簡(jiǎn)易浴室水溫控制電路設(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn)易浴室水溫控制電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易浴室水溫控制電路。該電力能夠?qū)⑺疁乜刂圃谝粋€(gè)合適的范 圍內(nèi)，同時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫范圍的改變。（1）設(shè)計(jì)要求：要求電路能夠通過(guò)兩根電阻絲實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的控制。假定水溫范圍為t t （t t），七為實(shí)際溫度。當(dāng)tt時(shí)，兩根電阻絲都通電加熱；當(dāng)t t 12時(shí)，兩根電阻絲都不通電。要求電路在t12溫度點(diǎn)不能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，即電阻絲不能進(jìn)行短時(shí)間內(nèi) 反復(fù)在通電和不通電之間轉(zhuǎn)換。要求電路能夠顯示出電阻絲的通電與否。要求電路能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)水溫控制的范圍。根據(jù)上述要求選定設(shè)計(jì)方案，畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。利用Proteus的設(shè)計(jì)電路圖，畫出一套完整的

2、設(shè)計(jì)電路圖，并列出所有的元件.選題背景和目的意義：電路課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求達(dá) 到以下目的。（1）鞏固和加深學(xué)生對(duì)模擬電子電路基本知識(shí)的理解，提高他們綜合運(yùn)用本 課程所學(xué)知識(shí)的能力。（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(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué) 能力。通過(guò)獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析并解決問(wèn)題的方法。（3）通過(guò)電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件初步掌握簡(jiǎn) 單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。（4）了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計(jì)任務(wù) 書的要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的

3、成果，正 確地繪制電路圖等。（5）培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，幫助學(xué)生 逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。三.設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組成框圖簡(jiǎn)易浴室水溫控制電路的總體框圖如圖1所示。它是由水溫監(jiān)測(cè)電路、水溫范圍測(cè)量電路、電阻絲開(kāi)關(guān)電路、顯示電路和電源電路5部分構(gòu)成的。VREF1R9：5娜:VCCIflkCt :亦D21011URMF51；5BT12V16-WvR4 lOkQ :R5 VREF1R9：5娜:VCCIflkCt :亦D21011URMF51；5BT12V16-WvR4 lOkQ :R5 ：VA:lOkd :VCC. .13 12VVA:R8 lOkd

4、 : 15VCC1瀏R6 : lOkQ :圖1簡(jiǎn)易浴室水溫控制電路的總體框圖水溫監(jiān)測(cè)電路的功能是利用溫度傳感器的特性監(jiān)測(cè)水溫的變化，同時(shí)將溫度 信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。水溫范圍測(cè)量電路的功能是利用比較器的原理實(shí)現(xiàn)水溫范圍 的確定，同時(shí)利用遲滯比較器的遲滯特性來(lái)避免跳閘現(xiàn)象。電阻絲開(kāi)關(guān)電路的功 能是完成控制電路和加熱電路的強(qiáng)、弱電轉(zhuǎn)換。顯示電路的功能是利用發(fā)光二極 管將電阻絲通電與否顯示出來(lái)。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電 源。圖2水溫監(jiān)測(cè)電路和水溫范圍測(cè)量電路主要單元監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)2.1電路中儀器設(shè)備的選擇及水溫范圍測(cè)量電路如上圖所示，水溫監(jiān)測(cè)電路由可變電阻R9和電阻型溫度傳感器 (RMF5

5、1-583)構(gòu)成。電阻型溫度傳感器是最典型也是最簡(jiǎn)單的一種溫度傳感器，它的工作原理 是通過(guò)阻抗的變化來(lái)表示溫度的變化，同時(shí)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)Vs，即Vs 代表了實(shí)際的水溫t。本電路采用電阻型溫度傳感器型號(hào)為RMF51-583,是一種正 系數(shù)的電阻型溫度傳感器，即傳感器的阻抗隨溫度的增加而增加?？勺冸娮鑂的9 作用是通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，就可以調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，就可以調(diào)節(jié)Vs 的范圍，也就可以調(diào)節(jié)水溫控制的范圍。水溫范圍測(cè)量電路即如圖2所示，它由兩部分構(gòu)成：第一部分是由電阻R、 1R2和穩(wěn)壓管DD2構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路；第二部分是由遲滯比較器構(gòu)成的 水溫范圍測(cè)量電路。參考電源產(chǎn)生的功能

