电子体温计设计方案比较研究凡子聪--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

电子体温计设计方案比较研究凡子聪

发表时间：2021/4/25 来源：《论证与研究》2021年3期作者：凡子聪1 罗宇浩2 刘

[导读] 摘要：本设计是基于模电数电知识设计的电子体温计，主要是以温度传感器PT100和TC7017AD转换器通过数码管显示温度，并通过一个比较器和电压跟随器实现温度报警功能。本次设计中，报警电路的特点是上下限报警温度可通过两个滑动变阻器实现自由调节，能适用于多种环境。经过仿真程序调试达到预期功能。

                                                          凡子聪1 罗宇浩2 刘明2 杨忠易2
                                 （1.西华大学理学院；2.西华大学电气与电子信息学院四川成都 610039）
        摘要：本设计是基于模电数电知识设计的电子体温计，主要是以温度传感器PT100和TC7017AD转换器通过数码管显示温度，并通过一个比较器和电压跟随器实现温度报警功能。本次设计中，报警电路的特点是上下限报警温度可通过两个滑动变阻器实现自由调节，能适用于多种环境。经过仿真程序调试达到预期功能。
        关键词：温度计；温度传感器；TC7107ADC；报警系统
        引言：
        随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段一传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。而温度传感器在生产和生活中有广泛应用，对其的了解及应用就显得更为重要了。
        一、设计背景
        随着人们生活水平的不断提高,数字化无疑是人们追求的目标之一 ,它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。
        温度计是常用的热工仪表，常用于工业现场作为过程的温度测量。在工业生产过程中，不仅需要了解当前温度读数，而且还希望能了解过程中的温度变化情况。随着工业现代化的发展，对温度测量仪表的要求越来越高，而数字温度表具有结构简单，抗干扰
        能力强，功耗小，可靠性高，速度快等特点，更加适合于工业过程中以及科学试验中对温度进行在线测量的要求。
        近年来，数字温度表广泛应用在各个领域，它与模拟式温度表相比较，归纳起来有如下特点。(1)准确度高，(2)测量范围宽、灵敏度高，(3)测量速度快，(4)使用方便、操作简单，(5)抗干扰能力强，(6) 自动化程度高，(7)读数清晰、直观方便。
        数字温度计的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表。数字化是当前计量仪器仪表发展的主要方向之-一。而高准确度数字温度计的出现，又使温度计进入了精密标准测量领域。与此相适应，测量的可靠性、准确性显得越来越重要。
        二、实施计划
        首先就是要理清实现设计的框图，在总体框图的指导下，参考模板作出具体的电路图，又要设计实现的功能，按照元件资料确定各个电路元件的值，并逐一对各个元件进行选择。最后用仿真软件对设计进行仿真操作，调试软件，并对照出的设计有误的地方进行必要的修正，确保设计的正确。
        三、总体方案设计
        通过查阅大量相关技术资料，并在老师的指导下，使我对整个电路系统有了-一个比较全面的了解。本设计主要是实现模拟量温度的采集，然后使其转换为数字量，最后将其转化为直观的十进制示值。
        （一）方案比较
        对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案对同一目的实现方法。并比较两种方案的优劣。
        1、方案一
        方案一原理框图如图1所示。

图1 方案一的原理框图

        方案一的原理简述:
        该方案的各部分电源均由总电源供电，温度传感器为热敏电阻，热电偶的热端感受被测物体温度t,产生相应的热电势。热电势与热端温度成单值函数关系，用模数转换器ADC将热电势转化为数字量，按照热电势与温度的函数关系将该数字量转换为对应温度值,经译码显示电路显示在数码管.上,从而实现数字温度计的功能。
        1、方案二
         方案二原理框图如图2所示。

图2 方案二的原理框图

        方案二的原理简述:
        该方案的各部分电源均由总电源供电，51单片机作为中央处理器及控制核心，控制数字温度计采集温度，数字温度传感器在采集到温度后直接输出数字量，传给单片机进行处理，单片机将传回的二进制数据处理后转换为相应温度，由译码显示电路以十进制形式显示在数码管上。
         3、方案三
        方案三原理框图如图3所示。

图3 方案三的原理框图

        方案三的原理简述:
        该方案的各部分电源均由总电源供电，由模拟及数字元器件组成的控制电路作为核心，控制数字温度计采集温度，数字温度传感器在采集到温度后直接输出数字量，传给控制电路进行处理，控制电路将传回的二进制数据处理后转换为相应温度，由译码显示电路以十进制形式显示在数码管上。
        （二）方案论证
        以上三种方案都是可行的，第-种方案的优点是由纯硬件电路构成，不涉及软件编程，但是由于热电势与温度之间的函数关系较复杂，利用硬件电路完成其转化较复杂，设计该电路难度较大且电路将比较庞大。第二种方案的难点主要是单片机程序编制，但其硬件电路相对简单，借助于微控制器的强大功能可使设计周期缩短，测量精度高，且易于扩展功能，增强了电路对各种工作要求的适应性。第三种方案的优点是由纯硬件电路构成，不涉及软件编程，但是数字式温度传感器的工作涉及复杂的时序，用硬件电路实现将十分复杂，电路设计难度大且电路庞大。
       （三）方案选择
        考虑到自己还没有系统学习过单片机知识，以及模电数电课程的掌握情况，经过对上面三个方案的具体分析，第一个方案的可行性高，所以我们选择第一个方案作为设计方案。在第一个方案中，温度传感器和数模转换器起着主导作用，通过用AD转换器将温度传感器的模拟信号转换为数字信号，用数码显示器将实时的温度数据显示出来，并在温度达到设定值时采用报警电路提醒。
        参考文献：
        [1]左益东.自制电子温度计[J].中小企业科技,2003(07):30.
        [2]谢檬.水塔水位自动控制系统研究[J].可编程控制器与工厂自动化,2007
        作者简介：凡子聪（1996-），男，彝族，四川省成都市，本科，研究方向：物理学。
         罗宇浩（2000-），男，汉族，四川省成都市，本科，研究方向：信息工程。
        刘明（1998-），男，汉族，河南省商丘市，本科，研究方向：信息工程。
        杨忠易（1998-），男，汉族，四川省泸州市，本科，研究方向：自动化。