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環境溫度對工業、農業、商業和人們的日常生活都有很大的影響,而溫度的測量也就成為人們生產生活中一項*的工作。傳統的測溫儀測量費時,準確度也較低,本文采用SWC溫度傳感器設計了一種數字測溫儀,利用他可以快速、準確地測得溫度。
1 設計思想
該測溫儀由數字式溫度傳感器、單穩態定時電路、計數電路、譯碼與LED數碼管顯示電路等組成。測溫范圍為0~50℃,精度為0.1℃,數字顯示。根據SWC數字式溫度傳感器的測溫原理,將溫度轉換為數字量,以其輸出的串行脈沖個數表示其所測溫度數。標定每個脈沖表示0.1℃的溫度增量,則0~50℃應對應輸出0~500個脈沖,他的轉換速度應小于50 ms,電源電壓為12 V。定時電路產生的定時寬度為50 ms的閘門脈沖電壓,一路經微分電路對計數器進行清零,另一路直接加至數字式溫度傳感器SWC的K端,溫度采集驅動后,即輸出串行脈沖,經放大電路放大后,計數電路對其進行計數,再經譯碼器譯碼輸出驅動共陰極LED數碼管,進行動態顯示。設計原理圖如圖1所示。
2 電路設計
2.1 單穩態觸發電路
該電路主要由NE555和R2,C1等組成,如圖2所示。其閾值電平Vth1=2VDD/3=9 V,觸發電平Vth2=VDD/3=4 V。接通電源后,+VDD經R1加到2腳,使V2=VDD>Vth2,而定時電容C1的電壓為零,使V6=0
。同時+VDD經R2給C1充電,Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1時,定時器又從置位狀態變為復位狀態,3腳變為低電平?! ?/p>
2.2 溫度采集電路設計
溫度采集電路由數字式溫度傳感器SWC和放大管VT1等組成,如圖3虛線框內所示。SWC數字式溫度傳感器,又稱集成數字脈沖式感溫探頭,他是一種三端器件,控制線K,信號線S,公共線G,具有加電啟動和寬脈沖觸發兩種方式,一旦K線加電或寬脈沖觸發,經復位時間Td之后,信號線將輸出一串脈沖,每個脈沖為0.1℃增量,脈沖個數就是被測溫度的數字量,重復對SWC進行加電啟動,可實現對被測溫度的連續采樣。在本電路中,采用寬脈沖觸發,當SWC的K端加入50 ms的閘門脈沖電壓(NE555的輸出)后,即啟動,輸出的串行脈沖經過VT1放大后,加到MC14553的11腳進行計數?! ?/p>
計數部分由3位動態掃描計數器MC14553為核心構成,如圖3所示。其內部3個負沿觸發的BCD計數器以同步工作方式級聯在一起,每位BCD計數器輸出端都有一個4位鎖存器,可將任意時刻的計數值加以儲存,并與多路轉換配合,完成3組計數器值的分時輸出。數字選擇器輸出提供輸出同步信號,完成動態顯示方式。由于循環掃描周期多在1ms左右,遠小于人的視覺暫留時間,所以可以得到穩定的數字顯示。圖3電路中,計數器的11腳為計數端,當他為高電平時,MC14553的12腳標準脈沖不能加入,所以NE555的輸出經過C3,R5組成的微分電路后,產生一個正尖脈沖電壓,通過清零端13腳先對計數器進行清零,同時,MC14553閂鎖解除,開始對數字式傳感器SWC輸出的標準串行脈沖進行計數,等11腳再輸入高電平時,計數器又閂鎖,同時10腳也為高電平,計數器的數據鎖存。這樣,在50 ms的脈寬時間內,顯示器就可以把已知周期的標準脈沖計數顯示出來。
2.4 譯碼與顯示電路設計
譯碼與顯示電路如圖4所示,MC14511是具有鎖存/譯碼/驅動功能的BCD譯碼器,屬于CMOS器件,高電平輸出電流可達25 mA,可直接驅動數碼管。SM4205是共陰極數碼管。由于計數器輸出的為BCD代碼,MC14511將其鎖存后譯成數碼管所需要的驅動信號,使數碼管SM4205顯示出BCD碼的數值。
3 安裝與調試
按照以上各個部分的原理圖,對電路進行級聯,并焊接電路板。接好電源,進行調試,發現兩個問題。
(1)數碼管不顯示所測溫度值。經檢測,發現NE555的輸出波形失真,這是干擾所致,于是給電源兩端并了一個100μF的電解電容和0.1 μF的瓷介電容,再次通電測試后,發現干擾大大減少了,此時數碼管也開始顯示所測溫度值。
?。?)集成電路MC14511發燙。于是將MC14511與數碼管相連的47 Ω的限流電阻換成300 Ω的電阻,測試后發現MC14511不再發熱了,但此電阻發熱較大,經過多次試驗,將此電阻調整為3.3 kΩ后一切正常。
為了與普通溫度計測溫做一對比,將感溫探頭和精度為0.1℃的水銀溫度計一起放入同一杯冷藏的水中,接好12 V電源,按一下觸摸開關AN,然后對水加熱逐漸改變所測溫度,在此過程中將二者所測溫度值記錄(見表1)。
經對照,二者讀數zui大相差0.2℃,可以看出,他比水銀溫度計響應時間快,與其他溫度計、測溫系統相比,該測溫儀具有顯示直觀清晰、靈敏度高、功耗低和抗*力強等優點,此外該測溫儀不易破損,成本低廉,如果配備專門的連接插件或加長傳感器導線長度,可實現多點或遠距離溫度測量。該測溫儀可廣泛用于大棚、花房、居室、汽車和空調出風口等環境的測溫。
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