模擬電子技術基礎課程設計說明書水溫控制系統(tǒng)的設計與制作

1、課程設計任務書課程設計任務書 學生姓名：學生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電子電子 0803 班班 指導教師：指導教師： 工作單位：工作單位： 信息工程學院信息工程學院 題題 目目: 水溫控制系統(tǒng)的設計與制作水溫控制系統(tǒng)的設計與制作 初始條件：初始條件： 可選元件：溫度傳感器、繼電器、集成運算放大器、電容、電阻、電位器若干、二極管以及發(fā)光二極 管、三極管、直流電源12v。 可用儀器：萬用表。 要求完成的主要任務要求完成的主要任務: （1）設計任務）設計任務 根據(jù)技術指標和已知條件，選擇合適的溫度傳感器、選擇合適的繼電器或晶閘管。完成對水溫控 制系統(tǒng)的設計、裝配與調(diào)試。 （2）設計要求）設計要求

2、 設計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：雙向晶閘管或繼電器， 晶閘管或繼電器觸點連接：一組轉(zhuǎn)換接點（市電 220v/50hz/2a） 。 選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路 原理圖，闡述基本原理。 （選做：用 pspice 或 ewb 軟件完成仿真） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。 時間安排：時間安排： 1、 2010 年 1 月 19 日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報 告格式的要求；課設答疑事項。 2、 2010 年 1 月 20 日 至 2

3、010 年 1 月 21 日完成資料查閱、設計、制作與調(diào)試；完成課程設計報 告撰寫。 3、 2010 年 1 月 22 日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。 指導教師簽名：指導教師簽名： 年年 月月 日日 系主任（或責任教師）簽名：系主任（或責任教師）簽名： 年年 月月 日日 目目 錄錄 摘摘 要要.i 1 緒緒 論論.1 2 設計內(nèi)容及要求設計內(nèi)容及要求.2 2.1 設計的目的和主要任務.2 2.1.1 設計目的.2 2.1.2 設計任務及主要指標.2 2.2 設計思想.2 3 選定方案的論證及整體電路的工作原理選定方案的論證及整體電路的工作原理.3 3.1 選定方案的論證.3 3.

4、2 穩(wěn)壓電路的設計.4 3.2.1 電路原理方框圖.4 3.2.2 電路工作原理.4 4 單元電路的設計與元器件選擇單元電路的設計與元器件選擇.5 4.1 電源電路.5 4.2 溫度傳感器.5 4.3 繼電器.6 4.4 比較器.7 4.5 放大器.8 5 程序流程圖程序流程圖.10 6電路安裝與調(diào)試電路安裝與調(diào)試.11 6.1 電路安裝.11 6.2 電路調(diào)試.11 7課程設計心得體會課程設計心得體會.12 參考文獻參考文獻.13 附錄附錄 元件清單元件清單.14 附錄附錄 整體電路圖整體電路圖.15 摘 要 模擬電子技術課程設計對所學的基礎理論知識是一次實踐檢測的過程。為了實現(xiàn)水 溫控制，

5、我制作了一個水溫控制電路。該系統(tǒng)由 lm35 溫度傳感器、放大器、比較器和繼 電器組成，可以實現(xiàn)溫度的測量以及對 580之內(nèi)的溫度進行控制。首先由溫度傳感器 進行溫度-電流的轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大器放大，然后與設置好的溫度進行對比，通過發(fā)光二極管 的狀態(tài)來判斷所測的溫度與設定的溫度的大小關系，最后通過繼電器的動作達到對溫度 的控制。 關鍵詞：溫度傳感器、比較器、繼電器。 abstract analog electronics technology course design on the basis of theoretical knowledge learned in practice is a te

6、st process. in order to achieve temperature control, i created a temperature control circuit. the system consists of lm35 temperature sensor, amplifier, comparator and relay the composition, temperature measurements can be achieved as well as within 5 80 temperature control. first, the temperature f

7、rom the temperature sensor - current conversion, amplification by the amplifier, and then the temperature and setting a good contrast to the state through the light-emitting diodes to determine the measured temperature and set the size of the temperature, and finally through the relay action to achi

8、eve temperature control. key words: temperature sensors, comparators,relays. 1 緒緒 論論 隨著科學技術的飛速發(fā)展，電子技術已廣泛應用于國防、交通、科技及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 等各個領域，它與人們的工作和生活息息相關。因此，只有掌握電子技術的基本知識和 實用技能，才能適應高速發(fā)展的信息時代。 現(xiàn)代電子技術的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)的采集與處理廣泛地應用在自動化領域中。在生活或 工業(yè)領域中，我們?？吹侥承┨囟▓龊匣蚰承┨厥獾难b置環(huán)境溫度，須控制在一定范圍 內(nèi)，或保持恒定，實現(xiàn)該功能的電路就是溫度控制裝置。 水溫控制系統(tǒng)設計的形式方案很多。