6、是產(chǎn)生兩個(gè)穩(wěn)定的電壓，這兩個(gè)電壓代表水溫范圍的上 限值七和下限值ti.由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比較器的輸入，為了防止 出現(xiàn)輸出電流導(dǎo)致參考電源不穩(wěn)定的情況，電路采用電阻和穩(wěn)壓管相結(jié)合的方式 構(gòu)成。其中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均為+8V，因此得到輸出Vrefi=+8V，Vref2=+4V。水溫測(cè)量范圍電路的功能有兩個(gè)：第一是確定實(shí)際水溫和水溫控制范圍的大 小關(guān)系；第二是防止出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。首先Vref1和分別接入兩個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端，而Vs則同時(shí)輸入 到這兩個(gè)遢放大器的反相輸入端。這樣當(dāng)vsv2時(shí)，vi和V2輸出都為高電平； 當(dāng)v vv時(shí)，v和v輸 p2 s pi12s pi12 TOC o

7、1-5 h z 出都為低電平(V表示運(yùn)算放大器的同相輸入端)。由于Vs、Vref1和、皿分別 代表t、t、t1，實(shí)際水溫和水溫控制范圍的大小關(guān)系就確定了。職其次，2本電路通過(guò)遲滯比較器代替單門限比較器來(lái)防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。遲 滯比較器氣的特性表達(dá)式為= V = R V/(R + R ) + R V /(R + R ) = (7.3 + 1.1)V = 8.4V1T +P15 REF1 353 1 35(1.1)= V = R V/(R + R ) + 0 = 7.3 V(1.2)1T -P15 REF1 35由式(1.1)和式(1.2)可以得到回差范圍AV = V -V = （8.4-7.3）

8、 V = 1.1 V，即V從高電平轉(zhuǎn)化為低電平和從低 電平轉(zhuǎn)化為高電平的分界點(diǎn)電壓值有了 1.1V的差別，從而可以防止跳閘現(xiàn)象的 出現(xiàn)。同理，遲滯比較器U2的特性表達(dá)式為= V = R - V/（R + R ） + R V /（R + R ） = （3.6 +1.1） V = 4.7 V TOC o 1-5 h z 2 T+P 28 REF 2 787 2 78（1.3）= V = R V/（R + R ） + 0 = 3.6 V（1.4）2T +P28 REF 2 78由式（1.3）和式（1.4）可求得遲滯比較器U2的Vt -V2T之差（4.7V-3.6 V） 同樣具有1.1V的回差范圍。2

9、*穩(wěn)壓管：D1，D2選擇參數(shù)為31mA,1W,8.2V的穩(wěn)壓管電源：直流穩(wěn)壓電源9V電阻：R1=（9-8.2）/31=0.026 千歐分別取R1，R2為10千歐在水溫監(jiān)測(cè)電路和水溫范圍測(cè)量電路中，使用了一個(gè)四運(yùn)放集成電路 LM324，將它作為一個(gè)電壓比較器，輸出高電平和低電平的電信號(hào)。LM324應(yīng)用作比較器：當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí)，或者說(shuō)反饋電阻趨于無(wú)窮 大時(shí)（即開(kāi)環(huán)狀態(tài)），理論上認(rèn)為運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)也為無(wú)窮大（實(shí)際上是很大，如 LM324運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬(wàn)倍）。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較 器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓 高于負(fù)輸

10、入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。與各類傳感器配合使用，稍加變通，便 可用于各種物理量的雙限檢測(cè)、短路、斷路報(bào)警等。2.2電阻絲開(kāi)關(guān)電路和顯示電路如圖3所示，電阻絲開(kāi)關(guān)電路是由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成的。電路 的輸入即為圖2電路中的輸出，即當(dāng)t 時(shí)，V和V都輸出高電平；當(dāng)t t t時(shí)，輸出都為低電平。122由于電阻絲的功能是加熱，即電阻絲中通過(guò)的是大電流和大功率，因此電阻 絲需要交流供電，這樣一來(lái)，電路中的開(kāi)關(guān)必須使用繼電器電路。而一般運(yùn)算放 大電路的輸出電流無(wú)法驅(qū)動(dòng)繼電器，因此需要加入電流放大電路。由于三極管 電路構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型和簡(jiǎn)單的電路。其中R1和R2為限流電 阻，防止輸入

