水溫控制系統(tǒng)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 學(xué)生XX 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2013 年 7月 5日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程 電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 題目 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè) 自動(dòng)化 學(xué)號(hào)主要容：根據(jù)技術(shù)指標(biāo)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(duì)水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試?；疽螅?設(shè)計(jì)制作可以測(cè)量和控制溫度的溫度控制器測(cè)量和控制溫度圍：580，控制精度：±1，控制對(duì)象：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/50H

2、z/2A）。 選擇電路方案，完成對(duì)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(huà)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(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。主要參考資料：1 吳友宇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).:清華大學(xué)M.清華大學(xué).2009年05 月2 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì). 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編J.理工大學(xué).2004年01月3 鳳言.電子電路基礎(chǔ)M.:高等教育.19954華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組 電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育.2005年07月5吳慎山.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)與實(shí)踐高等學(xué)校電子信息類(lèi)教材J.電子工業(yè).2005年09月6黃錦安,

3、付文紅, 蔡小玲編-電路與模擬電子技術(shù)M.高等教育.1997.完成期限2013.7.1-2013.7.5指導(dǎo)教師 建國(guó) 許愛(ài)華 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人 徐建軍 2013年 7月5 日0 / 19目 錄1 任務(wù)和要求32 總體方案設(shè)計(jì)與選擇32.1 設(shè)計(jì)原理與方法32.2 單元模塊設(shè)計(jì)42.2.1 電源模塊43.2.2 溫度傳感器模塊43.2.3 放大器模塊53.2.4 比較器模塊73.2.5 繼電器模塊83.2.6 加熱模塊93.2.7溫度過(guò)低報(bào)警模塊102.3電路的安裝與調(diào)試103.3.1 電路的安裝103.2.2 電路的調(diào)試113 電路的仿真124 設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)14附 錄 元件清單1附 錄 整

4、體電路圖21 任務(wù)和要求 (1)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫和控溫的電路 (2)水溫控制系統(tǒng)性能要求Ø 工作溫度圍：室溫100。Ø 控溫精度 ：±1 oC。Ø 控溫通道輸出為雙向晶閘管或繼電器，一組轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)為市電（220V，10A）。2 總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.1 設(shè)計(jì)原理與方法根據(jù)原理方框圖，該設(shè)計(jì)問(wèn)題可分為溫度傳感器模塊，放大器模塊，比較器模塊，繼電器模塊,加熱模塊，溫度過(guò)低報(bào)警模塊與溫度顯示模塊。由于電路中含有運(yùn)算放大器，需接入±12V直流穩(wěn)壓電源，所以電源模塊也可算在其中。原理方框圖圖1-12.2 單元模塊設(shè)計(jì)2.2.1 電源模塊本設(shè)計(jì)的電源

5、電路采用固定集成穩(wěn)壓源電路輸出±12V電壓。穩(wěn)壓源電路如圖2-3-1-1：電源電路圖3-2-1-1這是一個(gè)用集成穩(wěn)壓器輸出的穩(wěn)壓源電路，LM7812和LM7912是集成穩(wěn)壓器，分別控制輸出±12V直流電壓。電源接220V交流電后經(jīng)變壓器后變?yōu)?5V左右的交流電，再經(jīng)橋式整流后濾波，此時(shí)的電壓不穩(wěn)定，經(jīng)上述集成穩(wěn)壓器后就能得到較穩(wěn)定的電壓。3.2.2 溫度傳感器模塊本設(shè)計(jì)選用LM35溫度傳感器連轉(zhuǎn)化溫度。LM35的輸出電壓與攝氏溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式為：Vout=10mV oC T oC 在0時(shí)輸出為0V，每升高1輸出電壓增加10mV,LM35的外觀(guān)如圖所示 圖3-2-2-

6、1LM35 圖3-2-2-2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。此設(shè)計(jì)采用單電源供電，在25下的靜默電流約50A，非常省電，并且無(wú)散熱問(wèn)題，精度非常高。并且輸入電壓寬，從4V到30V都可以。所以選擇LM35很合適。3.2.3 放大器模塊放大器和比較器均要用到運(yùn)算放大器，這里采用LM324集成運(yùn)放。LM324是4個(gè)運(yùn)算放大器的集成器件，這個(gè)設(shè)計(jì)中選擇其中的兩個(gè)使用。LM324的接線(xiàn)圖如圖3-2-3-1：LM324集成運(yùn)放LM324N實(shí)物圖下面說(shuō)明放大器的原理：此設(shè)計(jì)用正相比例放大器，使輸出時(shí)正電壓，考慮到控制的溫度是室溫到80 oC，所以取放大器的放大倍數(shù)為10

