基于ICL7107制作的数显温度报警电路

基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿1基于ICL7107制作的数显温度报警电路设计摘要数显温度计是一种电子产品，由温感元件来识别温度，既将温度信号转化为模拟的电信号。再经过数模转换为数字的电信号，最后经编码显示在数码管上，或者液晶屏上。本文介绍基于ICL7107制作的数显温度报警电路的方法、原理以及电路工艺、并给出完整的电路。该电路具有高精度，高稳定性，低温漂，低功耗的优点，且价格低廉，使用方便，是传统的水银温度计，金属温度计的理想替代品，广泛应用于工业、农业、医疗器械等领域的温度探测。关键词：数字显示温度传感器ICL7107报警基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿2目录摘要…………………………………………………………………………………1引言…………………………………………………………………………………3第一章数显温度计的发展史，内容及其意义1.1温度计的发展史………………………………………………………41.2本文主要内容…………………………………………………………51.3本课题研究的意义……………………………………………………5第二章数显温度的组成2.1元件列表………………………………………………………………62.2ICL7107器件简介……………………………………………………62.3LM35引脚及功能介绍…………………………………………………9第三章数字显示温度计的基本原理及调试方法3.1数显温度计的特点…………………………………………………123.2数字显示温度计电路原理…………………………………………12第四章仿真电路图4.1温度显示仿真………………………………………………………144.2报警电路仿真………………………………………………………15第五章全文总结及其前景展望5.1结论…………………………………………………………………165.2个人总结……………………………………………………………16致谢………………………………………………………………………………19参考文献…………………………………………………………………………20基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿3引言简介：数显温度计可以准确的判断和测量温度，以数字显示，而非指针或水银显示。故称数字温度计或数字温度表。温度数我们日常生产和生活中实时在接触到的物理量，但是它是看不到的，仅凭感觉只能感觉到大概的温度值，传统的指针式的温度计虽然能指示温度，但是精度低，使用不够方便，显示不够直观，数字温度计的出现可以让人们直观的了解自己想知道的温度到底是多少度。数显温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器(如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等)将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED，LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能。基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿4第一章数字显示温度计的发展史，内容及其意义§1.1温度计的发展史温度计是测温仪器的总称。根据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计，酒精温度计，水银温度计，气体温度计，电阻温度计，温差电偶温度计，辐射温度计和光测温度计等。最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略(1564～1642)发明。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化，玻璃管中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。伽利略发明的第一个温度计后来伽利略的学生和其他科学家，在这个基础上反复改进，如把玻璃管倒过来，把液体放在管内，把玻璃管封闭等。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度，水和冰混合时的温度，盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉，把纯水凝固时的温度定为32℉，把标准大气压下水沸腾的，温度定为212℉，用℉代表华氏温度，这就是华氏温度计。在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔(1683～1757)也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小，不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他反复实践发现，含有1/5水的酒精，在水的结冰温度和沸腾温度之间，其体积的膨胀是从1000个体积单位增大到1080个体积单位。因此他把冰点和沸点之间分成80份，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏温度计。华氏温度计制成后又经30多年，瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成了现在的百分温度，即摄氏温度，用℃表示，华氏温度与摄氏温度的关系为℉=9/5℃+32，或℃=5/9(℉-32)。现在英,美国家多用华氏温度，德国多用列氏温基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿5度。而世界科技界和工农业生产中，像我国，法国等大多数国家则多用摄氏温度。随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。下面介绍几种。气体温度计多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。电阻温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁，磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。温差电偶温度计是一种工业上广泛应用的测温仪器。利用温差电现象制成。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。这种温度计多用铜——康铜，铁——康铜，镍铭——康铜，金钴——铜，铂——铑等组。它适用于温差较大的两种物质之间，多用于高温和低浊测量。有的温差电偶能测量高达3000℃的高温，有的能测接近绝对零度的低温。高温温度计是指专门用来测量500℃以上的温度的温度计，有光测温度计，比色温度计和辐射温度计。高温温度计的原理和构造都比较复杂，这里不再讨论。其测量范围为500℃至3000℃以上，不适用于测量低温。§1.2本文主要内容本文主要介绍数字显示温度计的应用，发展情景，发展史。第一、二章着重介绍了数显温度计的发展史，设备，结构，第四章论述了电路板的焊接和调试的过程，最后在第五章中做了全文的总结和展望。§1.3本课题研究的意义在许多的应用场合，数显温度计已经代替了传统的温度计。相比于传统温度计，数显温度计具有直观，高精度，观测方便等优点。本次课程设计意义在于让人们能更直观、准确的了解自习想要知道的温度。基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿6第二章数字显示温度计的组成§2.1元件列表注释描述封装数目0.1uFCapacitorRAD-0.33100pFRAD-0.331uFRAD-0.313KResistorAXIAL-0.321KAXIAL-0.3510KAXIAL-0.3424KAXIAL-0.311MAXIAL-0.324.9KAXIAL-0.31100KAXIAL-0.31LED3TypicalBLUESiCLED3.5X2.8X1.91DpyRed-CA7.62mmBlackSurfaceHER7-SegmentDisplay:CA,RHDPLEDDIP-104SpeakerLoudspeakerPIN21NPNNPNBipolarTransistorTO-2263PNPPNPBipolarTransistorSOT-23B15.1KPotentiometerVR512.4KPotentiometerVR53LM393AHDualComparator601-041ICL7107CPL3?DigitA/DConverterPL401SA555NGeneral-PurposeSingleBipolarTimerDIP81LM35AHPrecisionCentigradeTemperatureSensorH03H1表1元件列表§2.2ICL7107器件简介①ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器，属于CMos大规模集成电路，它的最大显示值为士1999，最小分辨率为100uV，转换精度为0.05士1个字。②能直接驱动共阳极LED数码管，不需要另加驱动器件，使整机线路简化，采用士5V两组电源供电，并将第21脚的GND接第30脚的IN。③在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源，通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF。④能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。⑤输入阻抗高，对输入信号无衰减作用。基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿7⑥整机组装方便，无需外加有源器件，配上电阻、电容和LED共阳极数码管，就能构成一只直流数字电压表头。⑦噪音低，温漂小，具有良好的可靠性，寿命长。⑧芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。⑨未设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+.⑩可以方便的进行功能检查。图1ICL7107管脚分布基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿8图2ICL7107典型应用电路图3ICL7107A/D转换器原理计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲Fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号Fc。译码器为BCD-7段译码器，将计数器的BCD码译成LED数码管七段笔画组成数字的相应编码。驱动器是将译码器输出对应于共阳极数码管七段笔画的逻辑电平变成驱动相应笔画的方波。控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换器能循环进行。第二，识别输入电压极性，控制LED数码管的负号显示。第二，当输入电压超量限时发出溢出信号，使千位显示“1，其余码全部熄灭。调锁存器用来存放A/D转换的结果，锁存器的输出经译码器后驱动LED。它的每个测量周期自动调零（AZ）、信号积分（INT）和反向积分（DE）三个阶段。基于ICL7107的数字显示温度计设计制作项目：带报警的数显温度计小组成员：吕垚鹏飞、张睿9§2.3LM35引脚及功能介绍LM35D是把测温传感器与放大电路做在一个硅片上，形成一个集成温度传感器（见图4）。LM35D是一种输出电压与摄氏温度成正比例的温度传感器，其灵敏度为10mV/℃；工作温度范围为0℃-100℃；工作电压为4-30V；精度为±1℃。最大线性误差为±0.5℃；静