空調(diào)溫度控制器-模擬電子技術課程設計

1、模擬電子技術課程設計 課題名稱： 空調(diào)溫度控制器班級： 學號： 姓名： 指導教師： 目錄一、引言·····························1二、設計目的············

2、;·············2三、設計任務與要求···················2四、實驗設備及元件··············

3、83;····3五、方案設計與論證···················8六、單元電路設計與實驗調(diào)試···········9七、整體電路制作調(diào)試說明·········&#

4、183;···11八、調(diào)試中出現(xiàn)的問題·················12九、總結與心得·······················13十、設計成果展示·&

5、#183;···················14十一、參考文獻·······················15一、引言溫度控制電路廣泛應用于社會生活的各個領域 ,如家電、汽車

6、、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應用場合和所要求的性能指標有所不同 ,傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡單實用，但由于繼電器動作頻繁 ,可能會因觸點不良而影響正常工作。文獻2 提出改進的、電路 ,采用主回路無觸點控制 ,克服繼電器接觸不良的缺點 ,且維修方便 ,缺點是溫度控制范圍小 ,精度不高。本設計要求溫度可以設定，并要求溫度被控制在設定的值附近，所以該系統(tǒng)應該是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)對溫度控制的方法很多，有采用模擬電路實現(xiàn)的，也有采用計算機構成的智能控制。模擬控制溫度的方法主要有開關式控制法、比例式控制法和連續(xù)式控制法。開關式控制是將檢測的溫度信號和設定的溫度值通過比較器比較后，驅(qū)動一開關器件

7、（一般是繼電器）控制加熱器的通斷。如當測量的溫度低于設定的溫度值時，驅(qū)動電路使繼電器接通加熱器的電源，使溫度上升；當溫度高于設定的溫度時，驅(qū)動電路使繼電器斷開加熱器的電源，停止對加熱器的加熱，溫度將下降。這樣繼電器反復動作，溫度將被控制在設定值附近。開關式溫度控制方法的優(yōu)點是電路簡單，缺點是控制精度較低，并且在設定溫度附近，頻繁啟動繼電器，影響繼電器的使用壽命。比例式控制是選擇一個固定的時間T作為控制周期，選擇控制周期的長短一般根據(jù)加熱的熱容量選取，熱容量大的可選擇控制周期長一些，一般選擇T=1015秒。當溫度低于設定的溫度較多時，在一個控制周期T內(nèi)接通加熱器電源的時間就比較長（假設為t），隨

8、著溫度的升高，加熱時間t逐漸減少；當溫度高于設定的溫度時，加熱時間t等于零，溫度逐漸下降，最后使溫度接近穩(wěn)定。該方法控制溫度精度將大大提高。連續(xù)控制是根據(jù)測量溫度的大小自動連續(xù)調(diào)節(jié)加熱器電流的大小，當溫度大于設定的溫度時，可自動的控制減小加熱器的電流，反之則增大電流，可使溫度自動的保持在設定的溫度上，該方法控制穩(wěn)定的精度最高，電路也比較復雜，同時要求一個可控的功率器件實現(xiàn)對加熱器電流大小的控制。 本設計要求溫度的控制精度不高，可采用控制線路較簡單的開關式控制方法。二、設計目的1通過實驗調(diào)試， 了解并掌握運算放大器的工作原理和使用方法及其注意事項。2 學會查閱元器件資料, 讀電路圖辨別元器件,檢

9、查并測試元器件。3學會繪制電路圖并組裝電路,調(diào)試電路的能力。4 熟練掌握各種基本儀器的使用。5 學會并熟練掌握電路仿真軟件的使用(Multisim等)。三、設計任務與要求本次課程設計，是滿足小型家用空調(diào)溫度控制器，可通過手控預置溫度?？刂破骺砂慈藗兊囊?，將室內(nèi)溫度保持在一定范圍內(nèi)。先由環(huán)境溫度作用于熱敏電阻，從而改變運算放大器的電位，以達到控制具有開關作用的三極管的電位狀態(tài)，繼而控制繼電器的工作，最后控制發(fā)動機運轉。整個過程都是自動的。在設計思路上同學們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，有所發(fā)揮，并使設計方案可行，效果良好。 使用模擬電子元件顯示空調(diào)的運行和靜止狀態(tài).，顯示空調(diào)的運行和靜止狀態(tài). ，開發(fā)

10、同學們的發(fā)散思維。同時可以充分發(fā)揮同學們的動手操作能力。培養(yǎng)同學們對課程設計的興趣。加深對各種援建的認識。四、 設備及元器件代碼名稱規(guī)格型號數(shù)量IC1集成電路LM3241IC2集成電路CD40111VT三極管2N22221VD1二極管1N41481VD2、VD3發(fā)光二極管2EF441(R、G)2Rt負溫度系數(shù)熱敏電阻MF12-1-10k1R1電阻RTX-0.125-3k-1R2、R4電阻RTX-0.125-15k-2R3、R5電阻RTX-0.125-10k-2R6、R8電阻RTX-0.125-1k-2R7電阻RTX-0.125-4.7k-1RP1、RP2微調(diào)電位器3296 47k2KR電磁式繼

