图2-4温度控制电路原理图

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3 温度控制电路各部分的实现

3.1温度检测电路 3.1.1热电偶

测量温度的器件很多，包括热敏电阻、热电偶、红外测温、水银等等。根据FDM温度的特性，温度范围较大0-300°C，因此决定选择热电偶测温。表3-1为K型热电偶的分度表。为了保险起见，我们将温度范围扩展到500℃，参考端的温度取值为30℃，其最大的输出也仅是21919μν。STM32内部带有12位的ADC模数转化器，参考电压时0-3V。因此为了更精确的测量温度，将热电偶的信号经过放大电路输入进STM32的ADC端口。放大电路的放大倍数是136.8，为了提高控制精度，放大倍数取150-200倍。

表3-1K型热电偶的分度表

K 参考端温度：0℃ 整10度μν值 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1001101201300 0 4095 8137 1220163920642490291233273732412645104882523910 397 4508 8537 1262168121062532295433683772416545484919530920 798 4919 8938 1303172421492575299634093812420445864955530930 1203 5327 9341 1345176621912617303834503851424346234991534340 1611 5733 9745 1387180822342659307934903891428146615027537850 2022 6137 10151429185122772702312135313931432046985063541260 2436 6539 10561471189323192744316235713970435847355099544670 2850 6939 10961513193623622786320436124009439647725134548080 3266 7338 11381555197824052828324536524048443448095169 90 3681 7737 11791597202124472870328636924087447248465204 3.1.2信号放大和滤波

在本课题中，我们需要将FDM工作温度很好的控制在?1℃的范围，放大倍数在150-200倍之间。考虑系统的线性度、失真区间、动态响应等，选用ICL7650芯片实现运算放大器的功能，它的参数主要是：输入失调电压UIO=0.05mv,输入失调电流IIO=0.05nA，失调电压UIO的温漂0.01uV/℃，失调电流IIO温漂几乎为0，综合性能很好。其原理图图和外围电路如图3-1和3-2所示：

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图3-1 ICL7650原理图 图3-2 ICL7650外围电路图

同时选用仪器放大器，具有很高的输入阻抗，同时可以在末端加一个跟随器提高输出阻抗。如图3-3所示，一级放大部分由两个对称的同相运放放大器组成一个差分放大器，有效的对冷端温度进行了补偿，二级放大作为主要放大电路。

图3-3信号放大电路

首先对该放大电路进行参数的计算分析：

设R1左端输入信号电压为V1，R2左端输入信号电压为V2，R5与R3之间电压为

V01，R6与R4连接点电压为V02。根据运算放大器原理，稳态时其“+”输入端 ，“-”

输入端电压相等，电流为0。 所以:

V1?V2?(V01?V02)?RgRg?R3?R4 ;

.

（3-1) (3-2) (3-3)

V01?V03V03?Vout? R5V7V02?V04V04?0? R6R8为了使电路尽可能的对称以消除共模干扰、偶然误差，从而取

R5?R6?R7?R8?10K (常用的值)，又有V03?V04于是：

V01?2?V03?Vout V02?2?V04

(3-4) (3-5)

有（3-1）、(3-2) 、（3-3）、(3-4)和（3-5）计算出放大倍数

G?Rg?R3?R4Rg?1?R3?R4 Rg12

当 R3?R4远大于Rg时，放大倍数G?R3?R4 Rg根据以前的试验资料可确定R9?0.1K，R10?50K，C3?50uF，C4?0.1uF确定了各个元器件的数值之后就可以用multisim仿真软件对放大器电路进行模拟分析，如图所示。

图3-4温度检测电路仿真

抗干扰性能是系统的可靠性的重要指标。供电线路是电网中各种浪涌电压入侵的主要途径。系统的接地装置不良或不合理,也是引入干扰的重要途径。各类传感器，输入输出线路的绝缘不良，也有可能引入干扰。在高压、大电流、高频电磁场附近干扰以场的形式入侵微机系统。干扰大致可分为常模干扰、共模干扰、数字通道的外源干扰和数字量通道的内源干扰。干扰的信号往往是幅值小，频率高，但是小幅值的杂波一旦是在放大器之前形成、输入，则可以被放大到足以给系统带来很大误差，甚至失去控制作用的后果，针对于上述的影响，我们在放大前后都对电路设计了滤波，以实现放大器的高增益、低噪声！放大前采用并联小电容的形式进行1级滤波，对高频部分过滤，但是低频部分可以很容易通过；后面的R9、R10、C3、C4组成了二级RC滤波电路。

对二级RC滤波电路检测器滤波性能，其结果如图3-5所示：

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