7、倍（即溫度縮小10倍）比較合適。正相比例放大器的原理圖如圖3-2-3-3：正向比例放大器原理圖圖3-2-3-3由運(yùn)放的“虛短”“虛斷”的性質(zhì)有這里取R1=10K，則R2=90 K，因?yàn)殡娫措妷簽?2V，保持10倍放大，則設(shè)定的電壓值與溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系就為10 倍，比較容易控制和調(diào)節(jié)。實(shí)際中取R=90.9 K。3.2.4 比較器模塊這里采用簡(jiǎn)單的單門(mén)限電壓比較器，使用的運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M324中的一個(gè)。電路圖如圖3-2-4-1：?jiǎn)伍T(mén)限電壓比較器圖3-2-4-1中1接放大器的輸出電壓作為比較器的輸入電壓，3接輸出電壓。此時(shí)放大器工作在非線(xiàn)性狀態(tài)，輸出電壓只有正或負(fù)兩種飽和值。這種情況下運(yùn)算放大器的輸入

8、端“虛短”不再適用。當(dāng)VP>VN時(shí)，=12V，當(dāng)VP<VN時(shí)，=-12V。這種情況下，運(yùn)算放大器的“虛短”仍然可用，則有 Vi=VNVP=V4=V11所以可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)控制的值。圖中增加R=5 K的電阻，是為了控制V11的最大值不超過(guò)8V，即設(shè)定的溫度值不超過(guò)80 oC。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的接入電阻為0時(shí)，取R3=10K，R9=5 K 即可達(dá)到要求。3.2.5 繼電器模塊繼電器是可以高溫控制低溫的器件，其部構(gòu)造與工作原理如圖3-2-5-1：繼電器原理與實(shí)物當(dāng)?shù)蛪弘娫炊碎_(kāi)關(guān)接通后電磁鐵由于電流產(chǎn)生磁性，吸住磁鐵使高壓電源的開(kāi)關(guān)接通，實(shí)現(xiàn)了低壓控制高壓。下面要解決的問(wèn)題就是怎樣在電

9、路中實(shí)現(xiàn)低壓電源端的開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)和閉合。考慮到比較器的輸出電壓為正或負(fù)的12V，就可想到二極管的單向?qū)щ娦?。因此可以用二極管來(lái)代替自動(dòng)開(kāi)關(guān)的作用。使用發(fā)光二極管能夠看到電路的通斷。繼電器模塊的電路圖如圖3-2-5-2：繼電器模塊電路圖圖3-2-5-2圖中Port端接比較器模塊的輸出電壓作為此電路的輸入電壓，當(dāng)輸入電壓為+12V時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，當(dāng)輸入電壓為-12V時(shí)，發(fā)光二極管截止。接入三極管的目的是放大電流信號(hào)，使繼電器能正常工作。由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流與三極管的基極電流不匹配（發(fā)光二極管的導(dǎo)通電流大一些），故需要在發(fā)光二極管的負(fù)極接一個(gè)電阻，與基極電阻并聯(lián)，這樣流入基極的電流就變小，使

10、三極管能正常工作。一般取R=10K，實(shí)際的發(fā)光二極管正向?qū)〞r(shí)有2V的壓降，所以發(fā)光二極管正向?qū)〞r(shí)負(fù)極的電位約為10V，流過(guò)的電流約為6mA。三極管的基極電流為A量級(jí)，所以與基極并聯(lián)電阻R=2 K即可。繼電器選取的是額定電壓為12V的常開(kāi)型型號(hào)。即在無(wú)電流通過(guò)繼電器時(shí)，繼電器高壓端開(kāi)關(guān)打開(kāi)，加熱電路不工作，當(dāng)有一定的電流通過(guò)時(shí)，繼電器產(chǎn)生磁性使高壓端開(kāi)關(guān)閉合。普通二極管的作用是保護(hù)繼電器不因電流反流時(shí)燒壞。3.2.6 加熱模塊加熱電阻是很簡(jiǎn)單的加熱器串聯(lián)電路，加熱電路中串聯(lián)保險(xiǎn)絲防止電流過(guò)大產(chǎn)生危險(xiǎn)。電路圖如圖3-2-6-1：加熱模塊電路圖圖3-2-6-1 Port端接220V市電即可。繼電

11、器電路自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的閉合。3.2.7溫度過(guò)低報(bào)警模塊將比較器輸出的信號(hào)直接加到9013的基極,構(gòu)成一個(gè)高通飽和開(kāi)關(guān)電路.當(dāng)水溫低于設(shè)定的電壓值時(shí),比較器輸出12V的電壓,此時(shí)開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出聲響.溫度過(guò)低警報(bào)模塊2.3電路的安裝與調(diào)試3.3.1 電路的安裝由于電路中用到了集成塊，所以電路的焊接時(shí)空間不是很大，要注意布線(xiàn)的規(guī)則。LM35焊接時(shí)，最好用三根導(dǎo)線(xiàn)接出(也可以直接用杜邦線(xiàn)連接)，這是因?yàn)長(zhǎng)M35是要與加熱電路中的電熱絲放在一起。LM324中要用到其中的兩個(gè)運(yùn)算放大器，最好選用接頭為5/6/7和8/9/10的兩個(gè)運(yùn)放。在兩邊分別安裝比例運(yùn)放的電阻和比較器的電阻。繼電器的開(kāi)關(guān)端也要