11、電器JZC-12F/012-121 圖1、 LM324引腳圖與元件圖引腳功能（v）電壓引腳功能電壓（v）1輸出13.08輸出33.02反向輸入12.79反向輸入32.43正向輸入12.810正向輸入2.84電源5.111地05正向輸入2.812正向輸入2.86反向輸入21.013反向輸入42.27輸出23.014輸出43.0 表1 LM324引腳功能 圖2、CD4011引腳圖引腳功能引腳功能1數(shù)據(jù)輸入端8數(shù)據(jù)輸入端2數(shù)據(jù)輸入端9數(shù)據(jù)輸入端3數(shù)據(jù)輸出端10數(shù)據(jù)輸出端4數(shù)據(jù)輸出端11數(shù)據(jù)輸出端5數(shù)據(jù)輸入端12數(shù)據(jù)輸入端6數(shù)據(jù)輸入端13數(shù)據(jù)輸入端7地14VDD正電源 表2、CD4011引腳功能圖表

12、圖3 CD4011引腳圖項目原件參數(shù)VDD電壓范圍0.5V to 18V功耗雙列普通封裝 700mW工作溫度范圍CD4011BM -55 - +125 CD4011BC -40 - +85   表3 CD4011參數(shù)表圖4、2N2222型三極管參數(shù) 管腳838電子 符號 2N2222 2N2222A單位 集電極-發(fā)射極電壓 VCEO 3040V 集電極-基極電壓VCBO 6075V發(fā)射極-基極電壓VEBO 56V集電極電流-連續(xù)Ic600 mA器件耗散 TA = 25PD625 mW操作和存儲結溫范圍TJ,Tstg 55 to +150 表4、2N222

13、2型三極管圖5 1N4148二極管 項目參數(shù)項目參數(shù)二極管類型小信號針腳數(shù)2電流, If 平均150mA總功率Ptot:500mW表面安裝器件軸向引線正向電壓 Vf 最大1V 時間, trr 最大4ns電流, If Vf10mA 電流, Ifsm2000A最大正向電流, If200mA結溫, Tj 最高200°C電流, Ifsm2000A 表5 1N4148二極管參數(shù)表MF12負溫度系數(shù)熱敏電阻外型結構和尺寸：主要技術參數(shù)： 時間常數(shù)30S 測量功率0.1mW 使用溫度范圍-55+125耗散系數(shù)6mW/額定功率0.5WJZC-12F-DC5V電磁繼電器：3296W微調(diào)電位器;1、 逆

14、時針旋轉 2、 滑動片3、 順時針旋轉實驗設備：1、模擬電路試驗箱 2、萬用表五、 方案設計與論證圖6 空調(diào)溫度控制器電路圖該電路利用由運算放大器構成的雙限比較器，控制室內(nèi)的最高溫度以及空調(diào)開啟的溫度。當空調(diào)接通電源時，由R2和R3及RP1微調(diào)電位器對直流電源分壓后給U1A的同相輸入端一個固定基準電壓。由溫度調(diào)節(jié)電路RP2、R5及R4對電源分壓的微調(diào)電位器RP2調(diào)整后輸出一個設定溫度電壓給U1B的反相輸入端，這樣就由U1A組成開機檢測電路，由U1B組成關機檢測電路。當室內(nèi)的溫度高于設定溫度時，由于負溫度系數(shù)熱敏電阻Rt和R3的分壓大于U1A的同相輸入端和U1B的反相輸入端電壓，U1A輸出低電平

15、，U1B輸出高電平。由IC2組成的RS觸發(fā)器其輸出端輸出高電平，使三極管導通，VD2(R)點亮，繼電器吸合，其常開觸電閉合，接通壓縮機電動機電路，壓縮機開始制冷。當壓縮機工作一定時間后，室內(nèi)溫度下降，達到設定溫度時，溫度傳感器阻值增大，使U1A的反相輸入端和U1B的同相輸入端電位下降，U1A的輸出端為高電平，而U1B的輸出端為低電平，RS觸發(fā)器的工作狀態(tài)翻轉，其輸出為低電平，從而使三極管截止，VD3(G)點亮，繼電器停止工作，常開觸點被釋放，壓縮機停止運轉。六、 單元電路設計與實驗調(diào)試分析根據(jù)設計要求，對電路進行了Multisim軟件仿真，整體仿真電路的連接見模塊七。實驗一：對運算放大器LM3

16、24加載電源測試實驗圖A LED燈亮（74LM324輸出端為高電平）圖B LED燈滅（74LM324輸出端為低電平）實驗步驟：1. 按圖接線，將ui-與2連接，ui+與3連接，u+與+12V連接，u-與-12V連接，uo與圖1-21中Vcc連接。2. 調(diào)節(jié)電源輸入，觀察LED燈狀態(tài)。3. 燈亮為“1”，熄滅為“0”。實驗一小結：當ui+ > ui-即ui>0時uo為高電平當ui+ < ui-即ui<0時uo為低電平實驗二：對運算放大器LM324加載電阻測試實驗圖C 帶電阻的LED燈滅當R6阻值增大到一定值時，U->U+,運算放大器LM324輸出為低電平，此時，發(fā)光