11、電流過(guò)大燒毀三極管。三極管為共射極電路，三極管飽和導(dǎo)通，可 以將輸入電流放大P倍；當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，三極管截止，無(wú)電流通過(guò)。繼電器連接三極管的集電極，當(dāng)有電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)吸合，對(duì)應(yīng)的電阻絲通電加熱;當(dāng)無(wú)電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的電阻絲不通電，同時(shí)繼電器兩端并聯(lián)入二極 管進(jìn)行保護(hù)。顯示電路如圖3所示，通過(guò)發(fā)光二極管亮滅來(lái)表示電阻絲是否通電，同時(shí)由于繼電器的驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大，需要加入限流電阻。圖3電阻絲開(kāi)關(guān)電路2.3電路分析及原理圖（1）當(dāng)VVREF1時(shí)，V1和2輸出都為高電平；從而三極管T1,T2飽和導(dǎo)通，繼 電器K1和K2都有電流通過(guò):繼電器被驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)吸合，對(duì)應(yīng)的電阻絲通電加熱， 導(dǎo)致發(fā)光

12、二極管工作發(fā)光。當(dāng)V V Vrefi時(shí)，V1和V2輸出都為低電平；三極管T1，T2都截止，繼電器 K1，K2都沒(méi)有電流通過(guò)，繼電器不被驅(qū)動(dòng)，電阻絲均不通電加熱。從電路的原理圖以及仿真過(guò)程中可以看出，能夠確定出實(shí)際的水溫和水溫控 制范圍，能夠達(dá)到一定的下限水溫，在沒(méi)有達(dá)到這個(gè)下限水溫之前，兩根電阻絲 同時(shí)加熱，使水溫快速上升。當(dāng)達(dá)到這個(gè)溫度以后，只有一根電阻絲加熱，節(jié)約 能源。知道水溫上升到一個(gè)上限水溫之后，為防止人燙到，電阻絲停止加熱。知 道水溫下降之后，電阻絲才再重新開(kāi)始加熱，如此循環(huán)加熱，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。四心得體會(huì)為期一周的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多關(guān)于理論方面和實(shí)踐方面的知識(shí)，讓 我受益匪

13、淺。這次設(shè)計(jì)雖然遇到了許多出乎意料的問(wèn)題，但在老師和同學(xué)的虛心 教導(dǎo)下，順利地解決了所有的問(wèn)題。不僅鍛煉了自己的動(dòng)手能力，也從一定程度 上鞏固了 Proteus仿真軟件的應(yīng)用，加深了對(duì)模擬電路方面知識(shí)的理解。在仿真軟件Proteus中，首先，繪制原理圖，接著設(shè)置元件的各種參數(shù)，最 后就要應(yīng)用Proteus的仿真功能觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在此期間，對(duì)電路元件參數(shù)進(jìn)行 了相應(yīng)的修改，最后得到比較接近實(shí)際的仿真結(jié)果。在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我們必須對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)引起重視，尤其是在焊接的過(guò)程 中，有一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，就可能導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)失敗，所以這次設(shè)計(jì)不僅考驗(yàn)了我們 對(duì)知識(shí)的吸收和掌握，更重要的是考驗(yàn)了我們的細(xì)心和耐心。不要怕麻煩，特別 是在焊接過(guò)程中，我們必須一次一次地核對(duì)接線，直至找出問(wèn)題的所在。同時(shí)，在這次設(shè)計(jì)中，除了在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，同學(xué)們之間的團(tuán)結(jié)與互助 也讓我伸手感觸。我深刻地體會(huì)到實(shí)踐工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要我們每 一個(gè)人的參議，團(tuán)結(jié)的力量是無(wú)窮的。這種團(tuán)結(jié)的精神值得我們發(fā)揚(yáng)光大。五.附錄簡(jiǎn)易浴室水溫控制電路元器件清單符號(hào)類別數(shù)目備注R9可變電阻1可變范圍為0 - 10kR1，R4，R5，R6，R8,R10，R1110 k7R3，R7，R