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多点温度监控系统的设计一、设计任务与要求基本部分1、主机可监控不少于3个点的温度变化，轮流显示各点温度；2、温度测量精度±2℃；3、显示器分两段，第一段1位十进制数，显示测温点号；第二段2位十进制数，显示对应点的测量温度；4、所连接的测温点中只要有任何一个测量点的温度达到高温值时应给出报警信号，当所有点的温度值降低到安全值后，停止报警。发挥部分1、温度传感器可在热敏电阻或集成温度传感器之间选择一种。无论选择哪一种，都不采用A/D转换器进行信号变换2、温度测量精度±1℃。3、具有温度传感器失效判断与显示功能。4、其他功能，尽量考虑降低成本。二、方案设计与论证通过温度传感器LM35将温度转换成电压信号,经模拟开关，A/D转换，七段译码通过数码管显示温度数值；信号放大比较后通过蜂鸣器实现报警。三、单元电路设计与参数计算(1)温度传感器LM35LM35LM35电压跟随模拟开关A/D转换7段译码数码管计数器7段译码数码管电压放大电压放大电压放大电压比较电压比较电压比较或门信号放大蜂鸣器振荡器上电复位采用集成温度传感器LM35，其输出电压和温度线性成正比，其灵敏度为10.0mV/℃，0℃时，输出电压为0V。（2)温度输出显示部分计数器输出作为模拟开关的地址对三个传感器的电压信号进行选通，模拟开关输出经过A/D转换（MC14433）输出。输出经过七段译码器译码后接数码管显示，DS2，DS3选通个位与十位，三极管Q2、Q3用于提高DS2、DS3驱动能力。（3）测温点显示和计数器部分1、振荡器计数器的clk信号由555接成的多谐振荡器产生，由于循环显示各测量点的温度时，不能太快，否则肉眼无法分辨，因此选用两个1M的电阻，一个1uF的电容，振荡周期为T=(R42+2R20)C2·ln2=2.08s2、计数器三进制计数器由74ls160置数得到，计数器的输出经7段译码后接数码管显示。为减少芯片的使用，降低成本，同时考虑到数字电路噪声容限很大的特点，此处的四输入与门采用四个二极管和一个上拉电阻得到，由于实验室没有找到专门的反相器芯片，因此采用带有四个二输入或非门的74HC02代替。3、上电复位上电复位采用电阻和电容串联产生一短暂的低电平给计数器的load端口，由于74ls160是同步置位的，因此低电平的时间不能太短。选取的充电电容为22uF，串联电阻为100k，因此时间常数RC=2.2s大于振荡周期。由于还有一个空闲的运放没有使用，为充分使用资源，同时实现复位时间可调，采用将电容产生的复位电压与运放构成电压比较器，这样就可以通过调节比较电压来调节上电复位的时间。同样采用二极管与上拉电阻的方法构成二输入与门，使上电复位信号为高电平时，计数置位信号也能控制74ls160的置位端。（4）超温报警部分上电复位信号计数置位信号74ls160load端由于即使室温为20℃，传感器的输出电压也只有20x10mV=0.2V，不便于比较，因此先将传感器的输出电压做一个同相比例放大。电压信号放大十倍后与3V（设定报警温度为30℃）的基准电压比较，经过或门，再经三极管驱动放大后接蜂鸣器实现报警功能。四、总原理图及元器件清单1.总原理图2．元件清单温度传感器：LM35×3集成运放：LM358×5电位计：3296×5模拟开关：HCF4051A/D转换器：MC14433十进制计数器：74ls160或非门：74HC02七段译码器：CC4511×2555定时器：×1一位共阴数码管：QH5011AS×3三极管：D331×3二极管：IN407GW×9蜂鸣器：×1电容：0.01uF×1，0.1uF×2，1uF×1，22uF×1电阻：100×14，1k×2，3k×3，5k×2，10k×4，27k×3，100k×4，300k×5，470k×1,1Mk×2五、安装与调试由于整体电路比较复杂，调试也是分模块进行的。初次上电时没有任何反应，后来经过逐步推理，找出电路中存在的问题。电路调试中遇到的问题：1.初次上电时因粗心将传感器接反，导致传感器发热。经仔细检查后排除了错误，将传感器接好。2.由于555有一个起振的时间，而且还比较长（根据设计大约有2至3秒）因此在clk信号没有到达时，显示测量点的数码管是没有显示的。由于担心电路有问题，上电时间太长会烧毁电路，因此前几次上电都未能看到现象。3.当数码管有了显示之后，显示的并非数字，而是一些乱码，经过对乱码形状的分析，认为是译码芯片与数码管的f段与g段接反了，经检查果然如此。更正之后，数码管显示完全正常。4.检查了A/D芯片MC14433后发现有一个点漏焊了，经焊接之后，A/D正常工作了，显示温度的数码管也有了示数，但是与室温明显存在差距，而且升温幅度比真实的升温速度高许多，经检查发现，错将A/D的个位和小数点位接到了数码管上，经改正后恢复正常。5.由于每次上电后计数都是从4开始，一直记到0才会进入循环，时间太长，所以考虑做一个上电复位的模块。在上电复位模块的制作中也遇到了不少问题，先是设计不合理，导致高电平直接加到了电容两端，没有了充电过程，经改进，添加两个二极管和上拉电阻构成与门，成功起到了上电复位的效果，使计数从1开始。6.电路焊接中，采用板子上面的叉指结构作为公共的电源和地，大量减少了焊线的使用，使得电路的焊接看起来赏心悦目，这对于复杂的数字电路系统显得尤为重要。六、性能测试与分析温度测量误差在允许范围内，温度达到设定的报警温度（30摄氏度）时能够准确报警。功能部分能满足设计的基本要求，精度在小于±1℃内。元件全部都是实验室现有或有其它可替代的，元件利用率较好，没有浪费现象。单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。