电子设计大赛论文-热敏电阻测温电路设计

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1、电子设计大赛论文（B组）热敏电阻测温电路设计第三十组K3队组队成员：顾代辉黄龑罗程2010年5月23日第16页摘要：科技发展，很多工业化的生产都需要温度测量，这使得温度测量仪器变成一个很重要的东西。下面我们将题目所给的温度测量电路进行分析和改动设计。题目所给图是一个在工业场合的温度测量系统，采用RTD电阻温度检测器。通过分析可知，两端分到的电压即为,Vo3输出的电压即为NTC两段分到的电压。而要求我们设计的电路所用的是NTC负温度系数热敏电阻器。题目要求我们将电流产生电路的电流控制在0.1mA。这里我们简单的将改成25k。对于滤

2、波电路，我们设计各个参数使得其截至频率在100Hz左右，就能滤掉1000HZ的干扰信号；对于基准源，我们都用基本的连接方法，输出电压为2.5V；对于稳压管，输出电压为恒定的5V；对于串口连接，我们用到MAX232芯片其中一个接口，与单片机的RXD/TXD连接传输数据。关键词：温度传感器AVR串口显示I．电路分析（1）电流产生电路分析：首先对于运放A1，由虚短和虚断，可知有：可解得：即第一个运放功能为将信号放大两倍。对于运放A2,同理，有有:可见，运放A2是一个电压跟随器。第16页又：故：两端分到的电压为由此可见：两端分压恒为基准

3、电压，只要基准电压和的值不变，则通过的电流为恒定值，该电路的作用为产生恒定电流。由于，故Rline和R6相当于并联，，故故可认为恒定电流都通过热敏电阻RTD。运放A3以及NTD分析：由叠加法分析，当接地时，当接地时，故……………………①而……………………②……………………③第16页将②和③代入①得即为RTD两端端电压，与Rline的值无关，故Rline不影响测温精度。二阶有源低通滤波电路：采用s域模型……………………④，即……………………⑤对于节点，应用KCL可得…………⑥联立④⑤⑥得传递函数：=其中为截止角频率，Q为品质因数若

4、==，==则传递函数化为第16页，截止频率则用s=jw代入上式得该滤波电路的幅频相应函数为：相位响应函数为：由于温度变化不会很快，所以热敏电阻的电压的频率不会很大，该电路能滤掉高频干扰信号，取适当的电阻电容值就能实现功能，例如让品质因数Q≈0.707，截止频率≈100Hz,频率大于时幅频相应函数斜率为-40dB/十倍频程，即可滤掉1kHz的干扰信号。（2）AD转换器原理：输入电压首先与D/A器输出电压相比较，若/2，比较器输出为1，若，比较结果存于数据寄存器的Dn-1位。移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已存1，则此

5、时=。于是再与相比较，如，则次高位Dn-2存1，否则Dn-2=0；如最高位为0，则/，与比较，如，则Dn-2位存1，否则存0……。以此类推，逐次比较得到输出数字量。由AD转换原理可知：AD输出的二进制数的值为：……………………⑦（n为AD的位数）……………………⑧第16页……………………⑨由⑦⑧⑨得：由此可得：由AD输出的数字信号与无关，当发生微小变化时，不会对输出数字信号产生影响，所以AD转换器的基准源与电流产生电路使用同一个基准源有利于温度测量的稳定。II．电路设计依据所给电路进行适当改进：1.改变使电流产生电路的输出电流为

6、0.1mA；2.热敏电阻RTD改为NTC；3.运放A3正的输入端加上一个平衡电阻，使输出电压Vo3为更精确地等于热敏电阻两端的电压；4.使用AVR单片机的AD，Vo直接输入到单片机的PA0脚。一、5V稳压源的设计该电路使用7805芯片，电源有12V提供，输出一个稳定的电压Vout=5V。二、基准源的设计：对给定的基准源，我们做出以下设计电路图，可得到基本稳定的2.5V基准电压。第16页图中，Vbatt=5V，R=1k，故Vo==2.5V。三、电流产生电路设计：把Rref改成25kΩ，用20kΩ和一个10kΩ电位器的组成，调节电位

7、器，使总电阻Rref=25kΩ由I．电路分析可知，分在上的电压即为，我们所用基准源电压为2.5V，故要当=25kΩ时即滑动变阻器为5kΩ时能使I=0.1mA。四、NTC的电路连接设计：NTC电路模块根据I．电路分析可知，Vo3相对于地的电压即为NTC两端的电压，输出能够表示温度传感器的电压值。另外，对于运放A3，由于n、p两输入端的输入电阻相差较大，对于电路的放大作用会产生很大误差，为了平衡两输入端电阻，我们加一个平衡电阻Rb：（如下图:）第16页n端输入电阻：K而p端输入电阻为：KK此处我们取Rb=51K五、滤波电路的设计：为

8、得到较好的幅频相应波形，令品质因素Q=0.707。放大倍数：=第16页品质因数：≈0.707为了滤掉1kHz的干扰信号，取截止频率=约为100Hz，选电容C===0.33uF，由=算出R=4.85kΩ,取R===4.7kΩ则截止频率:==对于测温现场可能有100