溫度控制電路設(shè)計(jì)

1、溫度控制電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一溫度控制電路并進(jìn)行仿真。二、設(shè)計(jì)要求基本功能：利用AD590#為測(cè)溫彳感器，Tl為低溫報(bào)警門(mén)限溫度值，Th為高 溫報(bào)警門(mén)限溫度值。當(dāng)T小于Tl時(shí)，低溫警報(bào)LED亮并啟動(dòng)加熱器；當(dāng)T大于 Th時(shí)，高溫警報(bào)LED亮并啟動(dòng)風(fēng)扇；當(dāng)T介于Tl、Th之間時(shí)，LED全滅，加熱器 與風(fēng)扇都不工作（假設(shè) Tl = 20C, Th= 30C）。擴(kuò)展功能：用LED數(shù)碼管顯示測(cè)量溫度值（十進(jìn)制或十六進(jìn)制均可）。三、設(shè)計(jì)方案AD590是美國(guó)ANALOG DEVICES司的單片集成兩端感溫電流源，具輸出電 流與絕對(duì)溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、 恒流

2、調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 A/Ko AD590適用于150c以下、目前采用傳統(tǒng)電氣 溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無(wú)需支持電路的特 點(diǎn)，使它成為許多溫度測(cè)量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時(shí)，無(wú)需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。主要特性：流過(guò)器件的電流（nA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（K）度數(shù)；AD590的測(cè)溫范圍為-55c+150C； AD590的電源電壓范圍為 430 V,可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使vO+反接也不會(huì)被損壞；輸出電阻為710mQ;精度高， AD590 1在-55 C+-150 范圍內(nèi)，非線性誤

3、差僅為土 0.3 C。7 VoIo ； WK基本使用方法如右圖。'AD590的輸出電流是以名對(duì)溫度零度（-273 C）為基準(zhǔn)，每增加1C,它會(huì)增加1A輸出電流，因此在室溫 25c時(shí)，其輸出電流1疝=（273+25） =298仙A。M的值為Io乘上10K,以室溫25c而言，/出值為10Kx 298 A=2.98V。測(cè)量M時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)。溫度控制電路設(shè)計(jì)框圖如下：溫度控制電路框圖由于Multisim 中沒(méi)有AD59姍度傳感器，根據(jù)它的工作特性，可以采用包流源來(lái)替代該傳感器，通過(guò)改變電流值模擬環(huán)境溫度變化。 通過(guò)溫度校正電路得到實(shí)際攝氏溫度電壓值（可適當(dāng)放大到幾伏特，

4、不超過(guò) 5V）,再送溫度判決電路 判決，需根據(jù)報(bào)警溫度確定門(mén)限比較電壓值， 電路均可用運(yùn)算放大器及電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。可采用三極管和繼電器（RELAY來(lái)控制驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇與加熱器，在仿真 中用DCMOTOR替風(fēng)扇、HEATE戳替力熱器，并加上發(fā)光二極管來(lái)指示其是否 工作。溫度顯示部分可采用 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，將實(shí)際溫度電壓值通過(guò) ADC5片轉(zhuǎn)換成數(shù)字邏輯信號(hào)再通過(guò)數(shù)碼管顯示。四、電路仿真與分析1、測(cè)溫電路在仿真中，測(cè)溫電路由恒流源代替溫度傳感器，通過(guò) R1變?yōu)殡妷毫浚⑶?經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓比較器構(gòu)成射極跟隨器穩(wěn)定電壓， 使得測(cè)量Uo時(shí)不分出任何電流, 避免造成測(cè)量值不準(zhǔn)確。Uo=I*R12、 溫度

5、校正電路10kflVEEME日 W -IDQkQ在溫度校正電路中，采一個(gè)電壓比較器構(gòu)成一個(gè)減法器， 也就是把熱力學(xué)溫度溫度轉(zhuǎn)變成攝氏溫度。具體的計(jì)算為uo=R3/R6(u1-u2),其中U1 =i*i0K Q,U2=2.73V,由電阻分壓得到的，因?yàn)?R3/R6=10,也就是溫度每上升一度，輸出 電壓U0增加0.1V。3、 控制電路12VMOTORDR201A051VEE K084ACDI VEE12WCCTvcvvcc-(vct?v"lvct?vD12H3330KLLED-19R102k OSR11 >ioknWccvcc叫C12VS2I OK |,HEATER-X2LEDD

