溫度控制器課程設(shè)計要點

1、鄭州科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計題目溫度控制器學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號院 （系）信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師完成時間2015 年 12 月 31 日鄭州科技學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)14 級通信工程班級 2 班學(xué)號姓名一、設(shè)計題目溫度控制器二、設(shè)計任務(wù)與要求1、當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時， 兩個加熱絲同時通電加熱， 指示燈發(fā)光；2、當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度時，兩根加熱絲都不通電，指示燈熄滅；3、根據(jù)上述要求選定設(shè)計方案，畫出系統(tǒng)框圖，并寫出詳細(xì)的設(shè)計過程；4、利用 Multisim 軟件畫出一套完整的設(shè)計電路圖， 并列出所有的元件清單；5、安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書.三、參考文獻(xiàn)1 吳友宇 .模擬

2、電子技術(shù)基礎(chǔ) M. 清華大學(xué)出版社 ,2009.5255.2 孫梅生 .電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 M. 高等教育出版社 ,2005.2528.3 徐 國 華 . 電 子 技能 實訓(xùn) 教程 M. 北 京航 空 航 天 大學(xué) 出版社 ,2006.13 15.4 陳 杰 , 黃 鴻 . 傳 感 器 與 檢 測 技 術(shù) M. 北 京 : 高 等 教 育 出 版社 ,2008.2225.5 翟 玉 文 等 . 電 子 設(shè) 計 與 實 踐 M. 北京 : 北 京中 國 電 力 出 版社 ,2005.1113.6 萬嘉若 ,林康運 .電子線路基礎(chǔ) M. 高等教育出版社 ,2006.27 29.四、設(shè)計時間201

3、5 年 12 月 21 日至 2015 年 12 月 31 日指導(dǎo)教師簽名 ：年月日摘 要本設(shè)計是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、使用壽命長、具有一定的實用性等優(yōu)點的溫度控制電路。 本文設(shè)計了一種溫度控制器電路，該系統(tǒng)采用模擬技術(shù)進(jìn)行溫度的采集與控制。主要由電源模塊，溫度采集模塊，繼電器模塊組成?，F(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可以說是突飛猛進(jìn)，很多傳統(tǒng)的東西都被成本更低、功能更多、使用更方便的電子產(chǎn)品所替代，本課程設(shè)計是一個以溫度傳感器采用 LM35 的環(huán)境溫度簡易測控系統(tǒng)，用于替代傳統(tǒng)的低精度、不易讀數(shù)的溫度計。但系統(tǒng)預(yù)留了足夠的擴展空間，并提供了簡單的擴展方式供參考，實際使用中可根據(jù)需

4、要改成多路轉(zhuǎn)換，既可以增加濕度等測控對象，也能減少外界因素對系統(tǒng)的干擾。首先溫度傳感器把溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號， 通過放大器變成電壓信號，然后送入兩個反向輸入的運算放大器組成的比較器電路，讓電位器來改變溫度范圍的取值，最后信號送入比較器電路，通過比較來判斷控制電路是否需要工作。此方案是采用傳統(tǒng)的模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定是否加熱。關(guān)鍵詞： 溫度傳感器 比較器 繼電器目錄1課程設(shè)計的目的 .錯誤！未定義書簽。2課程設(shè)計的任務(wù)與要求 .錯誤！未定義書簽。3方案論證 .錯誤！未定義書簽。3.1方案比較 .錯誤！未定義書簽。3.2方案論證 .

5、54設(shè)計原理及功能說明 .錯誤！未定義書簽。4.1工作原理 .錯誤！未定義書簽。4.2結(jié)構(gòu)框架 .84.2.1放大電路 .84.2.2電壓比較器電路 .94.2.3溫度控制電路 .94.3工作流程 .105仿真結(jié)果 .錯誤！未定義書簽。6硬件的制作與調(diào)試 .錯誤！未定義書簽。7總結(jié).錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) .錯誤！未定義書簽。附錄 1：電路原理圖 .15附錄 2：實物圖 .16附錄 3：元器件清單17溫度控制器設(shè)計1 課程設(shè)計的目的模擬電路課程設(shè)計是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計，要求達(dá)到以下目的。（ 1）通過溫度控制器的設(shè)計，使我們能夠鞏固和加深對模擬電子電路基本知識的理

