1 设计思想
该测温仪由数字式温度传感器、单稳态定时电路、计数电路、译码与led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swc数字式温度传感器的测温原理,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swc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led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。
2.3 计数电路设计原文位置计数部分由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zui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*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。