6、R2Q'1AQ51521N4U316 J_這是用集成運(yùn)放構(gòu)成兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)比較上限30攝氏度，一個(gè)比較下限20攝氏度，換算為電壓就是3V和2V。3V和2V通過(guò)電阻分壓得到，分別接 在兩個(gè)比較器的反相端和正向端。當(dāng)U0<2V時(shí)，燈LED GREE鹿，低溫報(bào)警，啟動(dòng)加熱器。當(dāng)2V<U0<3V時(shí)，燈都不亮。當(dāng)U0>3V時(shí)，燈LED1 RED®,高溫報(bào)警，啟動(dòng)風(fēng)扇。后面的部分即為工作電路，由繼電器驅(qū)動(dòng)。當(dāng)溫度低于20,綠色LED亮，heater 工作加熱。當(dāng)溫度高于30攝氏度，紅色LED亮，motor工作散熱4、顯示電路顯示電路采用 ADC0809經(jīng)過(guò)模

7、數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示相應(yīng)的溫度值。o rDCD HEX在仿真時(shí)，改變電流源的值得大小，得到相應(yīng)溫度顯示。五、原理圖與PCB1、根據(jù)得出正確結(jié)果的仿真圖連接了 DXP的原理圖，并且進(jìn)行了檢查(1)進(jìn)入dxp新建原理圖文檔schematic docunicnl(2) 在原理圖元件庫(kù)找元件，常用的有protel Dosschematic libraries.ddb(3)連接電線，器件之間的電路必須要連通。(4)修改元器件屬性。注意：雙擊左鍵打開(kāi)屬性對(duì)話框，修改相關(guān)屬性和參 數(shù)。左鍵+空格鍵可以修改元件方向。(6)保存文件，至此原理圖以設(shè)計(jì)完畢2、然后根據(jù)實(shí)際的元件大小進(jìn)行測(cè)量和畫(huà)封裝

8、元件名稱焊盤(pán)圖元IN4043211JZC23F513LED23PCBCOMPONENTJ00PCBCOMPONENT.1 00TL0&4CN1420三極管37在畫(huà)封裝的過(guò)程中，除了真實(shí)腳距，考慮到三極管三個(gè)引腳之間距離太小不利于焊接，所以自己重新畫(huà)了一個(gè)封裝把引腳之間的距離適當(dāng)變大，因?yàn)閷?shí)物的引腳是可以用力來(lái)改變的。這個(gè)做法也得到了老師的認(rèn)可。在畫(huà)封裝的過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了芯片是集成在一起的四個(gè)運(yùn)放，所以又改變了 原理圖中的運(yùn)放的引腳，使用幾個(gè)芯片即可實(shí)現(xiàn)，節(jié)約成本！3、PCB圖畫(huà)這塊PCB用了我三天的時(shí)間！芯片周圍的電阻很多，但是只要按照對(duì)應(yīng) 的位置來(lái)擺放，接線是不難的。我先畫(huà)好了芯片及

9、其周圍電阻的擺放連接。 但是, 由于VC5口 GROUND須各處都是接在一起的，要使左邊的和右邊的接在一起要繞開(kāi)許多元件，所以繼電器和與它相連的LED和二極管、三極管的位置我換了好多次才找到最完美的位置和接線方式！ 而且，三極管的焊盤(pán)是橢圓的，而且距離比較近，焊線不能太粗不然違反規(guī)則，所以我就在連接三極管中間一腳時(shí)細(xì)化了焊線。其余的焊線都適當(dāng)?shù)拇?，防止短路，焊盤(pán)也盡量大，為打孔和焊接提供方便！六、制版、焊接與調(diào)試1、轉(zhuǎn)印、腐蝕、打孔在制作電路板的過(guò)程中，碰到了許多困難。1）首先是，由于打印機(jī)的問(wèn)題，打印效果不好，中間總有一部分被抹了，應(yīng) 該是從打印機(jī)出來(lái)時(shí)壓到了那里。所以我們思考后決定先轉(zhuǎn)印，

10、然后再用 筆補(bǔ)！花費(fèi)了很多時(shí)間和精力！但是可行。我們還發(fā)現(xiàn)，用筆補(bǔ)之后，再 用什么都沒(méi)有的轉(zhuǎn)印紙包好再熱轉(zhuǎn)印幾次，可以把補(bǔ)上的筆墨烘干壓緊， 效果和打印機(jī)里的墨一樣。2）第一次板子轉(zhuǎn)印用筆補(bǔ)充后腐蝕時(shí)，由于熱轉(zhuǎn)印次數(shù)不夠，墨不夠壓緊， 在腐蝕過(guò)程中導(dǎo)線都脫落了，真的很可惜，一塊板子就這么費(fèi)了。所以在 第二次制版多熱轉(zhuǎn)印了兩次，最后順利制作出了板子。大約轉(zhuǎn)印了 10多次 腐蝕時(shí)間很長(zhǎng)，要耐心等待。3）接下來(lái)打孔，我們?nèi)サ臅r(shí)候只有一毫米的打孔機(jī)有針頭了，但焊盤(pán)直徑只有2mm幸好把焊盤(pán)畫(huà)大了一點(diǎn)，很小心的打孔才沒(méi)有讓焊盤(pán)被打掉。2、焊接腐蝕完，已經(jīng)晚上12點(diǎn)了，我和其他組的負(fù)責(zé)做板子的人決定通宵把板