17、二極管滅。圖D帶電阻的LED燈亮當R6阻值減小到一定值時，U-<U+,運算放大器LM324輸出為高電平，此時，發(fā)光二極管亮。實驗步驟：1.先定下來u-的電位，用示波器觀察。2.調(diào)節(jié)Rt阻值，使輸出處于臨界狀態(tài)，用示波器觀察u+的電位。 小結：RT變阻器部件位于電子箱的“整流濾波”模塊，另一變阻器于“互補功放”模塊，LED燈位于“觀點耦合”模塊。調(diào)試時要注意正確接線，注意防止led燈發(fā)生耦合。七、 整體電路制作調(diào)試說明完成單元電路設計與調(diào)試試驗后，步入整體電路設計與分析調(diào)試階段，總結單元電路設計經(jīng)驗，在小組隊員的一致努力下，團結協(xié)助，成功設計出可行的整體電路圖，仿真如下圖：圖E 整體電路設

18、計仿真圖實物調(diào)試步驟：1、檢驗各器件是否完好無損2、正確按圖焊接電路板3、調(diào)試各元器件參數(shù)4、在模擬電子試驗箱進行通電實驗5、觀察LED燈是否正確顯示，跳變八、調(diào)試中出現(xiàn)的問題在實驗過程中，林林總總的問題頻繁出現(xiàn)在調(diào)試中。本小組遇到許多典型性問題，如焊接問題中的虛焊，導線焊接不牢等基本錯漏。此類問題需要組員細心協(xié)作、檢查。又諸如調(diào)試間的LED燈亮息問題，如：只亮紅燈，只亮綠燈，亮燈皆亮的代表性問題。此類問題，比較難以段時間內(nèi)攻克，此問題往往是由于接線錯誤導致的問題，屬于知識理論出錯范疇，尤其需要全體組員重新對整個電路進行檢查推倒。據(jù)本小組經(jīng)驗所得，兩燈只亮其一，往往是在芯片CD4011中與非門

19、的錯誤連接上導致，而且，問題隱蔽性較高，難于通過檢查發(fā)現(xiàn)。而紅燈與綠燈皆亮，往往是因為芯片CD4011芯片中的輸出端漏接導致。其中，一比較普遍的問題值得引起調(diào)試者關注：如滑動變阻器滑動端漏接導致變阻器未能起作用，因而導致調(diào)試失敗，此問題發(fā)生現(xiàn)象極為普遍，本小組深有體會。這不屬于理論知識的缺乏，完全是疏忽所致，因此，細節(jié)尤顯重要，導師的名言在此完美體現(xiàn)：細節(jié)決定成敗。另一較重大的問題出現(xiàn)在本課程設計中，乃本課程關鍵所在。由于熱敏電阻變化室溫下變化十分緩慢，導致RT阻值變化極小，難于實現(xiàn)其功能，導致LED燈跳變難于實現(xiàn)，使調(diào)試失敗。此問題的解決方法在導師的指導下得到有效攻克。由于熱敏電阻的作用乃是

20、通過改變阻值大小使比較器輸入端電壓U->U+導致紅燈啟亮，所以，完全可以直接給U-加上一個可調(diào)變電壓源來代替熱敏電阻的作用。至此，熱敏電阻的問題得到圓滿解決。天妒英才，由于本小組過于杰出，所遇問題非常人所遇，導致實驗成果一波三折，實為老天之過。在線路正確連接，焊接精準無誤，理論占據(jù)高點的情況下，依然在驗收電路板時受挫不前，不能于當天圓滿完成任務，實乃本組一大遺憾，深深感到一件成功作品的問世是充滿坎坷與崎嶇的。最終，披荊斬棘，歷經(jīng)萬難，在宿舍的友好氛圍下，意外性的解決了問題。原來，實乃芯片CD4011發(fā)生故障所致，由于本小組態(tài)度勤勉，反復試驗，為求真理，是芯片操勞過去，中途憾死，間接導致本設計夭折，天可憐見。嗚嗚此后，通過本課程設計，再次論證了導師的名言：細節(jié)決定成敗，小心使得萬年船。九、總結和心得歷經(jīng)為期四周的不殆學習，本小組深刻體會到了豐富知識的同時還要注重細節(jié)的求證。在這次模擬電子技術基礎課程設計中，同時也讓本組員學會了很多關于模電理論方面和實踐方面的知識，使我們受益匪淺，不僅鍛煉了大家的動手能力，鞏固了至大一以來multisim仿真軟件的應用與使用。實踐證明，設計一個很簡單的電路，所要考慮的問題，要比平時學習課程的時候考慮的多得多。因此一開始，我們遇到了很多麻煩與問題。慶幸在詹老師和同學們的幫助下，我們漸漸的懂得了入門方法。在此期間我們發(fā)現(xiàn)與遭遇了許多的