溫度控制器課程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、鄭州科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目溫度控制器學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)院 （系）信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師完成時(shí)間2015 年 12 月 31 日鄭州科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)14 級(jí)通信工程班級(jí) 2 班學(xué)號(hào)姓名一、設(shè)計(jì)題目溫度控制器二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)， 兩個(gè)加熱絲同時(shí)通電加熱， 指示燈發(fā)光；2、當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)，兩根加熱絲都不通電，指示燈熄滅；3、根據(jù)上述要求選定設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)框圖，并寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程；4、利用 Multisim 軟件畫出一套完整的設(shè)計(jì)電路圖， 并列出所有的元件清單；5、安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書.三、參考文獻(xiàn)1 吳友宇 .模擬

2、電子技術(shù)基礎(chǔ) M. 清華大學(xué)出版社 ,2009.5255.2 孫梅生 .電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) M. 高等教育出版社 ,2005.2528.3 徐 國 華 . 電 子 技能 實(shí)訓(xùn) 教程 M. 北 京航 空 航 天 大學(xué) 出版社 ,2006.13 15.4 陳 杰 , 黃 鴻 . 傳 感 器 與 檢 測 技 術(shù) M. 北 京 : 高 等 教 育 出 版社 ,2008.2225.5 翟 玉 文 等 . 電 子 設(shè) 計(jì) 與 實(shí) 踐 M. 北京 : 北 京中 國 電 力 出 版社 ,2005.1113.6 萬嘉若 ,林康運(yùn) .電子線路基礎(chǔ) M. 高等教育出版社 ,2006.27 29.四、設(shè)計(jì)時(shí)間201

3、5 年 12 月 21 日至 2015 年 12 月 31 日指導(dǎo)教師簽名 ：年月日摘 要本設(shè)計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、使用壽命長、具有一定的實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)的溫度控制電路。 本文設(shè)計(jì)了一種溫度控制器電路，該系統(tǒng)采用模擬技術(shù)進(jìn)行溫度的采集與控制。主要由電源模塊，溫度采集模塊，繼電器模塊組成。現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可以說是突飛猛進(jìn)，很多傳統(tǒng)的東西都被成本更低、功能更多、使用更方便的電子產(chǎn)品所替代，本課程設(shè)計(jì)是一個(gè)以溫度傳感器采用 LM35 的環(huán)境溫度簡易測控系統(tǒng)，用于替代傳統(tǒng)的低精度、不易讀數(shù)的溫度計(jì)。但系統(tǒng)預(yù)留了足夠的擴(kuò)展空間，并提供了簡單的擴(kuò)展方式供參考，實(shí)際使用中可根據(jù)需

4、要改成多路轉(zhuǎn)換，既可以增加濕度等測控對象，也能減少外界因素對系統(tǒng)的干擾。首先溫度傳感器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)， 通過放大器變成電壓信號(hào)，然后送入兩個(gè)反向輸入的運(yùn)算放大器組成的比較器電路，讓電位器來改變溫度范圍的取值，最后信號(hào)送入比較器電路，通過比較來判斷控制電路是否需要工作。此方案是采用傳統(tǒng)的模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定是否加熱。關(guān)鍵詞： 溫度傳感器 比較器 繼電器目錄1課程設(shè)計(jì)的目的 .錯(cuò)誤！未定義書簽。2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 .錯(cuò)誤！未定義書簽。3方案論證 .錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1方案比較 .錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2方案論證 .

5、54設(shè)計(jì)原理及功能說明 .錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1工作原理 .錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2結(jié)構(gòu)框架 .84.2.1放大電路 .84.2.2電壓比較器電路 .94.2.3溫度控制電路 .94.3工作流程 .105仿真結(jié)果 .錯(cuò)誤！未定義書簽。6硬件的制作與調(diào)試 .錯(cuò)誤！未定義書簽。7總結(jié).錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) .錯(cuò)誤！未定義書簽。附錄 1：電路原理圖 .15附錄 2：實(shí)物圖 .16附錄 3：元器件清單17溫度控制器設(shè)計(jì)1 課程設(shè)計(jì)的目的模擬電路課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)，要求達(dá)到以下目的。（ 1）通過溫度控制器的設(shè)計(jì)，使我們能夠鞏固和加深對模擬電子電路基本知識(shí)的理