9、此設計所采用的電路設計方案是由水溫監(jiān)測電 路，水溫范圍測量電路，電阻絲開關電路，以及電源電路組成。 水溫監(jiān)測電路是采用溫度傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)化成電信號。而水溫范圍測量電路是 采用比較器，其中電路中采用集成運放電路。而電阻絲開關電路是由三級管和繼電器組 成。這樣通過溫度信號轉(zhuǎn)化成電信號與基準電壓進行比較來輸出電壓信號，控制繼電器 的開關來控制外電源，是否對水進行加熱，以次來控制水的溫度，使其符合預定的溫度。 其總體流程圖如圖 1 所示。 現(xiàn)代社會的電子科技的日新月異，這就要求我們獨力思考，理論聯(lián)系實際，并且發(fā) 揮我們的創(chuàng)新意識，此次模電課程設計為我們提供了良好的實踐平臺，也為我們走向社 會提供了

10、良好的基礎。 我們通過此次設計能將學到的理論知識應用于實際，不僅能鞏固書本上的知識，而 且要求我們獨立查閱資料，設計電路，焊接電路板，培養(yǎng)我們獨立思考的能力。我希望 自己能夠充分利用這次機會，更加深刻的了解課本上的知識，以及培養(yǎng)自己的動手操作 能力。 圖 1-1 水溫檢測電路 2 設計內(nèi)容及要求設計內(nèi)容及要求 2.1 設計的目的及主要任務設計的目的及主要任務 2.1.1 設計的目的設計的目的 （1）通過對溫度控制電路的設計、安裝和調(diào)試了解溫度傳感器的性能，學會在實際 電路中應用； （2）進一步熟悉集成運算放大器的線性和非線性應用。 2.1.2 設計任務及主要技術指標設計任務及主要技術指標 （1

11、） 設計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：繼電器， 繼電器觸點連接：一組轉(zhuǎn)換接點（市電220v/50hz/2a）。 （2）選擇電路方案，完成對確定方案電路的設計。計算電路元件參數(shù)與元件選擇、 并 畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。（選做：用pspice 或ewb 軟 件完成仿真） （3） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設計報告書。 2.2 設計思想設計思想 整個電路通過溫度檢測系統(tǒng)對溫度信息進行檢測、提取，送至處理系統(tǒng)，進行與預 設溫度的比較，然后將比較結果送至電路的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對結果做出反應，或加 熱或停止加熱，以此來達到將水溫控

12、制的目的。 本課設電路中應用溫度傳感器將溫度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，在由單片 機換算處理后，并與預先設定的溫度值相比較，然后將結果轉(zhuǎn)化為高低電平并送至繼電 器控制部分以達到控制電路的目的，同時單片機將溫度信息送至液晶屏，使其實時顯示 水溫。而本實驗的重點在于水溫的檢測，因為它決定了電路是否可以準確的達到自動控 制作用。 3 選定方案的論證及整體電路的工作原理選定方案的論證及整體電路的工作原理 3.1 選定方案的論證選定方案的論證 以lm35溫度傳感器溫度檢測部分，集成運放為水溫處理器，繼電器為執(zhí)行部分的水 溫控制電路。 該電路通過溫度傳感器采集溫度信號，再由lm324 運放將微弱的電信號放大，送

13、至 比較器。若信號大于同向端電位，則比較器輸出低電平-uth，從而驅(qū)動繼電器常閉引腳 斷開，加熱裝置停止加熱；若信號小于同向端電位，則比較器輸出低電平+uth，從而使 繼電器常閉引腳閉合，加熱裝置開始加熱。比較器的同向端電位即為所控制的溫度。 圖 3-1 水溫控制系統(tǒng)電路圖 3.2 整體電路的工作原理整體電路的工作原理 3.2.1 電路原理方框圖電路原理方框圖 圖 3-2 水溫控制系統(tǒng)原理框圖 3.2.2 電路工作原理電路工作原理 本電路由溫度傳感器、溫度設置、數(shù)字顯示（萬用表電壓檔）和輸出功率級等部件 組成。溫度傳感器的作用是把溫度信號轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號。信號經(jīng)放大后萬用表顯 示其溫度值，

14、并同時送入比較器與預先設定的電壓（對應控制溫度點）進行比較，由比 較器輸出電平高低變化來控制執(zhí)行機構（繼電器）工作，實現(xiàn)溫度自動控制。 4 單元電路的設計計算，元器件選擇單元電路的設計計算，元器件選擇 4.1 電源電路電源電路 一個完整的系統(tǒng)往往有自己的獨立電源，故在水溫控制系統(tǒng)中加入了獨立電源。本 系統(tǒng)采用的電源為+12v 和-12v 的直流電壓。加熱電源可以用市電 220v 的交流電，但考 慮到方便和安全性，本次實驗直接用吹風機代替加熱裝置對溫度傳感器進行加熱，從而 模擬水溫形同的控制。 4.2 溫度傳感電路溫度傳感電路 此處采用的是 lm35 溫度傳感器，其輸出的電壓線性的與攝氏溫度成正