11、子 焊出來(lái)，所以在實(shí)驗(yàn)室里完成了板子。焊接過(guò)程很順利，是由于之前金工實(shí)習(xí)時(shí) 練習(xí)過(guò)焊接還有做電源的經(jīng)驗(yàn)，因此這次焊接也得心順手。只有有些引腳，因?yàn)?打孔有點(diǎn)歪，銅很細(xì)的地方不上錫，多補(bǔ)了幾次才好。3、調(diào)試在調(diào)試過(guò)程中，很困難很困難！1) 由于我們班沒(méi)有面包板，沒(méi)有在制作電路板之前搭建元件做過(guò)調(diào)試，所以只能直接制版看效果。2) 我們班沒(méi)有AD59Q我們只能用直接加電壓的方式來(lái)調(diào)試板子3) 還是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，我沒(méi)有在板子上留出調(diào)試點(diǎn)，又因?yàn)榘遄幼龅暮苄。妷夯鹁€很難夾在元件引腳上，所以很困難。我思考之后，決定 在板子底層需要加電壓的焊盤(pán)位置焊上導(dǎo)線，然后加電壓。4) 在加+-12v時(shí)，發(fā)現(xiàn)，夾子靠

12、近導(dǎo)線時(shí)有電火花產(chǎn)生，嚇了一跳，第一次看到這種情況，好害怕會(huì)燒了，但是其實(shí)沒(méi)有什么大礙。5) 在加好+-12v, GROUND待測(cè)電壓后，發(fā)現(xiàn)燈并沒(méi)有如預(yù)期中亮起來(lái)，這時(shí)，我思考可能實(shí)驗(yàn)是失敗了。所以，我這時(shí)就反應(yīng)過(guò)來(lái)要檢查芯 片，發(fā)現(xiàn)芯片是有熱度的，證明它在工作，我又怕它是燒了，所以先 斷開(kāi)電壓，等到恢復(fù)室溫我再加上電壓，發(fā)現(xiàn)芯片還是會(huì)熱，證明沒(méi) 有被燒，芯片是好的在工作的。那么沒(méi)有燈亮，是其他原因造成的。6) 為了找出失敗的原因嗎，我決定用萬(wàn)用表測(cè)量各點(diǎn)電壓，看是從哪一部分開(kāi)始較大偏離了理論值。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，從最后一個(gè)運(yùn)放輸出的電壓都是沒(méi)有問(wèn)題的，前面的電路都是正常通的，但是通過(guò)繼電器之后的電

13、路出現(xiàn)了異常，電壓變得很小很小，原因可能是： 1）繼電器有問(wèn) 題，沒(méi)有在電流通過(guò)下通過(guò)電磁將開(kāi)關(guān)導(dǎo)通到另一邊 2）電阻值太大, 使通過(guò)LED的電流太小不足以讓它發(fā)光。七、元件清單Bill of Material for 溫控.PcbDocOn 2015/5/14 at 23:24:19Comment PatternQuantity Components2N3903 三極管DiodeIN40481N4148Header 3 HDR1X3LED1LEDRelayJZC-23F2 Q1, Q22 D1, D21 P12 GREEN1, RED12 K1, K2Res1 AXIAL-0.3R1, R2

14、, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, 17R13, R14, R15, R16, R17TL084ACN TL084CN1 U1八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)在本次實(shí)驗(yàn)中，仿真方面，我并沒(méi)有按照老師給出的流程毫無(wú)思考直接進(jìn)行搭建，而是經(jīng)過(guò)了自己的思考，比如：老師在講解的時(shí)候，說(shuō)先經(jīng)過(guò)一個(gè)反相減 法器再經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)整， 當(dāng)時(shí)我就想，為什么要反兩次，不 能一次完成呢？所以在仿真中我就直接用了一個(gè)正向減法器來(lái)實(shí)現(xiàn)了同樣的功 能。這使我明白，方法有很多，但是也有更優(yōu)的選擇。在試驗(yàn)中，要有自己的思 考，如果只是一味的為了完成任務(wù)而實(shí)驗(yàn)就失去了實(shí)驗(yàn)的意義，實(shí)驗(yàn)就是要讓你發(fā)現(xiàn)些什么新的東西，得到一些新的思考和理解。本次實(shí)驗(yàn)，使我積累了許多制板的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。我都詳細(xì)寫(xiě)在了上面的第五 六部分，我會(huì)在以后也牢牢謹(jǐn)記，不犯同樣的錯(cuò)誤。同時(shí)，我也明白了理論和實(shí) 踐之間是有很大差