6、解，了解日常電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與應(yīng)用；（ 2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入研究有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析并解決問題的方法。（ 3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件初步掌握簡單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。（ 4）了解與課題有關(guān)的電子電路及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫設(shè)計(jì)說明書，正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖等。1溫度控制器設(shè)計(jì)2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器要求：1.設(shè)計(jì)制作可以測量和控制溫度的溫度控制器測量和控制溫度范圍：580，控制精度： 1，控制對象

7、：雙向晶閘管或繼電器，晶閘管或繼電器觸點(diǎn)連接：一組轉(zhuǎn)換接點(diǎn)（市電220V/50Hz/2A ）。2.選擇電路方案， 完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。 計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3.安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。2溫度控制器設(shè)計(jì)3 方案論證3.1 方案比較方案一本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以用于熱水器溫度控制系統(tǒng)和飲水機(jī)等各種電器電路中。它以單片機(jī) AT89S52 為核心，通過 3 個(gè)數(shù)碼管顯示溫度和 4 個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，使用單總線溫度轉(zhuǎn)換芯片 DS18B20 實(shí)時(shí)采集溫度并通過數(shù)碼管顯示，并提供各種運(yùn)行指示燈用來指示系統(tǒng)現(xiàn)在所處狀態(tài)，如：溫度設(shè)置、加熱、停止加熱等

8、，整個(gè)系統(tǒng)通過四個(gè)按鍵來設(shè)置加熱溫度和控制運(yùn)行模式。圖 3-1 單片機(jī) AT89S52 控制的溫度控制器原理框圖方案二整體電路圖如圖，按照設(shè)計(jì)圖，可以分為四個(gè)部分。溫度轉(zhuǎn)換單元是將0-100 攝氏度的水溫變化通過傳感器（用直流信號(hào)源代替）轉(zhuǎn)換成0-5V 的電壓信號(hào)變化。恒壓設(shè)計(jì)單元是通過直流源、電位器輸出恒定電壓 4V（對應(yīng)控制水溫為 80 攝氏度）。信號(hào)處理單元是用電壓比較器比較恒溫設(shè)計(jì)單元和溫度轉(zhuǎn)換單元的電壓信號(hào)大小，從而控制是否進(jìn)行加熱。溫度控制單元是通過分析電壓比較器輸出的電壓信號(hào)正負(fù)，從而選擇導(dǎo)通的支路，當(dāng)水溫為0-803溫度控制器設(shè)計(jì)攝氏度之間時(shí)，加熱支路會(huì)導(dǎo)通，加熱指示綠燈會(huì)亮，

9、進(jìn)行加熱。當(dāng)水溫為 80-100 攝氏度之間時(shí)，報(bào)警支路會(huì)導(dǎo)通，報(bào)警紅燈會(huì)亮，并且蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警的聲音。圖 3-2 直流信號(hào)控制的溫度控制器原理圖方案三本設(shè)計(jì)以 89C52 單片機(jī)為核心，采用了溫度傳感器AD590 ， A/D 采樣芯片 ADC0804， 可控硅 MOC3041 及 PID 算法對溫度進(jìn)行控制。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過程。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口，系統(tǒng)由前向通道模塊（即溫度采樣模塊）、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤顯示摸塊

10、等四大模塊組成。4溫度控制器設(shè)計(jì)圖 3-3 A/D 芯片控制的溫度控制器原理圖此部分是電路的核心部分，系統(tǒng)的控制采用了單片機(jī)89C52。單片機(jī)89C52 內(nèi)部有 8KB 單元的程序存儲(chǔ)器及256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 因此系統(tǒng)不必?cái)U(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器這樣大大的減少了系統(tǒng)硬件部分。3.2 方案論證以上三種方案都能達(dá)到設(shè)計(jì)目的。采用單片機(jī)來設(shè)計(jì)電路，編程能實(shí)現(xiàn)溫度控制，易于實(shí)現(xiàn)溫度的顯示，并能達(dá)到較高的控制精度，而且用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制靈敏度更高。但是單片機(jī)編程比較復(fù)雜。采用模擬電路來設(shè)計(jì)，雖然系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高，很難實(shí)現(xiàn)溫度的顯示，系統(tǒng)精度受外界溫度變化而變化，但是電路簡單易懂，很適

