水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)書

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：xx專業(yè)班級：電子信息工程指導(dǎo)教師：xxx工作單位：信息技術(shù)學(xué)院題目:水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：可選元件：溫度傳感器，繼電器，雙向晶閘管〔器件選擇應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)〕。電容、電阻、電位器假設(shè)干；或自備元器件。直流電源±12V，或自備電源?？捎脙x器：示波器，萬用表，毫伏表要求完成的主要任務(wù):〔1〕設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和條件，選擇適宜的溫度傳感器、選擇適宜的繼電器或晶閘管。完成對水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試〔2〕設(shè)計(jì)要求=1\*GB3①設(shè)計(jì)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：5～80℃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(diǎn)連接：一組轉(zhuǎn)換接點(diǎn)〔市電220V/50Hz/2A〕。=2\*GB3②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述根本原理。〔選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真〕=3\*GB3③安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。時(shí)間安排：2012年12012年1月2012年1月2012年1月24日撰寫設(shè)計(jì)說明書；2012年1月25日上交課程指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任簽名：年月日目錄摘要…………………Ⅰ1緒論………………12設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)及要求……………22.1設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求…………………2設(shè)計(jì)的任務(wù)……………………2設(shè)計(jì)要求………………………22.2設(shè)計(jì)思想……………23選定方案的論證及整體電路的工作原理…………3選定方案的論證…………………33選定變壓器的論證……………23選定整流橋的論證……………23選定集成穩(wěn)壓塊的論證…………2整體電路的工作原理……………34單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件選擇及電路圖……4電阻的計(jì)算………………………4選擇電源變壓器的計(jì)算…………5選擇整流二極管及濾波電容的計(jì)算……………65測試結(jié)果并與理論指標(biāo)進(jìn)行比照分析…………65.1測試結(jié)果與理論指標(biāo)的比照……………………65.1測試結(jié)果與理論指標(biāo)分析………76整體電路圖、元件及器件明細(xì)表…………………76.1整體電路圖………………………76.1元器件及器件明細(xì)………………87成功的評價(jià)、本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和成在的問題并改良意義…………97.1成果評價(jià)…………97.1本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)……………………97.1存在的問題和改良的意義………10參考文獻(xiàn)…………10摘要水溫控制系統(tǒng)一般由溫度測量局部和溫度控制局部組成。溫度測量局部主要用來接收當(dāng)前系統(tǒng)中的溫度，然后發(fā)送到控制局部；溫度控制系統(tǒng)主要是用來控制外部加熱和降溫系統(tǒng)的，它接受來自溫度測量局部的信號，然后與所要控制的溫度信號進(jìn)行比擬，從而決定是否解熱或者降溫。本設(shè)計(jì)同樣采用這兩大局部，通過對當(dāng)前與控制水溫的比照決定是否進(jìn)行加熱，從而到達(dá)控制水溫的目的。關(guān)鍵詞：溫度；測量；控制AbstractGeneralsystemfortemperature

ismadeofthepartofmeasuringtemperatureandthepartofcontrolingtemperature.Thepartof