6、解，了解日常電子產(chǎn)品的設(shè)計與應(yīng)用；（ 2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入研究有關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。（ 3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（ 4）了解與課題有關(guān)的電子電路及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。1溫度控制器設(shè)計2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求任務(wù)：設(shè)計一個溫度控制器要求：1.設(shè)計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：580，控制精度： 1，控制對象

7、：雙向晶閘管或繼電器，晶閘管或繼電器觸點連接：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。 計算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3.安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計報告書。2溫度控制器設(shè)計3 方案論證3.1 方案比較方案一本系統(tǒng)的設(shè)計可以用于熱水器溫度控制系統(tǒng)和飲水機等各種電器電路中。它以單片機 AT89S52 為核心，通過 3 個數(shù)碼管顯示溫度和 4 個按鍵實現(xiàn)人機對話，使用單總線溫度轉(zhuǎn)換芯片 DS18B20 實時采集溫度并通過數(shù)碼管顯示，并提供各種運行指示燈用來指示系統(tǒng)現(xiàn)在所處狀態(tài)，如：溫度設(shè)置、加熱、停止加熱等

8、，整個系統(tǒng)通過四個按鍵來設(shè)置加熱溫度和控制運行模式。圖 3-1 單片機 AT89S52 控制的溫度控制器原理框圖方案二整體電路圖如圖，按照設(shè)計圖，可以分為四個部分。溫度轉(zhuǎn)換單元是將0-100 攝氏度的水溫變化通過傳感器（用直流信號源代替）轉(zhuǎn)換成0-5V 的電壓信號變化。恒壓設(shè)計單元是通過直流源、電位器輸出恒定電壓 4V（對應(yīng)控制水溫為 80 攝氏度）。信號處理單元是用電壓比較器比較恒溫設(shè)計單元和溫度轉(zhuǎn)換單元的電壓信號大小，從而控制是否進(jìn)行加熱。溫度控制單元是通過分析電壓比較器輸出的電壓信號正負(fù)，從而選擇導(dǎo)通的支路，當(dāng)水溫為0-803溫度控制器設(shè)計攝氏度之間時，加熱支路會導(dǎo)通，加熱指示綠燈會亮，

9、進(jìn)行加熱。當(dāng)水溫為 80-100 攝氏度之間時，報警支路會導(dǎo)通，報警紅燈會亮，并且蜂鳴器會發(fā)出報警的聲音。圖 3-2 直流信號控制的溫度控制器原理圖方案三本設(shè)計以 89C52 單片機為核心，采用了溫度傳感器AD590 ， A/D 采樣芯片 ADC0804， 可控硅 MOC3041 及 PID 算法對溫度進(jìn)行控制。該水溫控制系統(tǒng)是一個典型的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測、信號處理、輸入、運算到輸出控制電爐加熱功率以實現(xiàn)水溫控制的全過程。本設(shè)計實現(xiàn)了水溫的智能化控制以及提供完善的人機交互界面及多機通訊接口，系統(tǒng)由前向通道模塊（即溫度采樣模塊）、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤顯示摸塊

10、等四大模塊組成。4溫度控制器設(shè)計圖 3-3 A/D 芯片控制的溫度控制器原理圖此部分是電路的核心部分，系統(tǒng)的控制采用了單片機89C52。單片機89C52 內(nèi)部有 8KB 單元的程序存儲器及256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。 因此系統(tǒng)不必擴展外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器這樣大大的減少了系統(tǒng)硬件部分。3.2 方案論證以上三種方案都能達(dá)到設(shè)計目的。采用單片機來設(shè)計電路，編程能實現(xiàn)溫度控制，易于實現(xiàn)溫度的顯示，并能達(dá)到較高的控制精度，而且用單片機實現(xiàn)溫度控制靈敏度更高。但是單片機編程比較復(fù)雜。采用模擬電路來設(shè)計，雖然系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高，很難實現(xiàn)溫度的顯示，系統(tǒng)精度受外界溫度變化而變化，但是電路簡單易懂，很適