11、合。采用運(yùn)放等模擬電路搭建一個(gè)控制器，用模擬方式實(shí)現(xiàn) PID 控制，對于純粹的溫度控制，這是足夠的。但是附加顯示、溫度設(shè)定等功能，還要附加許多電路，稍顯麻煩。同樣，使用邏輯電路也可實(shí)現(xiàn)控制功能，但總體的電路設(shè)計(jì)和制作比較煩瑣。比較以上三個(gè)方案可知，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)本題目，不管是從結(jié)構(gòu)上，還是從工作量上都占有很大的優(yōu)勢，但是對于我們來說過于復(fù)雜，綜合上述方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇本次方案來實(shí)現(xiàn)溫度控制電路的設(shè)計(jì)。5溫度控制器設(shè)計(jì)本次方案用 LM35 溫度傳感器、放大電路、指示器、比較器、發(fā)熱元件、控制溫度設(shè)置等元器件組成的單電源溫度控制檢測電路。它由溫度檢測電路、比較電路、電阻絲開關(guān)電路，顯示電路和電源

12、電路5 部分組成。圖 3-4 方案論證原理框圖6溫度控制器設(shè)計(jì)4 設(shè)計(jì)的原理及功能說明4.1 工作原理溫度控制器原理如圖所示，本電路由溫度傳感器、放大電路、指示器、比較器、發(fā)熱元件、控制溫度設(shè)置等部分組成。溫度傳感器的作用是把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，經(jīng)放大電路放大，送往電壓表構(gòu)成的指示器進(jìn)行溫度指示。同時(shí)，由溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)送往比較器，與設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，控制發(fā)熱元件的工作，從而控制溫度，使其保持在某一范圍。溫度傳感器放大電路指示器被控對象發(fā)熱元件比較器控制溫度設(shè)置圖 4-1 溫度控制器組成原理框圖溫度傳感器簡介 : LM35 是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，

13、所以輸出可以從0開始。LM35 有多種不同封裝型式。 在常溫下，LM35 不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到1/4的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其引腳如圖一所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測； 兩種接法的靜止電流 - 溫度關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08)，單電源模式在 25下靜止電流約50A，工作電壓較寬， 可在 4-20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。 工作電壓 4-30V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50A），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池7溫度控制器設(shè)計(jì)供電的場合中，

14、輸出可以由第三個(gè)引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。集成運(yùn)放 LM393輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受Vcc 端電壓值的限制 . 此輸出能作為一個(gè)簡單的對地SPS 開路 ( 當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用 ) ，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的值所限制 . 當(dāng)達(dá)到極限電流 (16mA) 時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。4.2 工作框架4.2.1 放大電路由于 LM35 輸出的電壓信號(hào)較小， 須經(jīng)運(yùn)算放大器放大后才能推動(dòng)電壓表進(jìn)行溫度指示。如圖所示， 0100相應(yīng)輸出電壓為 010V。由于 LM35 輸出的電壓信號(hào)較小，須經(jīng)運(yùn)算放大器放大后才能推動(dòng)電壓表進(jìn)行溫度指

15、示。圖 4-3 放大電路圖4.2.2 電壓比較器電路圖 4-4，U3 為控制溫度設(shè)定電壓（對應(yīng)控制溫度），R2 用于改善比較器的遲滯特性，決定控溫精度。8溫度控制器設(shè)計(jì)圖 4-4 電壓比較器電路圖4.2.3溫度控制電路如圖所示為采用 LM35 （ LM35 用 50 電位器替代）構(gòu)成的溫控度制電路。電路中的 R9 用于設(shè)定基準(zhǔn)電壓 Ur ，而 Ux 為傳感器 LM 檢測溫度后對應(yīng)的輸出電壓。當(dāng)加熱元件 10AMP 加熱時(shí)，溫度升高，經(jīng)過一定時(shí)間，當(dāng)超過予先設(shè)定值（ 100 攝氏度），即 UxUr 時(shí)，則 A 輸出高電平， Q1 截止，功率晶體管 Q2 也截止， 10AMP 停止加熱，溫度慢慢下

