模擬電路 水溫控制系統(tǒng)

(EURASIAUNIVERSITY西安歐亞學(xué)院水溫控制系統(tǒng)項(xiàng)目報(bào)告第三組：夏禹謝志恒員武張彬張進(jìn)步張雙龍張亮張光燦項(xiàng)目簡介及安排一、項(xiàng)目介紹：1、設(shè)計(jì)可以測量和控制溫度的溫度控制器。測量和控制溫度范圍：5?80°C,控制精度：土1C,控制對(duì)象：繼電器，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(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)和仿真。使用multisim10.0仿真軟件實(shí)現(xiàn)電路的仿真二、組員分工安排:水溫控制系統(tǒng)相關(guān)資料的搜集和整理謝志恒張進(jìn)步模塊一（溫度傳感模塊）張亮模塊二（比例放大模塊）張彬模塊三（電壓比較模塊）員武Multisim10.0仿真張雙龍項(xiàng)目報(bào)告制作夏禹PPT制作及演講張光燦摘要本文主要從水溫的測量和控制兩方面設(shè)計(jì)了水溫控制系統(tǒng)。首先，要實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的測量，需要用到溫度傳感器，本設(shè)計(jì)采用了具有較好準(zhǔn)確度的LM35型溫度傳感器，成功地實(shí)現(xiàn)溫度的測量問題。其次，對(duì)于溫度的控制問題，可以分為三部分。第一，溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。只有將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后才能控制，所以采用LM35型溫度傳感器來轉(zhuǎn)化溫度。第二，電信號(hào)放大。由于LM35能將溫度變化線性地表征為電信號(hào)，經(jīng)過放大器放大后才可用萬用表測量，因此要用到比例放大器進(jìn)行電信號(hào)放大。第三，電壓比較。把經(jīng)過放大的電信號(hào)通過電壓比較器與設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，設(shè)定的電壓就代表特定的溫度。當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，控制電路停止加熱；當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，使電路接通加熱。這樣就能自動(dòng)控制溫度在某個(gè)值或小范圍波動(dòng)。關(guān)鍵詞：LM35溫度傳感器、比較器、放大器、繼電器、萬用表等。一、設(shè)計(jì)分析溫度控制系統(tǒng)可以分為二個(gè)部分，一是溫度測量，二是溫度控制。本文通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。再經(jīng)放大器放大后與設(shè)定的電壓值比較，輸出正電壓或負(fù)電壓來實(shí)現(xiàn)電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)溫度的控制。其原理框架如下圖1.1：溫度傳感器比例放大器受控水溫繼電器電壓比較器圖1.1溫度傳感器比例放大器受控水溫繼電器電壓比較器二、設(shè)計(jì)目的及思想2.1設(shè)計(jì)目的通過模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)和掌握對(duì)集成運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用。并基于模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)水溫控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水溫的測量和控制。最后實(shí)現(xiàn)電路的仿真。2.2設(shè)計(jì)思想通過溫度傳感器和正比例放大器實(shí)現(xiàn)溫度的測量，經(jīng)適當(dāng)放大后與設(shè)定的電壓比較，設(shè)定的電壓就代表特定的溫度值。當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，控制電路停止加熱；當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，使電路接通加熱。這樣就能自動(dòng)控制溫度的高低。

三、設(shè)計(jì)原理和方法3.1原理分析根據(jù)設(shè)計(jì)分析中的框架圖來看，該設(shè)計(jì)原理可分為4個(gè)模塊，即：溫度傳感模塊、比例放大模塊、電壓比較模塊和繼電器模塊。通過溫度傳感器的溫度變化實(shí)現(xiàn)LED燈的亮或者滅，從而實(shí)現(xiàn)繼電器的開關(guān)來控制溫度。3.2模塊設(shè)計(jì)3.2.1溫度傳感器模塊本設(shè)計(jì)選用LM35溫度傳感器轉(zhuǎn)化溫度。LM35的輸出電壓與攝氏溫度呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式為：V=10mv/°CxT°Cout在0°C時(shí)輸出為0V，每升高1°C輸出電壓增加10mV。LM35溫度傳感器圖如下圖1.2：SmallOutlineMoldedPackage一N.C.—N.Cr—N.Cl圖1.2常溫下LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到土1/4C的準(zhǔn)確率。此設(shè)計(jì)采用單電源供電，在25C下的靜默電流約50pA，非常省電，并且無散熱問題，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。3.2.2比例放大器模塊比例放大器要用到集成運(yùn)算放大器，本文使用正向比例放大器，使輸出時(shí)正電壓。考慮到控制的溫度是室溫到80oC，所以取放大器的放大倍數(shù)為10倍（即溫度縮小10倍）比較合適。正相比例放大器的原理圖如下圖1.3：