measuringistoreceivethesignalofcurrenttemperature.Andthen,itwilltransforthissignaltothepartofcontroling,whichistocontorlifitshouldbeheateduporcooled.Thepartofcontrolingcompareittothecontroledtemperatureafterreceivingthesignalfromtheforward.Then,itisgoingtodetermineisthesystemneedtobeheateduporcooled.Thisdesignforwatertemperatureisalsomadeoftheseparts.Thissystemcontrolthetemperatureofwaterbycomparingtemperatureofwatertotemperaturetocontroltodecideiftoheatup.Sothatwecangetthedestinationofcontrolingtemperatureofwater.Keywords:temperatureofwater;measure;control1緒論水是生命的源泉，人類生活永遠(yuǎn)也離不開說。而水的比擬大的比熱容以及它的流動(dòng)性使它成為我們?nèi)粘Ｉ钪泻凸I(yè)生產(chǎn)中那個(gè)得力的助手。許多系統(tǒng)中需要通過控制水的溫度從而到達(dá)控制或者測量其它局部溫度的目的。對水的溫度的測量和控制已經(jīng)成為系統(tǒng)中很重要的局部，并且也已經(jīng)在我們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了很重要的地位。而現(xiàn)今很多的水溫控制系統(tǒng)大多數(shù)都有很多的缺點(diǎn)，最主要的就是價(jià)格昂貴，反響速度慢或者是精度不高等。這些缺點(diǎn)使得水溫控制局部成為整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)污點(diǎn)。本設(shè)計(jì)通過本人自身的所學(xué)知識，以及所考慮到的問題，盡量設(shè)計(jì)比擬完美的水溫控制系統(tǒng)，希望通過設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡單而價(jià)格廉價(jià)的水溫控制系統(tǒng)到達(dá)拋磚引玉的目的。當(dāng)然，現(xiàn)今應(yīng)該是存在比我的系統(tǒng)更加完美的設(shè)計(jì)，如果可能，僅希望提供另外一種設(shè)計(jì)思路，也許會(huì)有某些火花的碰撞。2設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)及要求設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)技術(shù)要求和條件，完成對水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，裝配與調(diào)試。設(shè)計(jì)要求=1\*GB3①設(shè)計(jì)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：5～80℃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(diǎn)連接：一組轉(zhuǎn)換接點(diǎn)〔市電220V/50Hz/2A〕。=2\*GB3②選擇電路方案，完成對確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述根本原理?！策x做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真〕=3\*GB3③安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。本次設(shè)計(jì)使用溫度傳感器收集當(dāng)前水體的溫度，然后經(jīng)過各局部電路處理，與所要控制的電路進(jìn)行比擬。電路根據(jù)比擬的結(jié)果斷定是否對水體進(jìn)行加熱，如果需要加熱會(huì)自動(dòng)開啟加熱局部。當(dāng)溫度超過所控制的溫度后，控制局部要斷開加熱電路。在不加熱的情況下，水體會(huì)自動(dòng)降溫，當(dāng)溫度下降到控制溫度以下的時(shí)候電路就會(huì)依照以前的步驟重新來一遍，然后對水體進(jìn)行加熱，然后循環(huán)往復(fù)執(zhí)行這樣一個(gè)周期性的動(dòng)作，從而到達(dá)把水溫控制在一定范圍內(nèi)的目的。3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.1選定溫度傳感器的論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可以測量并控制5～80℃的溫度，精度要到達(dá)±1℃。也就是說根本要求為傳感器可以測量5～80℃的溫度，并且具有很好的穩(wěn)定性。再結(jié)合性能以及價(jià)格方面的原因，選擇了集成溫度傳感器LM35。這樣溫度傳感器在-55～150攝氏度以內(nèi)是非常穩(wěn)定的。當(dāng)它的工作電壓在4到20v之間是可以在每攝氏度變化的時(shí)候輸出變化20mv。它的線性度也可以在高溫的時(shí)候保持得非常好。因此LM35完全符合設(shè)計(jì)要求。3.1×2=9A以上的比擬適合。3.1本設(shè)計(jì)對放大器的要求只是有較好的虛短和虛斷特性，作為比擬器時(shí)輸出可以接近電源電壓。因此通用型的運(yùn)算放大器便可滿足要求。