16、降；當(dāng)降到低于予先設(shè)定值時(shí)，即 UxUr ，則輸出低電平， Q1 導(dǎo)通，功率晶體管 Q2 也導(dǎo)通， 10AMP 又開始加熱。周而復(fù)始，使溫度保持恒定值，從而達(dá)到控制溫度的目的。發(fā)光二極管 LED 用于顯示 10AMP 的加熱情況，加熱時(shí)， LED 發(fā)光；恒溫時(shí)， LED 熄滅。圖 4-5 溫度控制電路圖9溫度控制器設(shè)計(jì)4.3 工作流程啟動(dòng)加熱電路， 對溫度進(jìn)行設(shè)定范圍， 顯示預(yù)置溫度 , 溫度設(shè)定后就可以按啟動(dòng)鍵來啟動(dòng)系統(tǒng)工作了。溫度檢測系統(tǒng)不斷檢測當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)置溫度后停止加熱并報(bào)警；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)置溫度低 2）時(shí)再啟動(dòng)加熱。 這樣不斷重復(fù)上述過程， 使溫度保持在

17、預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。按復(fù)位鍵可以隨時(shí)重新設(shè)定預(yù)置溫度。10溫度控制器設(shè)計(jì)5 仿真結(jié)果用 multisim 仿真軟件對電路元件進(jìn)行搭接，當(dāng)加熱絲溫度低于設(shè)定值，加熱絲加熱，小燈泡發(fā)光，如圖 5-1；當(dāng)加熱絲達(dá)到表示設(shè)定值，加熱絲停止加熱，小燈泡熄滅，如圖 5-2。圖 5-1 加熱絲加熱電路原理圖圖 5-2 加熱絲停止加熱電路原理圖11溫度控制器設(shè)計(jì)6 硬件的調(diào)試與制作根據(jù)電路圖將電子元件進(jìn)行電路焊接，首先把電子元件按照原理圖對應(yīng)的位置擺放，分清元件的極性進(jìn)行焊接。焊接中， LM35 溫度傳感器由 50 歐姆滑動(dòng)變阻器替代， 集成運(yùn)放 LM393由 LM358 替代， 22K 的電阻由一個(gè) 20K

18、和一個(gè) 2K 電阻替代 , 1K 的電阻由兩個(gè) 500 歐姆的替代， 220K 的電阻由兩個(gè) 100K 和一個(gè) 20K 的替代，8.2K 的電阻由兩個(gè) 4K 的替代， 680 歐姆的由一個(gè) 510 歐姆和一個(gè) 100 歐姆的替代。將焊接完的電路接入電源，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，觀察指示燈，同時(shí)用萬能表測量加熱絲兩端電壓?；瑒?dòng)變阻器調(diào)小，指示燈熄滅，加熱絲兩端電壓變小，滑動(dòng)變阻器增大，指示燈發(fā)光，加熱絲兩端電壓變大。12溫度控制器設(shè)計(jì)7 總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我完成了對溫度控制器中的各個(gè)元器件的較深入的理解、知曉了溫度控制器的工作原理， 以及進(jìn)行了對該電路的仿真調(diào)試。 設(shè)計(jì)考查了我們的設(shè)計(jì)電路，從中我學(xué)

19、到了很多東西，但也發(fā)現(xiàn)了許多不足之處，就知識(shí)方面來講，我明顯的對以前學(xué)過的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教材中的集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用、電機(jī)與電氣的控制教材中的繼電器方面的知識(shí)以及傳感器方面的知識(shí)的掌握非常欠缺，因此在設(shè)計(jì)上的電路中運(yùn)用就不是想象那樣理想，我的仿真出現(xiàn)了很多問題，但在電壓測試過程中，測的電壓和計(jì)算的電壓不一致，我請教了相關(guān)老師和同學(xué)，最后傳感器應(yīng)該用電位器代替，除了這些問題之外，我還遇到了一些問題，但我都一一地解決了，同時(shí)我也掌握了更多的知識(shí)。 本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單， 設(shè)計(jì)中用到了 LM35 和 LM393 集成塊，主要運(yùn)用了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)中的放大器和比較器的知識(shí)，它們的耗材小，省電，安全，基本都能達(dá)到預(yù)想的目標(biāo)。這個(gè)電路也存在改進(jìn)的地方，調(diào)試的范圍比較小，還有在設(shè)定溫度時(shí)需要用萬用表測量電壓，如果有數(shù)碼管的話就可以直接顯示所調(diào)電壓（即溫度）的值，那樣的話會(huì)更方便。在此要感老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝母校給我這樣的機(jī)會(huì)鍛煉。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會(huì)對今后的學(xué)習(xí)工