V=Vi=0V一V.?_■._——ouRR=(1+r2-)V,1取RjlOK。，則R2=90K。，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。實(shí)際中取R2=90.9K。。3.2.3電壓比較模塊本文采用簡單的單門限電壓比較器，仿真圖如下圖1.4：UD±：V1:="12VKey—Avccii□OPAMPUD±：V1:="12VKey—Avccii□OPAMP5TVIRTUAL1Ok0：?：R4：U——Wv■■■■10kG_VEE-12V:圖1.4放大器的輸出電壓作為比較器的輸入電壓，輸出接輸出電壓。此時(shí)放大器工作在非線性狀態(tài)，輸出電壓只有正或負(fù)兩種飽和值。這種情況下運(yùn)算放大器的輸入端“虛短”不再適用。當(dāng)V>V時(shí)，v=12V，當(dāng)v<V時(shí)，v=-12VPNoPNo這種情況下，運(yùn)算放大器的“虛短”仍然可用，則有V.=VV=V=V所以可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來控制V11的值。圖中增加R1=5K。的電阻，是為了控制V11的最大值不超過8V，即設(shè)定的溫度值不超過80oC。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的接入電阻為0時(shí)，V=—x12V11R4+R]取R4=10KO，R「5KO即可達(dá)到要求。3.2.4繼電器模塊

繼電器是可以高溫控制低溫的器件，因?yàn)楫?dāng)?shù)蛪弘娫炊碎_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關(guān)接通，實(shí)現(xiàn)了低壓控制高壓。其內(nèi)部構(gòu)造及工作原理如圖1.5：電兩機(jī)電磁鐵弭黃銜株電磁繼電器觸點(diǎn)-?點(diǎn)壓電源抵壓電痘控制電路I0。電兩機(jī)電磁鐵弭黃抵壓電痘控制電路工作電路圖1.5繼電器選取的是額定電壓為12V的常開型型號(hào)。即在無電流通過繼電器時(shí)，繼電器高壓端開關(guān)打開，加熱電路不工作，當(dāng)有一定的電流通過時(shí)，繼電器產(chǎn)生磁性使高壓端開關(guān)閉合。四、電路的仿真通過multisim10.0仿真得到如下圖1.6、1.7、1.8和1.9的仿真結(jié)果（不包含溫度傳感器模塊和繼電器模塊）:

由于電壓比較器的輸出電壓為正或者負(fù)的12V，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，使三極管能正常工作?！?AKHH10.#萬用S-XMMBprJjjbJOP^y.lP5TJIRWM-7.gg8v5734mA-IU1--:R1-wvlOkl：：■-AKHH10.#萬用S-XMMBprJjjbJOP^y.lP5TJIRWM-7.gg8v5734mA-IU1--:R1-wvlOkl：：R3...AVv—IQ此■yeeK白尸沖4-L^：■■EtM-12V.T2VVGG:::.TOKUOPAMP57VRTIW-VEE3M4LCYECvcc5t萬用3J-XMH4XfcM34中30.614uA_±jr^_gj^j~iLM—..四0此：LEPdR5XMMi0-5.V汀VIRTUAL-UE&OPAMIP5T112VEER?R1Wv郵，i/IRTUAL1.82N671D■衫萬匡表-XMH4X344AJ2JM1Cwi：?：：LLLH3M4LCYECvcc5t萬用3J-XMH4XfcM34中30.614uA_±jr^_gj^j~iLM—..四0此：LEPdR5XMMi0-5.V汀VIRTUAL-UE&OPAMIP5T112VEER?R1Wv郵，i/IRTUAL1.82N671D■衫萬匡表-XMH4X344AJ2JM1Cwi：?：：LLLHUEE1II'#石用^-XMME；12Vvce?Key-flU1FlPWI日與T押口Tl1狙_VA1DKL.R1.

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tOkLVFFOPAMP51V1RTOAJR6.VA-一般取R6=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，流過的電流約為6mA。三極管的基極電流為R量級(jí)，所以與基極并聯(lián)電阻R1=2K。即可。則有用萬用表測量LM35溫度傳感器輸出端的電位，設(shè)為V1，則有T（C）T（C）=用萬用表測量比較器正向輸入端的電壓，現(xiàn)在的室溫在15o