、性能更好的元器件出现。需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试方法。对于常用元器件，不少手册有所介绍。

4、熟练使用仪表，了解电路调试的基本方法。通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识, 提高解决实际问题的能力。

5、独立撰写课程设计报告。

第 二 部 分

课

程 设 计 报 告

目 录

1课题简介………………………………………………………（1） 2设计要求及技术指标…………………………………………（2）

2.1课程设计的目的和设计的任务…………………………………………………（2） 2.2课程设计的要求及技术指标……………………………………………………（2）

3总方案及原理框图…………………………………………………………（3） 4各组成部分的工作原理……………………………………………………（4） 5电路的设计、电路各部分工作特性及元件的作用………………（6） 6总原理图………………………………………………………………………（8） 7电路安装、调试步骤及方法………………………………………………（9） 8实验结果分析………………………………………………………………（10） 9改进意见、收获、体会、设计总结…………………………………（11） 10仪器仪表清单………………………………………………………………（12） 参 考 文 献……………………………………………………………………（13）

1课题简介

温度是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关，也是仪器科学和各类工程设计中必须精确测定的重要物理量。随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高，新的温度传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。由于检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求不同，执行器、开关等的控制方式不同，所以相应的硬件和软件也就不同。

但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下传感器选择与测控电路的设计、制作的基本过程是很有必要的。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的《传感器原理及应用》，《测控电路》，《模拟电子技术基础实验与课程设计》，《电子技术实验》等书的有关章节。

应用1N4148二极管的温度传感器与集成运放设计温度测量与控制控电路，测量温度的范围为-65℃～200℃，工作电路输出二值输出；电路输出控制继电器工作，实现加热与制冷的转换控制，把控制对象温度控制在要求的范围之内（40℃～60℃）。要求测控电路具有加热和制冷的指示功能。

2设计要求及技术指标

2.1课程设计的目的和设计的任务

通过设计了解如何运用电子技术来实现温度测量和控制任务，完成温度测量和控制电路的连接和调试，学会对电子电路的检测和排除电路故障，进一步熟悉常用电子仪器的使用，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。

1. 掌握传感器选择的一般设计方法 2. 掌握模拟IC 器件的应用 3. 掌握测量电路的设计方法

4. 培养综合应用所学知识来指导实践的能力

2.2课程设计的要求及技术指标

1. 设计、组装、调试测控电路 2. 温度控制范围：-40～125℃ 3. 使用环境温度：常温

4. 输出信号：二值输出控制继电器工作 5. 温度范围控制，制热和制冷指示功能 6. 非线性误差：±1％

3总方案及原理框图

方案一：

方案二：本课题中测量控制电路组成框图如下所示：

电路工作过程为：由二极管IN4148作为温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，继电器2动作，控制制冷器开始制冷。当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，继电器全断开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。 注意事项

为避免测温二极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过 测温元件的电流超过1mA 。

4各组成部分的工作原理

4.1转换电路：将二极管IN4148采集的温度信号转换成电信号。

4.2差动放大器：由于电信号非常微弱，需要将电信号放大处理。

4.3同相比较器：当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。

4.4反向比较器：当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，继电器2动作，控制制冷器开始制冷。

5电路的设计、电路各部分工作特性及元件的作用

5.1仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。

1. 设计总体方案

2. 设计单元电路、选择传感器、测量电路元器件、根据需要调整总体方案 3. 计算电路（元件）参数。 4. 绘制总体电路初稿

5. 上机在EDB （或EDA ）电路实验仿真 6. 绘制总体电路

5.2LM324特性：LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V 或+16V。

1. 短跑保护输出 2. 真差动输入级 3. 可单电源工作：3V-32V

4. 低偏置电流：最大100nA （LM324A ） 5. 每封装含四个运算放大器 6. 具有内部补偿的功能 7. 共模范围扩展到负电源 8. 行业标准的引脚排列 9. 输入端具有静电保护功能

5.3 9013三极管特性：9013是一种NPN 型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,

它是NPN 型小功率三极管。

1. 集电极电流Ic ：Max 500mA 2. 工作温度：-55℃ to +150℃ 3. 集电极-基极电压Vcbo ：40V 4. 主要用途： 放大电路

5.4 IN4148特性：

1. 反向漏电流小 2. 开关速度快 3. 最大功率耗散500mW 4. 高稳定性和可靠性 5. 封装: DO-35 玻璃封装 6. 极性: 色环端为负极 7. 安装位置: 任意

8. 极限值和温度特性 TA = 25℃ 除非另有规定

6总原理图

7电路安装、调试步骤及方法

7.1参考电路图(见上图) 。 7.2流程

1. 安装U1A 及外围电路。

注意二极管VDl 需要焊接两根长线，引出电路板。

2. 安装U1B 及外围电路。

在室温下调整RPl ，使U1B 的输出UO2为室温时的电压输出(当量为10mV ／℃) 。将VDl 放入热水(40～50~C)中，调整RP2，使U1B 的输出UO2正确。注意应反复调整电位器RPl 、 RP2，使UO2输出正确。

3. 安装U1C 和U1D 及它们控制的继电器。

调整RP3，使a 点的电位对应控制温度上限值y1；调整RP4，使b 点的电位对应控制温度下限值y2，U1C 和U1D 分别控制继电器K1和K2。

当温度低于控制温度下限值y2时，红色发光二极管亮，K2继电器吸合，控制加热器开 始加热。

当温度高于控制温度上限值y1时，绿色发光二极管亮，Kl 继电器吸合，控制制冷器开 始制冷。

当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，K1、K2继电器全断 开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。

8实验结果分析

结论：温度每降低5℃，电压值就会升高0.6V 左右。

9改进意见、收获、体会、设计总结

经过一个多星期的课程设计，从电路设计到电路板的焊接，调试到最终的完成，我的感受颇多。电路的设计就不是太容易，电阻电容的选取和参数设置，都要经过仔细的计算，焊接电路板时既要保证质量，又要美观，同时我们也要做到又快又好，都要之前做好充分的准备和计划，否则实施起来会出现很多意想不到的错误。之前的所有工作相比接下来的电路调试，都相差很多了。调试电路时，什么情况都会出现，改变滑动变阻器的阻值时，我们就遇到LED 灯毫无变化，自己又实在找不出原因，知道请教其他的同学，才得以解决，遇到困难时，心理还是没底，我们还得继续努力学习，解决各种困难，收获成功！

10仪器仪表清单

1. 直流稳压电源一台 2. 万用表一台 3. 运放LM324一个 4. 红、绿发光二极管各一个 5. 温度传感器1N4148一个 6. 万能电路板一块 7. 电烙铁等一个 8. 电阻 24K 1个 39K 1个 10K 3个 5.1K 4个 1.5K 1个 4.7K 1个 300 1个 滑动变阻器 20K 1个 10K 1个 5K 2个 电容 0.1ｕF 1个

参 考 文 献

[1] 童诗白主编. 《模拟电子技术基础》(第三版)·高教出版社.2001

[2] 杨素行主编. 《模拟电子线路基础简明教程》杨素行(第二版)·高教出版社.1998 [3] 王成华主编. 《电子线路基础教程》. 科学出版社.2000

[4] 李万臣主编. 《模拟电子技术基础实验与课程设计》(第一版)·哈尔滨工程大学出版社·2001

[5] 孙梅生主编.>.高教出版社.1989

第 三 部 设

计 电 路 图

分