11、合。采用運放等模擬電路搭建一個控制器，用模擬方式實現(xiàn) PID 控制，對于純粹的溫度控制，這是足夠的。但是附加顯示、溫度設(shè)定等功能，還要附加許多電路，稍顯麻煩。同樣，使用邏輯電路也可實現(xiàn)控制功能，但總體的電路設(shè)計和制作比較煩瑣。比較以上三個方案可知，采用單片機來實現(xiàn)本題目，不管是從結(jié)構(gòu)上，還是從工作量上都占有很大的優(yōu)勢，但是對于我們來說過于復(fù)雜，綜合上述方案的優(yōu)缺點，選擇本次方案來實現(xiàn)溫度控制電路的設(shè)計。5溫度控制器設(shè)計本次方案用 LM35 溫度傳感器、放大電路、指示器、比較器、發(fā)熱元件、控制溫度設(shè)置等元器件組成的單電源溫度控制檢測電路。它由溫度檢測電路、比較電路、電阻絲開關(guān)電路，顯示電路和電源

12、電路5 部分組成。圖 3-4 方案論證原理框圖6溫度控制器設(shè)計4 設(shè)計的原理及功能說明4.1 工作原理溫度控制器原理如圖所示，本電路由溫度傳感器、放大電路、指示器、比較器、發(fā)熱元件、控制溫度設(shè)置等部分組成。溫度傳感器的作用是把溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，經(jīng)放大電路放大，送往電壓表構(gòu)成的指示器進(jìn)行溫度指示。同時，由溫度傳感器輸出的電壓信號送往比較器，與設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，控制發(fā)熱元件的工作，從而控制溫度，使其保持在某一范圍。溫度傳感器放大電路指示器被控對象發(fā)熱元件比較器控制溫度設(shè)置圖 4-1 溫度控制器組成原理框圖溫度傳感器簡介 : LM35 是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。由于它采用內(nèi)部補償，

13、所以輸出可以從0開始。LM35 有多種不同封裝型式。 在常溫下，LM35 不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到1/4的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其引腳如圖一所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測； 兩種接法的靜止電流 - 溫度關(guān)系，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08)，單電源模式在 25下靜止電流約50A，工作電壓較寬， 可在 4-20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。 工作電壓 4-30V，在上述電壓范圍以內(nèi)，芯片從電源吸收的電流幾乎是不變的（約50A），所以芯片自身幾乎沒有散熱的問題。這么小的電流也使得該芯片在某些應(yīng)用中特別適合，比如在電池7溫度控制器設(shè)計供電的場合中，

14、輸出可以由第三個引腳取出，根本無需校準(zhǔn)。集成運放 LM393輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受Vcc 端電壓值的限制 . 此輸出能作為一個簡單的對地SPS 開路 ( 當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運用 ) ，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的值所限制 . 當(dāng)達(dá)到極限電流 (16mA) 時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。4.2 工作框架4.2.1 放大電路由于 LM35 輸出的電壓信號較小， 須經(jīng)運算放大器放大后才能推動電壓表進(jìn)行溫度指示。如圖所示， 0100相應(yīng)輸出電壓為 010V。由于 LM35 輸出的電壓信號較小，須經(jīng)運算放大器放大后才能推動電壓表進(jìn)行溫度指

15、示。圖 4-3 放大電路圖4.2.2 電壓比較器電路圖 4-4，U3 為控制溫度設(shè)定電壓（對應(yīng)控制溫度），R2 用于改善比較器的遲滯特性，決定控溫精度。8溫度控制器設(shè)計圖 4-4 電壓比較器電路圖4.2.3溫度控制電路如圖所示為采用 LM35 （ LM35 用 50 電位器替代）構(gòu)成的溫控度制電路。電路中的 R9 用于設(shè)定基準(zhǔn)電壓 Ur ，而 Ux 為傳感器 LM 檢測溫度后對應(yīng)的輸出電壓。當(dāng)加熱元件 10AMP 加熱時，溫度升高，經(jīng)過一定時間，當(dāng)超過予先設(shè)定值（ 100 攝氏度），即 UxUr 時，則 A 輸出高電平， Q1 截止，功率晶體管 Q2 也截止， 10AMP 停止加熱，溫度慢慢下