因此選用通用型的ua741.3.2整體電路的工作原理電路設(shè)計(jì)的總體思想是測溫——比擬——控溫如圖3.1所示加熱溫度比擬傳感器接收信號加熱溫度比擬傳感器接收信號信號處理顯示控制圖3.14單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件選擇及電路圖測溫單元圖Vcc溫度傳感器需要放入水中，所以應(yīng)該在電路中引出一個(gè)出口來接溫度傳感器。LM35有三個(gè)引腳，其中0接正電源，2接地，這樣在1腳就會(huì)輸出隨溫度而現(xiàn)行變化的電壓。信號采集單元電路如圖4.1所示。Vcc信號處理單元LM35輸出端的電壓因溫度改變1攝氏度而改變20mv，很難檢測。所以必須經(jīng)過一定的處理方可成為測量以及控制局部所使用的信號。處理方法也就是將它無損的放大一定的倍數(shù)。因控制或測量溫度在80攝氏度的時(shí)候，LM35輸出電壓為800mv。溫度在5攝氏度的時(shí)候輸出為50mv。經(jīng)下面計(jì)算Vmax×Av<=12VVmin×Av>=0V得12V/Vmax>=Av>=0即15>=Av>=0VccVee考慮計(jì)算的方便，以及最后輸出測量的方便，去放大倍數(shù)為10為宜。電路圖如圖.VccVeeVinVcc-Vee圖VinVcc-VeeVeeVee溫度顯示單元溫度顯示單元承當(dāng)兩個(gè)主要的任務(wù)，主要是顯示當(dāng)前以及控制的溫度，如果沒有它就不知道自己到哪里了。溫度顯示實(shí)質(zhì)上就是電壓顯示，主要是設(shè)計(jì)一個(gè)可以表征溫度的電壓表。因低溫區(qū)的電壓比擬小，因此為了提高測量和控制的精度，需要設(shè)置兩個(gè)量程。電阻選擇計(jì)算：：萬用表內(nèi)阻Ro=250歐姆滿量程為所以假設(shè)使其測量10V電壓，串聯(lián)電阻R1需要滿足：(R1+Ro)/Ro=Vg/Vo帶入數(shù)據(jù)可算出R1=10K假設(shè)使其測量5V電壓，串聯(lián)電阻R2需要滿足：(R2+Ro)=5K因此可以通過設(shè)置一個(gè)開關(guān)來到達(dá)改變量程的目的。另外控制和測量溫度都需要使用一個(gè)表頭來顯示。如圖當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S2打到左邊的時(shí)候，可以通過調(diào)節(jié)電位器R7來調(diào)整控制電壓，具體的會(huì)在控制單元中說明。當(dāng)開關(guān)S2打到右邊的時(shí)候，表頭用來顯示當(dāng)前傳感器傳過來的經(jīng)過處理的信號，也就是表征溫度的電壓量。圖4.4控制單元控制單元的作用是通過接收來自傳感器處理后的信號，判別是否需要對當(dāng)前的水體進(jìn)行加熱。因?yàn)槌跫壏糯箅娐肥欠聪蚍糯箅娐?，所以，電壓?huì)變成負(fù)電壓。因此控制電路處的比擬基準(zhǔn)電壓應(yīng)該從負(fù)電源中索取。電位器選擇計(jì)算：為了使電位器在阻值最小的時(shí)候電路中電流在1mA以下，選擇固定電阻R9為2k雖然控制溫度需要到達(dá)80攝氏度，但是為了適應(yīng)實(shí)際，同時(shí)以防被毀，控制電壓設(shè)置最大為100攝氏度。Vo=100mV×100=10V因此電位器選擇10k為宜。具體電路圖如圖圖控制電路是一個(gè)比擬器，如下圖。輸出為正負(fù)12V，而繼電器沒有正負(fù)，所以必須使比擬器輸出負(fù)電壓的時(shí)候繼電器截止，因此把繼電器和一個(gè)二極管串聯(lián)，這樣當(dāng)電壓為負(fù)的時(shí)候繼電器就會(huì)很快地?cái)嚅_了。繼電器內(nèi)部是一個(gè)磁線圈，在斷電的時(shí)候會(huì)有很大的電流，為了保護(hù)電路需要在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，以使繼電器斷電后它的保存電流可以在二極管和電阻中快速消完。圖5測試結(jié)果并與理論指標(biāo)進(jìn)行比照分析測試結(jié)果與理論指標(biāo)的比照溫度測量局部結(jié)果與理論指標(biāo)〔表.1〕溫度/攝氏度5205080理論值/V-2-5-8實(shí)測值/V-0.52-溫度誤差%4相對1攝氏度誤差表.1溫度控制局部結(jié)果與理論治標(biāo)〔表〕預(yù)設(shè)控制溫度/攝氏度5205080實(shí)際控制溫度/攝氏度52050805.2測試結(jié)果與理論指標(biāo)分析在實(shí)際電路中，電阻并不是理想電阻、導(dǎo)線中和其它的元器件都不是理想的電子器件。在實(shí)際連接電路是，雖是用萬用表測著元器件和串并聯(lián)電阻使其盡量接近計(jì)算值，但使用的測量儀器有一定的測量誤差，同時(shí)，在測量最后的輸出結(jié)果時(shí)，測量結(jié)果也有一定的誤差，所以，最后的測試值與理論指標(biāo)之間有一定的差異。誤差分析入表.1所示理論值〔V〕-2-5-8測試值〔V〕誤差值〔V〕4%1.5%0.2%0.5%表.1由表.1可得最大誤差不超過，在誤差范圍之內(nèi)，所以測試值符合理論值，所以設(shè)計(jì)到達(dá)要求。6整體電路圖、元件及器件明細(xì)6.1整體電路圖電路如下圖6.2實(shí)物圖展示6.3元件及器件明細(xì)元件及器件明細(xì)如表6.所示元件器件明細(xì)溫度傳感器LM351個(gè)二極管1N4007LED燈4個(gè)3個(gè)uA7413個(gè)繼電器1個(gè)雙刀雙擲開關(guān)及普通開關(guān)3個(gè)表頭1個(gè)電阻假設(shè)干