環(huán)境溫度對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)和人們的日常生活都有很大的影響，溫度測量已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活中必不可少的工作。傳統(tǒng)溫度計(jì)測量需要時(shí)間，準(zhǔn)確度低。本文采用SWC溫度傳感器設(shè)計(jì)了a 數(shù)字溫度計(jì)，可快速、準(zhǔn)確地測量溫度。

1設(shè)計(jì)理念

溫度計(jì)由數(shù)字溫度傳感器、單穩(wěn)態(tài)計(jì)時(shí)電路、計(jì)數(shù)電路、解碼和發(fā)光二極管數(shù)碼管顯示電路等組成。溫度測量范圍為0 ~ 50℃，精度為0.1℃，數(shù)字顯示。根據(jù)SWC數(shù)字溫度傳感器的溫度測量原理，溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，溫度測量程度用輸出的串行脈沖數(shù)表示。校準(zhǔn)每個(gè)脈沖代表0.1℃的溫度增量，然后在0 ~ 50℃對應(yīng)輸出0 ~ 500個(gè)脈沖，其轉(zhuǎn)換速度應(yīng)小于50毫秒，電源電壓應(yīng)為12 v。定時(shí)電路產(chǎn)生的定時(shí)寬度為50毫秒的柵極脈沖電壓，其一路通過差分電路清零計(jì)數(shù)器，另一路直接施加到數(shù)字型溫度傳感器SWC的K端。溫度采集和驅(qū)動(dòng)后，輸出串行脈沖。經(jīng)放大電路放大后，計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，然后解碼器解碼輸出，驅(qū)動(dòng)公共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。

2電路設(shè)計(jì)

2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

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(fā)電平Vth2=VDD/3=4 V。接通電源后，通過R1將+VDD添加到引腳2，使V2 = VDD >；Vth2，而定時(shí)電容器C1的電壓為零，使得V6=0

。同時(shí)，當(dāng)+VDD通過R2對C1充電時(shí)，Vc1上升，使Vc1=V6=Vth1，定時(shí)器從置位狀態(tài)變?yōu)閺?fù)位狀態(tài)，引腳3變?yōu)榈碗娖健?/p>

2.2溫度采集電路的設(shè)計(jì)

溫度采集電路由數(shù)字型溫度傳感器SWC和放大器VT1等組成。如圖3中虛線框所示。SWC數(shù)字型溫度傳感器，又稱集成式數(shù)字脈沖式溫度探頭，是一種三端器件，控制線K、信號線S、公共線G，有上電啟動(dòng)和寬脈沖觸發(fā)兩種模式。一旦k線通電或?qū)捗}沖觸發(fā)，復(fù)位時(shí)間Td后，信號線將輸出一系列脈沖，每個(gè)脈沖增量為0.1℃，脈沖數(shù)為測量溫度的數(shù)字。可以重復(fù)啟動(dòng)SWC，以實(shí)現(xiàn)對測量溫度的連續(xù)采樣。在該電路中，使用寬脈沖觸發(fā)器。當(dāng)50 ms的柵極脈沖電壓(NE555的輸出)加到SWC的k端時(shí)，它被啟動(dòng)。輸出串行脈沖經(jīng)VT1放大后，加到MC14553的11個(gè)引腳上進(jìn)行計(jì)數(shù)。

計(jì)數(shù)部分由一個(gè)3位動(dòng)態(tài)掃描計(jì)數(shù)器MC14553作為核心組成，如圖3所示。負(fù)沿觸發(fā)的內(nèi)部三個(gè)BCD計(jì)數(shù)器以同步工作模式級聯(lián)在一起，每個(gè)BCD計(jì)數(shù)器輸出端都有一個(gè)4位鎖存器，可以隨時(shí)存儲(chǔ)計(jì)數(shù)值，并配合多通道轉(zhuǎn)換完成三組計(jì)數(shù)值的分時(shí)輸出。數(shù)字選擇器的輸出提供輸出同步信號，以完成動(dòng)態(tài)顯示模式。由于周期掃描周期通常約為1毫秒，這遠(yuǎn)小于人類視覺持續(xù)時(shí)間，因此可以獲得穩(wěn)定的數(shù)字顯示。在圖3的電路中，計(jì)數(shù)器的11個(gè)引腳是計(jì)數(shù)端子。當(dāng)處于高電平時(shí)，不能添加MC14553的12引腳標(biāo)準(zhǔn)脈沖。因此，在NE555的輸出通過由C3和R5組成的差分電路后，產(chǎn)生正尖峰脈沖電壓，計(jì)數(shù)器通過清零端的13個(gè)引腳清零。同時(shí)，MC14553鎖存器被釋放，并且數(shù)字傳感器SWC輸出的標(biāo)準(zhǔn)串行脈沖被計(jì)數(shù)。當(dāng)11引腳再次輸入高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器被鎖存，10引腳也處于高電平，計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)被鎖存。這樣，在50毫秒的脈沖寬度內(nèi)，顯示器可以顯示已知周期的標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)。

2.4解碼和顯示電路設(shè)計(jì)

解碼和顯示電路如圖4所示。MC14511是一款具有鎖存/解碼/驅(qū)動(dòng)功能的BCD解碼器，屬于CMOS器件。其高電平輸出電流可達(dá)25 mA，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。SM4205是一種常見的陰極數(shù)碼管。由于計(jì)數(shù)器的輸出是BCD碼，MC14511鎖存并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管所需的驅(qū)動(dòng)信號，從而數(shù)碼管SM4205顯示BCD碼的值。

3安裝和調(diào)試

根據(jù)上述部件的示意圖，級聯(lián)電路并焊接電路板。接通電源并調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題。

(1)數(shù)碼管不顯示測量的溫度值。檢測后發(fā)現(xiàn)NE555的輸出波形失真，是由干擾引起的。因此，在電源的兩端增加了100μ。f和0.1μ的電解電容；f陶瓷介質(zhì)電容器通電后，再次進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)干擾大大降低，這時(shí)數(shù)碼管也開始顯示測得的溫度值。

(2)集成電路MC14511熱。so 47 &ω，連接MC14511和數(shù)碼管；的限流電阻由300ω替代；經(jīng)過多次測試，發(fā)現(xiàn)MC14511不再發(fā)熱，但這種電阻會(huì)發(fā)熱更多。經(jīng)過多次測試，該電阻被調(diào)整到3.3kω；從那以后一切都正常了。

為了與普通溫度計(jì)溫度測量進(jìn)行比較，將精度為0.1℃的溫度傳感探頭和水銀溫度計(jì)放在同一杯冷凍水中，接通12 V電源，按下觸摸開關(guān)an，然后通過加熱水逐漸改變測量溫度，并在過程中記錄兩者的測量溫度值(見表1)。

與其他溫度計(jì)和溫度測量系統(tǒng)相比，該溫度測量儀具有顯示直觀清晰、靈敏度高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。另外，溫度測量儀不易損壞，成本低。如果配有特殊的連接插件或傳感器導(dǎo)線的長度加長，就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)或長距離的溫度測量。該溫度計(jì)可廣泛用于溫室、溫室、客廳、汽車、空調(diào)出風(fēng)口等環(huán)境的溫度測量。

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