16、降；當(dāng)降到低于予先設(shè)定值時，即 UxUr ，則輸出低電平， Q1 導(dǎo)通，功率晶體管 Q2 也導(dǎo)通， 10AMP 又開始加熱。周而復(fù)始，使溫度保持恒定值，從而達(dá)到控制溫度的目的。發(fā)光二極管 LED 用于顯示 10AMP 的加熱情況，加熱時， LED 發(fā)光；恒溫時， LED 熄滅。圖 4-5 溫度控制電路圖9溫度控制器設(shè)計4.3 工作流程啟動加熱電路， 對溫度進(jìn)行設(shè)定范圍， 顯示預(yù)置溫度 , 溫度設(shè)定后就可以按啟動鍵來啟動系統(tǒng)工作了。溫度檢測系統(tǒng)不斷檢測當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到預(yù)置溫度后停止加熱并報警；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)置溫度低 2）時再啟動加熱。 這樣不斷重復(fù)上述過程， 使溫度保持在

17、預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。按復(fù)位鍵可以隨時重新設(shè)定預(yù)置溫度。10溫度控制器設(shè)計5 仿真結(jié)果用 multisim 仿真軟件對電路元件進(jìn)行搭接，當(dāng)加熱絲溫度低于設(shè)定值，加熱絲加熱，小燈泡發(fā)光，如圖 5-1；當(dāng)加熱絲達(dá)到表示設(shè)定值，加熱絲停止加熱，小燈泡熄滅，如圖 5-2。圖 5-1 加熱絲加熱電路原理圖圖 5-2 加熱絲停止加熱電路原理圖11溫度控制器設(shè)計6 硬件的調(diào)試與制作根據(jù)電路圖將電子元件進(jìn)行電路焊接，首先把電子元件按照原理圖對應(yīng)的位置擺放，分清元件的極性進(jìn)行焊接。焊接中， LM35 溫度傳感器由 50 歐姆滑動變阻器替代， 集成運放 LM393由 LM358 替代， 22K 的電阻由一個 20K

18、和一個 2K 電阻替代 , 1K 的電阻由兩個 500 歐姆的替代， 220K 的電阻由兩個 100K 和一個 20K 的替代，8.2K 的電阻由兩個 4K 的替代， 680 歐姆的由一個 510 歐姆和一個 100 歐姆的替代。將焊接完的電路接入電源，調(diào)節(jié)滑動變阻器，觀察指示燈，同時用萬能表測量加熱絲兩端電壓。滑動變阻器調(diào)小，指示燈熄滅，加熱絲兩端電壓變小，滑動變阻器增大，指示燈發(fā)光，加熱絲兩端電壓變大。12溫度控制器設(shè)計7 總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我完成了對溫度控制器中的各個元器件的較深入的理解、知曉了溫度控制器的工作原理， 以及進(jìn)行了對該電路的仿真調(diào)試。 設(shè)計考查了我們的設(shè)計電路，從中我學(xué)

19、到了很多東西，但也發(fā)現(xiàn)了許多不足之處，就知識方面來講，我明顯的對以前學(xué)過的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教材中的集成運算放大器的應(yīng)用、電機與電氣的控制教材中的繼電器方面的知識以及傳感器方面的知識的掌握非常欠缺，因此在設(shè)計上的電路中運用就不是想象那樣理想，我的仿真出現(xiàn)了很多問題，但在電壓測試過程中，測的電壓和計算的電壓不一致，我請教了相關(guān)老師和同學(xué)，最后傳感器應(yīng)該用電位器代替，除了這些問題之外，我還遇到了一些問題，但我都一一地解決了，同時我也掌握了更多的知識。 本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單， 設(shè)計中用到了 LM35 和 LM393 集成塊，主要運用了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)中的放大器和比較器的知識，它們的耗材小，省電，安全，基本都能達(dá)到預(yù)想的目標(biāo)。這個電路也存在改進(jìn)的地方，調(diào)試的范圍比較小，還有在設(shè)定溫度時需要用萬用表測量電壓，如果有數(shù)碼管的話就可以直接顯示所調(diào)電壓（即溫度）的值，那樣的話會更方便。在此要感老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝母校給我這樣的機會鍛煉。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工