15、比。因此， lm35 比按絕對溫標校準的線性溫度傳感器優(yōu)越的多。lm35 輸出電壓與攝氏溫度一一對 應，使用極為方便。靈敏度為 10.0mv/,精度在 0.4 至 0.8（-55至+150 溫度范圍內(nèi)） ，所以可以滿足此次實驗的溫度測量和控制。再者，lm35 具有低輸出阻抗，線性輸出和 內(nèi)部精密校準使其與讀出或控制電路接口簡單和方便。 圖 4-1 溫度傳感器電路示意圖 4.3 繼電器繼電器 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又 稱輸出回路） ，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的 一種“自動開關” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保

16、護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 圖 4-2 繼電器電路圖部分 4.4 比較器比較器 首先，集成運算放大器的同相輸入端的電壓輸入由電阻分壓提供。調(diào)節(jié)電位的旋鈕， 可以再 0 至 8v 任意設置一電壓值作為設定電壓，然后與經(jīng)放大后的電壓（溫度傳感器輸 出的電壓放大后的輸出級）進行比較，若放大電壓比設定電壓大，則放大器輸出為負電 壓，此時發(fā)光二極管不發(fā)光；若放大電壓比設定電壓小，則放大器輸出為正電壓，此時 二極管發(fā)光。 圖 4-3 比較器電路圖 4.5 放大器放大器 該放大器為典型的電壓并聯(lián)負反饋放大器，具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，同時能提高 增益穩(wěn)定性。 圖 4-4 放大器的電路 5 程序流程圖程序流程圖 調(diào)節(jié)

17、電位器設置溫度 開始 溫度傳感器將溫 度轉(zhuǎn)化為電信號 運放對信號放大 十倍 比較器對兩端電位進行比 較 通過控制發(fā)光二極管通 斷再控制繼電器工作 控制電熱絲是否加熱 6 電路安裝與調(diào)試電路安裝與調(diào)試 6.1 電路安裝電路安裝 在系統(tǒng)的學習了模擬電子技術知識之后，再通過查閱相關資料。我設計出了水溫控 制電路，其中運用到了課本上的基本知識點，比如比例放大器、差放電路，也參考了課 外資料的相關知識，比如溫度傳感器和繼電器。但理論并不代表實踐，首先根據(jù)電路圖 對實物進行了仿真，逐級檢查，通過對電壓和電流的測量，我們改正了原來的不足，并 在原來的基礎上對電路圖進行修改。然后按照電路圖將元器件擺放在通用板

18、上，以確定 元器件的大致位置，接著使用電烙鐵將各個元件焊接在電路板上，確保焊接過程中無元 件損壞，接著開始焊接連線，從電路最左邊開始一級一級焊接，每焊接一級便用萬用表 測試一下此級中有無損壞的元件或是連線錯誤。 安裝時注意不要將太多錫絲弄到電路板上，以免出現(xiàn)短路的情況，避免虛焊，盡量 一次到位，以免電路板上的鍍銅脫落影響后面的焊接工作。 盡量用給出的電阻引腳的鐵絲不要刻意去找外面的導線焊，且布線時盡量讓線橫豎 有一定的布局，保持電路板的整體美觀。將多出的線一定整理干凈，以免造成短路，發(fā) 生危險。 6.2 電路調(diào)試電路調(diào)試 在調(diào)試過程中，我首先確認各元件和導線是否連接正確，然后再接上+12 和-

19、12 的直 流電源，通過對放大器輸出電壓的測量得出的數(shù)據(jù)和溫度想比較，誤差比較小，這就保 證的溫度傳感器和比例放大器的正常工作。接著我設定溫度為 40 攝氏度，此時發(fā)光二極 管發(fā)光，說明此時溫度小于 40 攝氏度，再用吹風機對溫度傳感器進行加熱，很快，發(fā)光 二極管熄滅，說明此時溫度超過 40 攝氏度，再測試繼電器的開關，表征為斷開狀態(tài)。此 時我就肯定此電路工作狀況良好。 7.課程設計心得體會課程設計心得體會 通過這次的模電課程設計，我學到了很多東西，也加深了對課本知識的理解。真正 把課堂上學習到的理論知識運用到實踐上，但這和真正的設計有著很大的差別，須知以 后的設計將會更復雜。 由于期末考試和

20、課設的時間有些沖突，在這段時間里，既要復習考試，又要做課程 設計，所以實踐相當倉促，對一些問題沒有仔細考慮清楚，導致買了兩次元件。雖然很 辛苦，但很充實。 該電路只采用了簡單的比較器和放大電路，思想和操作比較簡單。再者我們直接把 攝氏溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，沒有像傳統(tǒng)的那樣加入 k-oc 轉(zhuǎn)化器，這樣大大簡化了電路設 計。但該電路對線性要求極高，所以不易調(diào)試成功，且誤差較大。 可以改用單片機來控制電路。單片機在處理溫度數(shù)據(jù)時十分精確，并且可以加裝數(shù) 字液晶屏來顯示實時溫度和所選溫度，使溫度調(diào)控更加便捷。 通過此次課設，我認識到自己還有很多不足，同時也對以前的知識是一個很好的鞏 固，這次畫圖，我運用了電工實習老師教給我們的畫圖方法，用protel