Четырёхканальное устройство контроля температуры

 

 

5.2.Аналоговый  коммутатор

 

Четырёхканальный аналоговый коммутатор (DD5) со схемами управления КР590КТ1. В зависимости от потенциалов на входах управления схема может выполнять функции четырёхканального или двухканального АК. В нашем случае он выполняет функции четырёхканального АК, что обеспечивает питающее напряжение порядка 9В. Управление переключением каналов осуществляется от ЭВМ подачей напряжения уровня логической единицы на соответствующие цифровые входы  #1-4.

5.3.Фильтр низких  частот

В работе использован фильтр Баттерворта, т.к. он имеет наиболее плоскую характеристику в полосе пропускания и обеспечивает подавление сетевых наводок не менее 30дБ.

Для этого берем активный фильтр 2-го порядка и выбираем коэффициенты передачи равными b = 0,8038 , c = 0,8231,  ƒ = 0,159

Фильтр низких частот реализован как активный фильтр 2-го порядка на ОУ широкого применения К140УД6.

5.4.Аналого-цифровой  преобразователь

 

В БИС КР572ПВ1 напряжение на выходах 22, 23 должно быть не менее 10В. При подаче напряжения уровня логического нуля (в нашем случае уровень логической единицы) на вывод 2 потенциал выводов 4-7, соответствующих старшим разрядам, устанавливаются в “третье состояние”, т.е. выходное сопротивление по этим выводам становится около 1 Мом. При подачи напряжения уровня логического нуля на вывод 16 потенциал остальных восьми разрядных выводов устанавливается в “третье состояние”. Это позволяет производить побайтовый обмен информацией с 8-разрядной шиной данных микро-ЭВМ. Напряжение на выводе 17 определяет режим работы БИС. При подачи напряжения уровня логического нуля на этом выводе преобразователь КР572ПВ1 может работать в качестве АЦП, а при напряжении уровня логической единицы в качестве ЦАП. Чтобы АЦП, выполненный на базе БИС 572ПВ1, беспрерывно преобразовывал входное напряжение после однократного запуска, необходимо вывод 28 отключить от общей шины и соединить с выводом 22.

В схеме включения вывод I2 соединяется с  неинвертирующим входом компаратора, на инвертирующий вход подаётся преобразуемое напряжение Uвх. Инвертирующий вход компаратора при этом заземляется. Таким путём производится сравнение подаваемых напряжений.

Опорное напряжение Uоп должно иметь полярность, противоположную полярности преобразуемого напряжения Uвх. Описанная схема включения АЦП предполагает отрицательное опорное напряжение Uоп.

5.5.Источник  опорного напряжения

 

Источник опорного напряжения построен по схеме с ОУ и является стабильным, т.к. усиливает напряжение стабилитрона, которое является постоянным и почти не зависит от температуры. Стабилизированное напряжение попадает на вход ОУ, включённого по схеме инвертирующего усилителя, с коэффициентом усиления равным единице.

 

5.6.Схема индикации  температуры

 

Схема индикации температуры включает в себя аналого-цифровой преобразователь и жидко - кристаллический  индикатор. Интегрирующее АЦП на 3,5 декады включает семисегментный декодер, стабилизатор и генератор и предназначен для работы с жидкокристаллическим индикатором. Микросхема имеет точность автоматической коррекции нуля не хуже 10 мкВ и дрейф нуля 1 мкВ/°С, низкое напряжение шумов на входе ≤15 мкВ. Также микросхема поддерживает задание тактовой частоты конденсатором на выводе 38 и резистором на выводе 39.

Напряжение с выхода дифференциального усилителя поступает на вход аналого-цифрового преобразователя и преобразуется в семисегментный код для трёх разрядов, который поступает на соответствующие входы жидко-кристаллического  индикатора отвечающие за высвечивание соответствующих разрядов.

Эта схема не требует фильтра низких частот, т.к. он в состав Аналого-цифрового преобразователя. Резистор R50 (R52, R62, R64) и конденсатор С21 (С26, С35, С40) обеспечивают fтакт=50 кГц.

 

5.7.Блок питания

 

Блок питания построен с использованием  трансформатора серии ТПП имеющего несколько вторичных обмоток, четыре диодных мостика и четыре схемы стабилизации напряжения, построенное с использованием ОУ. Сигналы, поданные на входы схемы стабилизации, суммируются с учетом их знака и многократно усиливаются. Характерная особенность стабилизатора напряжения с применением ОУ заключается в том, что в нем выходное напряжение сравнивается с образцовым (опорным) и таким образом поддерживается на заданном уровне.

Эта схема обеспечивает устройство питающими напряжениями 5В, 9В, 10В и 15В.

 

 

6.Выводы и  заключение

 

При выполнении данной курсовой работы были выполнены основные задачи, поставленные перед разработчиком:

1.подача напряжения питания  на микросхему;

2.систематизация и расширение  теоретических знаний по курсу 

“Цифровая электроника”;

3.получение навыков активного  использования теоретических 

положений при решении инженерных задач;

4.получение навыков работы с  литературными справочниками;             

5.изучение и использование нормативной  технической информации;

6.получение навыков использования  стандартов при оформлении 

работы.

В результате проделанной работы было разработано устройство контроля температуры, в диапазоне температур от +200 до +600°С. Разработанное устройство имеет перспективы дальнейшего развития, т.к. возможный диапазон контролируемой температуры не ограничивается границами от +200 до +600°С. Для этого можно настроить аналого-цифровой преобразователь для вывода двенадцатиразрядного двоичного кода, что позволит поднять верхний предел измерения температуры до 4000°С.  Но для этого понадобится совершенно другая термопара, нежели та которая использована в данной работе. Также есть возможность повышения точности за счёт замены дифференциального усилителя измерительным усилителем.

В принципе данную схему можно значительно  упростить, если использовать усилители сигналов с компенсацией холодного спая AD594 и AD595 фирмы Analog Devices. Эти устройства обладают всем необходимым (включая опорную точку льда) для получения выходного напряжения пропорционального  температуре и даже программируемую тройную точку для термопарного входа.

  Описанное устройство можно использовать как  для измерения температуры в агрессивной среде, так и в любой другой среде, где требуется контроль температуры в пределах от +200 до +600°С. У разработанного устройства есть одно большое преимущество оно состоит практически полностью из отечественных микросхем, что делает сборку устройства удобной и не требует лишних финансовых и временных затрат.

 

7. Список используемой литературы

 

1. Электроника. Методические  указания к выполнению курсового  проекта (работы) по электронике  для студентов специальности 210200 дневной и заочной форм обучения. КГУ, Курган, 1997

2. ГОСТ 7.32-2001 Отчёт о  научно-исследовательской работе. Структура  и правила оформления.

3. Гутников В.С. “Интегральная электроника в измерительных устройствах”

код 621.317:621.38  Г97

4. Журнал “Радио”, №7, 1999

5. Гутников В.С. “Электронные устройства информационно-измерительной технике” код 621.317:621.38  Г97

6. Алексеенко А.Г. “Применение прецизионных аналоговых микросхем”

код 621.38  А47

7. П. Хоровиц, У. Хилл “Искусство схемотехники” том 3. Москва “Мир” 1993

8. www.analog.com

9. www.gate.hostel.tusur.ru