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一种基于SWC的数字温度计的设计

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作者:时间:2008-01-14来源:收藏

  环境温度对工业、农业、商业和人们的日常生活都有很大的影响,而温度的测量也就成为人们生产生活中一项必不可少的工作。传统的测温仪测量费时,准确度也较低,本文采用设计了一种数字测温仪,利用他可以快速、准确地测得温度。

  1 设计思想

  该测温仪由数字式、单稳态定时电路、计数电路、译码与数码管显示电路等组成。测温范围为0~50℃,精度为0.1℃,数字显示。根据数字式的测温原理,将温度转换为数字量,以其输出的串行脉冲个数表示其所测温度数。标定每个脉冲表示0.1℃的温度增量,则0~50℃应对应输出0~500个脉冲,他的转换速度应小于50 ms,电源电压为12 V。定时电路产生的定时宽度为50 ms的闸门脉冲电压,一路经微分电路对计数器进行清零,另一路直接加至数字式温度传感器的K端,温度采集驱动后,即输出串行脉冲,经放大电路放大后,计数电路对其进行计数,再经译码器译码输出驱动共阴极数码管,进行动态显示。设计原理图如图1所示。

  2 电路设计

  2.1 单稳态触发电路

  该电路主要由NE555和R2,C1等组成,如图2所示。其阈值电平Vth1=2VDD/3=9 V,触发电平Vth2=VDD/3=4 V。接通电源后,+VDD经R1加到2脚,使V2=VDD>Vth2,而定时电容C1的电压为零,使V6=0

  。同时+VDD经R2给C1充电,Vc1上升到使Vc1=V6=Vth1时,定时器又从置位状态变为复位状态,3脚变为低电平。

  

  2.2 温度采集电路设计

  温度采集电路由数字式温度传感器SWC和放大管VT1等组成,如图3虚线框内所示。SWC数字式温度传感器,又称集成数字脉冲式感温探头,他是一种三端器件,控制线K,信号线S,公共线G,具有加电启动和宽脉冲触发两种方式,一旦K线加电或宽脉冲触发,经复位时间Td之后,信号线将输出一串脉冲,每个脉冲为0.1℃增量,脉冲个数就是被测温度的数字量,重复对SWC进行加电启动,可实现对被测温度的连续采样。在本电路中,采用宽脉冲触发,当SWC的K端加入50 ms的闸门脉冲电压(NE555的输出)后,即启动,输出的串行脉冲经过VT1放大后,加到MC14553的11脚进行计数。

  

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  2.3 计数电路设计

  计数部分由3位动态扫描计数器MC14553为核心构成,如图3所示。其内部3个负沿触发的BCD计数器以同步工作方式级联在一起,每位BCD计数器输出端都有一个4位锁存器,可将任意时刻的计数值加以储存,并与多路转换配合,完成3组计数器值的分时输出。数字选择器输出提供输出同步信号,完成动态显示方式。由于循环扫描周期多在1ms左右,远小于人的视觉暂留时间,所以可以得到稳定的数字显示。图3电路中,计数器的11脚为计数端,当他为高电平时,MC14553的12脚标准脉冲不能加入,所以NE555的输出经过C3,R5组成的微分电路后,产生一个正尖脉冲电压,通过清零端13脚先对计数器进行清零,同时,MC14553闩锁解除,开始对数字式传感器SWC输出的标准串行脉冲进行计数,等11脚再输入高电平时,计数器又闩锁,同时10脚也为高电平,计数器的数据锁存。这样,在50 ms的脉宽时间内,显示器就可以把已知周期的标准脉冲计数显示出来。

  2.4 译码与显示电路设计

  译码与显示电路如图4所示,MC14511是具有锁存/译码/驱动功能的BCD译码器,属于CMOS器件,高电平输出电流可达25 mA,可直接驱动数码管。SM4205是共阴极数码管。由于计数器输出的为BCD代码,MC14511将其锁存后译成数码管所需要的驱动信号,使数码管SM4205显示出BCD码的数值。

  3 安装与调试

  按照以上各个部分的原理图,对电路进行级联,并焊接电路板。接好电源,进行调试,发现两个问题。

  (1)数码管不显示所测温度值。经检测,发现NE555的输出波形失真,这是干扰所致,于是给电源两端并了一个100μF的电解电容和0.1 μF的瓷介电容,再次通电测试后,发现干扰大大减少了,此时数码管也开始显示所测温度值。

  (2)集成电路MC14511发烫。于是将MC14511与数码管相连的47 Ω的限流电阻换成300 Ω的电阻,测试后发现MC14511不再发热了,但此电阻发热较大,经过多次试验,将此电阻调整为3.3 kΩ后一切正常。

  

  为了与普通温度计测温做一对比,将感温探头和精度为0.1℃的水银温度计一起放入同一杯冷藏的水中,接好12 V电源,按一下触摸开关AN,然后对水加热逐渐改变所测温度,在此过程中将二者所测温度值记录(见表1)。

  

  经对照,二者读数最大相差0.2℃,可以看出,他比水银温度计响应时间快,与其他温度计、测温系统相比,该测温仪具有显示直观清晰、灵敏度高、功耗低和抗干扰能力强等优点,此外该测温仪不易破损,成本低廉,如果配备专门的连接插件或加长传感器导线长度,可实现多点或远距离温度测量。该测温仪可广泛用于大棚、花房、居室、汽车和空调出风口等环境的测温。



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