數字溫度計設計方案比較研究

楊渝黔　曾益康　姜中平　劉嘉慶

摘? 要：本次課程設計我的課題是利用Proteus設計了一種簡易數字溫度計。以Pt100鉑熱電阻為溫度采集器，利用Pt100鉑熱電阻在不同環境溫度下的不同電阻，將采集到的溫度電壓的模擬量經過INA122精密儀表放大器放大后輸入到TC7107芯片，TC7107為一種A/D轉換器，自帶譯碼器，可以對共陽極數碼管進行驅動。本次研究最終可以完成-30℃～100℃的顯示。

關鍵詞：數字溫度計，Pt100鉑熱電阻，TC7107，設計方案比較

引言：

在日常生活中，溫度計的使用是很普遍的，無論是冰箱、電腦等電器都有溫度顯示功能以幫助用戶辨別電器是否在正常工作，還是日常生活通過溫度來判斷天氣情況，溫度計在我們日常的生活都起著不小的作用。本次設計的目的是設計一款能正常顯示-30℃～100℃的數字溫度計，且顯示溫度為0.1℃。

一、設計背景

這次設計開始的初衷是學校開設的課程設計，指導老師給了我們自由選擇課題的機會，經過一天的思考，并在知網、B站和相關的貼吧尋找資料和教學后，我選擇了設計一個數字溫度計作為我的課題研究。選擇數字溫度的原因一是日常生活中對使用的數字溫度計原理產生了興趣，二是覺得這一設計的難度對自己來說比較適中，有能力設計出來的同時，并讓自己產生一些思考。

1.2設計目標

數字溫度計能實現-30℃～100℃的溫度顯示，顯示精度為0.1℃。

1.3實施計劃

1. 根據網絡上已有的方案選擇合適的元器件來設計電路。

2. 根據選擇的元器件來設計滿足自己目標的電路。

3. 運行電路，進行電路測試，觀察電路是否有錯誤并改正錯誤，記錄電路的誤差。

4. 撰寫課程設計說明書

二、總體方案設計

通過查閱大量相關技術資料，并結合自己的實際知識，我主要提出了三種技術方案來實現系統功能。下面我將首先對這三種方案的組成框圖和實現原理分別進行說明，并分析比較它們的特點，然后闡述我最終選擇方案的原因。

2.1 方案比較

方案一與方案三相比，對于溫度的采集和顯示更加準確，但是多了一個K-℃轉換器，單路的設計更加復雜。方案二與方案一和方案三相比，更加的簡便、準確，但是其電路的設計需要使用單片機。

2.1.1 方案一

首先經過AD590集成溫度傳感器的作用，使外界溫度轉換為電流用表示。因為上述為絕對溫度K和電流之間的轉換關系，而在設計中我們需要采用℃，所以我們必須使其轉換成攝氏溫度℃和電流之間的關系，這就要用到K—℃變換器。通過K—℃變換器的作用，我們便得到想要的℃和電流之間的直接轉換關系。得到的電流再經過放大器的放大，即可直接用電壓表讀出被測對象的溫度值。然后放大后的電壓接一比較器，比較器的輸出端接TC7017，經TC7107AD轉換后，再通過數碼管顯示。

2.1.2方案二

本數字溫度計設計采用智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍為-55℃至+125℃，最大分辨率可達0.0625℃。DS18B20可以直接讀出被測量的溫度值，而采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。

2.1.3方案三

溫度是非電量模擬信號，數字顯示溫度就必須將 這一非電量信號轉換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號經 ADC轉換成數字信號，最后經譯碼顯示器顯示溫度值。本設計使用Pt100鉑熱電阻，該電阻在0℃電阻為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。將得到的溫度℃與電壓的關系經過放大器放大后，輸入到TC7107A/D轉換器，TC7107自帶譯碼器，可以直接輸入到數碼顯示管顯示溫度。

2.2 方案論證

方案一是可行的，所具有的優點是溫度的采集更加精確，但是其缺點是電路的設計更加復雜，需要額外加上一個k-℃的轉換器。方案二也是一個可行的方案，其優點在于其溫度的采集更加精確，電路的設計也更加簡單，但是需要使用單片機，不符合這次設計的要求。方案三也是一個可行的方案，其優點在于電路的設計更加的簡便，在電路的設計和電路仿真時更有利于我們操作，但是在溫度的采集精確度上不及方案一和方案二。

2.3 方案選擇

在能滿足設計目標的前提下，我選擇的了電路設計更加簡單的方案三，其優點在于更利于設計電路，仿真的調試。

參考文獻

[1] 黃華飛.基于Proteus的數字電子鐘設計[J].科技創新導報，2014，（28）：101-102

[2] 陶秋香.Proteus在電子設計中的應用[J].計算機光盤軟件與應用，2017，（24）：279-280

[3] 李瓊.基于Proteus仿真的數字電子鐘設計[J].中小企業管理與科技，2011，（34）：216-217