溫度傳感器方案論述：

溫度的檢測與控制，在工業控制中有著十分重要的地位。由于溫度屬于非電量，在進行檢測的時候需要將溫度轉換成電信號，溫度的變化轉換成電壓的變化，進而通過對電壓的檢測實現對溫度的檢測。在進行溫度采集時通常有兩種方案，第一種是選擇分立式溫度傳感器，而第二種方案是選擇數字式溫度傳感器。

第一種方案通過溫度傳感器（PT100等）將溫度數據轉換成電壓信號，然后將輸出的電壓信號通過信號處理電路進行放大處理，處理后的電壓信號送入到模數轉換器進行轉換。這種方案的主要優點是可以根據實際的需要自行選擇需要的溫度傳感器、模數轉換器，主要缺點是需要進行信號處理電路和模數轉換電路的設計。

第二種方案是采用集成式數字溫度傳感器，這種傳感器是集成電路發展的產物。數字式溫度傳感器將溫度傳感器、信號處理電路、模數轉換器、數據存儲器及通訊控制器等電路集成到一個芯片上，在使用的時候，可以通過控制器與芯片進行通訊來完成溫度的采集和數據的讀取，在電子設計中比較常用的有DS18B20、LM75等。數字式溫度傳感器雖然在電路結構上十分簡單，只需要簡單的外圍電路就可以實現溫度的采集，但是這種數字式溫度傳感器的通訊協議通常都比較復雜，需要與數字控制器相互配合使用，而且由于集成電路自身的功耗，所以通常會造成芯片自身溫度較高，進而檢測的溫度比外圍溫度要高。

方案確定：

通過上面對上述兩種方案的分析可以知道兩種方案的優缺點，本次設計的溫度檢測及控制系統主要針對工業環境，所以綜合考慮本次設計選擇方案一作為系統的設計方案。以熱電阻作為溫度傳感器，然后設計信號處理電路，對溫度傳感器輸出的電壓信號進行處理，轉換成模數轉換器可以使用的電壓信號，然后提供給模數轉換器進行溫度轉換。

單元電路設計：

傳感器測溫電路：

常見鉑測溫電阻的標稱電阻值為100Ω，溫度系數是3850×10 ^-6^ /℃。標稱值的誤差影響偏置，而溫度系數的誤差影響增益。溫度跨度越大誤差也越大。標稱值的誤差可用一點調整，而溫度系數的誤差要由間隔溫度的兩點調整。當要求很細微的調整溫度時，要選用溫度系數一致的傳感器。

如下圖所示為本次設計的溫度傳感器電路，電路主要由溫度測量H橋和信號放大電路組成。通過H橋測量電路對PT100 溫度傳感器（R4）的溫度變化進行測量，然后將H橋輸出的差分信號送入到差分放大電路進行信號放大輸出，通過對電位器的調節就可以對信號測量范圍進行調節。

模數轉換電路設計：

模數轉換電路是可以將模擬信號轉換為數字信號的電路，是信號檢測系統中十分常見的一種應用電路。本次設計中使用模數轉換電路對溫度傳感器的輸出電壓進行檢測。然后將得到的數字信號進行轉換和顯示，就可以得到檢測后的溫度。本次設計選擇8位ADC進行模數轉換，該模數轉換器可以對0-5v的直流電壓信號進行轉換，將其轉換為8位2進制數據進行輸出。該模數轉換器需要一個周期性脈沖信號，作為轉換控制信號，所以本次設計使用555定時器產生一個周期性脈沖信號來控制模數轉換器進行采樣控制。

顯示電路設計：

為了能夠將模數轉換器的輸出結果更加直觀的體現給使用者，本次設計為系統設計顯示電路，系統顯示電路如下圖所示。

系統顯示電路首先將模數轉換器輸出的8位2進制轉換結果轉換為BCD碼格式的結構，然后通過BCD顯示驅動芯片驅動數碼管進行顯示。

聲光報警電路

如下圖所示為本次設計的光報警電路，本次設計的報警電路采用LM393比較器作為控制核心。通過電位器可以對溫度的報警閥值進行設定，當溫度大于設定值時，LED指示燈就會亮起發出報警提示。

下圖所示為本次設計的聲音報警電路，一旦出現超溫的情況就會發出報警提示音。聲音報警電路采用555定時芯片組成。利用555定時器產生一定頻率的脈沖信號，然后利用鎖存器將脈沖信號轉換成占空比為50%的方波信號去驅動蜂鳴器，進而達到發聲的目的。

溫度控制電路設計：

如下圖所示為本次設計的溫度控制電路。溫度控制電路采用兩個比較器對溫度的數值進行判斷，上面的比較器，當溫度大于設定值時，比較器的輸出就會控制后面的繼電器吸合，啟動風扇，開啟降溫模式；下面的比較器，當溫度小于設定值時，比較器的輸出就會控制后面的繼電器吸合開始加熱模式，在進行數值的設定是，溫度上限和溫度下限不要選擇一樣的值，盡量分開選擇放置當溫度在此值跳動時繼電器頻繁動作。

MULTISIM仿真：

如圖所示為本次設計的溫度檢測和控制電路仿真圖，在運行仿真后，可以通過調節模擬PT100的電位器，當電位器的滾動條向右調節時此時溫度是降低的。

此時的溫度為21度低于設定的24度，所以加熱繼電器開啟進行加熱。

當將模擬電位器的滾動條向左調節時，此時溫度是上升狀態。

此時溫度大于30度，可以看到此時加熱繼電器不工作，而風扇繼電器工作，開啟降溫模式。

審核編輯：湯梓紅

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