12、用導(dǎo)線(xiàn)引出接電熱絲。最后將所有的+12V端，GND端，端分別連在一個(gè)節(jié)點(diǎn)并用導(dǎo)線(xiàn)引出接電源。電路焊接時(shí)，注意LM35，LM324，三極管的管腳，發(fā)光二級(jí)管和普通二極管的極性。3.2.2 電路的調(diào)試電路焊好后，接通穩(wěn)壓電源（先不要接通發(fā)熱電路得電源，注意安全）。用萬(wàn)用表測(cè)量LM35輸出端的電位，設(shè)為V1，則有用萬(wàn)用表測(cè)量比較器正向輸入端的電壓，現(xiàn)在的室溫在15 oC左右，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)比較器的v為1.5V以上時(shí)，就能觀(guān)察到很容易就能觀(guān)察到發(fā)光二極管燈亮，這時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)繼電器的開(kāi)關(guān)的兩端電阻，發(fā)現(xiàn)接近0，表明此時(shí)開(kāi)關(guān)閉合（若接通加熱電路，則加熱電路工作）；加熱溫度傳感器，很快就可以觀(guān)察到二極管

13、熄滅，并能聽(tīng)到開(kāi)關(guān)動(dòng)作的聲音，再測(cè)繼電器開(kāi)關(guān)端電阻，應(yīng)是無(wú)窮大，表明開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（若接通加熱電路，則加熱電路不工作）。3 電路的仿真圖4-14 設(shè)計(jì)總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)考查了我們的設(shè)計(jì)電路的能力和動(dòng)手能力。從中我學(xué)到了很多東西。設(shè)計(jì)上的電路在實(shí)際中運(yùn)用可能不是像仿真那樣理想，由于購(gòu)買(mǎi)元件的誤差與元件的大小在實(shí)際中比沒(méi)有很好的匹配，所以按照設(shè)計(jì)的電路焊出來(lái)的實(shí)物在調(diào)試過(guò)程中遇到了一些問(wèn)題，但我都一步一步地解決了。由于是第一次課程設(shè)計(jì)，所以花的時(shí)間很多。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何使用仿真軟件Protel和Multisim，進(jìn)一步鞏固了電路的焊接能力。最重要的是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我深深體會(huì)到能把所學(xué)的知識(shí)

14、運(yùn)用到實(shí)踐中才是真正掌握。這次的課程設(shè)計(jì)時(shí)間有些倉(cāng)促，我們剛學(xué)完模電的相關(guān)知識(shí)就運(yùn)用到電路中，剛開(kāi)始覺(jué)得很難，相關(guān)的知識(shí)掌握得不到位，但隨著設(shè)計(jì)的深入，發(fā)現(xiàn)所學(xué)的知識(shí)在我設(shè)計(jì)的電路中得到了很好的運(yùn)用，在課程設(shè)計(jì)的同時(shí)，鞏固和掌握了現(xiàn)學(xué)的知識(shí)，這才是設(shè)計(jì)的目的。特別是在電路調(diào)試成功的那一刻，出現(xiàn)了我所預(yù)料的現(xiàn)象，著實(shí)讓我高興了一番，自己所設(shè)計(jì)的東西沒(méi)有白費(fèi)，并且從中獲得了知識(shí)，是一件很開(kāi)心的事。這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，只是一個(gè)開(kāi)始，設(shè)計(jì)的東西在實(shí)際中的運(yùn)用還尚欠缺，但從中我學(xué)到了遇到困難要解決，不能浮躁，要靜心，耐心，細(xì)心的做事，堅(jiān)持下去，總能看到成功的曙光的。另外實(shí)驗(yàn)中也有一些尚未解決的問(wèn)題

15、,比如LM324作為比較器用的時(shí)候輸出的最大電壓達(dá)不到電源電壓,導(dǎo)致蜂鳴器不停地響,達(dá)不到報(bào)警的作用.總之，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)所學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。而且提高了我考慮問(wèn)題，分析問(wèn)題的全面性以與動(dòng)手操作能力。使我的綜合能力有了一個(gè)很大的提高。參考文獻(xiàn)1 吳友宇.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).:清華大學(xué)M.清華大學(xué).2009年05 月2 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì). 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編J.理工大學(xué).2004年01月3 鳳言.電子電路基礎(chǔ)M.:高等教育.19954華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組 電子技術(shù)基礎(chǔ)M.高等教育.2005年07月5吳慎山.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)與實(shí)踐高等學(xué)校電子信息類(lèi)教材J.電子工業(yè).2005年09月6黃錦安, 付文紅, 蔡小玲編-電路與模擬電子技術(shù)M.高等教育.1997.附 錄 元件清單名稱(chēng)序號(hào)型號(hào)數(shù)量電阻R1R2R3R4R5R6R710K90K10K10K3.9K10K3.9K1111111電位器Rw10K1發(fā)光二極管D1LED(綠)1三極管Q1S80502溫度傳感器U1LM351繼電器K1AC250DC302集成運(yùn)算放大器ARLM3241二極管D1N40011電熱絲R300W1保險(xiǎn)絲FFUSE1蜂鳴器Beep1 附 錄 整體電路圖東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表課程名稱(chēng)電