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)項目報告第三組：夏禹謝志恒員武張彬張進步張雙龍張亮張光燦項目簡介及安排一、項目介紹：1、設(shè)計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(shè)計和仿真。使用multisim10.0仿真軟件實現(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仿真張雙龍項目報告制作夏禹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)計了水溫控制系統(tǒng)。首先，要實現(xiàn)對水溫的測量，需要用到溫度傳感器，本設(shè)計采用了具有較好準確度的LM35型溫度傳感器，成功地實現(xiàn)溫度的測量問題。其次，對于溫度的控制問題，可以分為三部分。第一，溫度轉(zhuǎn)化為電信號。只有將溫度轉(zhuǎn)化為電信號后才能控制，所以采用LM35型溫度傳感器來轉(zhuǎn)化溫度。第二，電信號放大。由于LM35能將溫度變化線性地表征為電信號，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行電信號放大。第三，電壓比較。把經(jīng)過放大的電信號通過電壓比較器與設(shè)定的電壓進行比較，設(shè)定的電壓就代表特定的溫度。當實際溫度高于設(shè)定溫度時，控制電路停止加熱；當實際溫度高于設(shè)定溫度時，使電路接通加熱。這樣就能自動控制溫度在某個值或小范圍波動。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)計分析溫度控制系統(tǒng)可以分為二個部分，一是溫度測量，二是溫度控制。本文通過溫度傳感器實現(xiàn)溫度的測量，并轉(zhuǎn)換為電信號。再經(jīng)放大器放大后與設(shè)定的電壓值比較，輸出正電壓或負電壓來實現(xiàn)電路的通斷，從而實現(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)計目的及思想2.1設(shè)計目的通過模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)和掌握對集成運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)計水溫控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水溫的測量和控制。最后實現(xiàn)電路的仿真。2.2設(shè)計思想通過溫度傳感器和正比例放大器實現(xiàn)溫度的測量，經(jīng)適當放大后與設(shè)定的電壓比較，設(shè)定的電壓就代表特定的溫度值。當實際溫度高于設(shè)定溫度時，控制電路停止加熱；當實際溫度高于設(shè)定溫度時，使電路接通加熱。這樣就能自動控制溫度的高低。

三、設(shè)計原理和方法3.1原理分析根據(jù)設(shè)計分析中的框架圖來看，該設(shè)計原理可分為4個模塊，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現(xiàn)LED燈的亮或者滅，從而實現(xiàn)繼電器的開關(guān)來控制溫度。3.2模塊設(shè)計3.2.1溫度傳感器模塊本設(shè)計選用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不需要額外的校準處理即可達到土1/4C的準確率。此設(shè)計采用單電源供電，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算放大器，本文使用正向比例放大器，使輸出時正電壓。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。，因為電源電壓為12V，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。此時放大器工作在非線性狀態(tài)，輸出電壓只有正或負兩種飽和值。這種情況下運算放大器的輸入端“虛短”不再適用。當V>V時，v=12V，當v<V時，v=-12VPNoPNo這種情況下，運算放大器的“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。當滑動變阻器的接入電阻為0時，V=—x12V11R4+R]取R4=10KO，R「5KO即可達到要求。3.2.4繼電器模塊

繼電器是可以高溫控制低溫的器件，因為當?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：電兩機電磁鐵弭黃銜株電磁繼電器觸點-?點壓電源抵壓電痘控制電路I0。電兩機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。即在無電流通過繼電器時，繼電器高壓端開關(guān)打開，加熱電路不工作，當有一定的電流通過時，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的12V，當輸入電壓為+12V時，發(fā)光二極管導(dǎo)通，當輸入電壓為-12V時，發(fā)光二極管截止。接入三極管的目的是放大電流信號，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)光二極管的負極接一個電阻，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。，實際的發(fā)光二極管正向?qū)〞r有2V的壓降，所以發(fā)光二極管正向?qū)〞r負極的電位約為10V，流過的電流約為6mA。三極管的基極電流為R量級，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