[論文]空調(diào)機(jī)溫度控制器

1、課程設(shè)計(jì)說明書（論文）課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)題目： 空調(diào)機(jī)溫度控制器 院 系： 實(shí)驗(yàn)學(xué)院 班 級(jí)： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2007-11-30 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 姓 名： 院 （系）：實(shí)驗(yàn)學(xué)院電子工程系 專 業(yè)：電子信息工程 班 號(hào)： 任務(wù)起至日期： 2007年1 1月01日至 2007年 12 月 05日 課程設(shè)計(jì)題目： 空調(diào)機(jī)溫度控制器 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：技術(shù)參數(shù)： 此次主要用到的器件有：ad590、cc4066、cd4017、lm324各一，5.1v和3v穩(wěn)壓管各一，以及各種阻值的電阻等。其主要參數(shù)如下： 1、ad590是單片集成的溫度電流源傳感

2、器，其測(cè)溫范圍55+150，測(cè)溫精度0.5，整個(gè)量程范圍內(nèi)的非線性誤差小于0.3。在電壓為430的寬電壓范圍內(nèi)，電流與溫度成線性關(guān)系，溫度每增加，電流隨之增加ua。 2、cc4066是四雙向開關(guān)，主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。推薦工作條件：電源電壓范圍：3v15v 輸入電壓范圍：0vvdd 工作溫度范圍：m類 55125 e 類 .4085 3、cd4017是5位johnson 計(jì)數(shù)器，具有10個(gè)譯碼輸出端，cp、cr、inh 輸入端。推薦工作條件：電源電壓范圍：3v-15v 輸入電壓范圍：0v-vdd工作溫度范圍 m 類：55-125 e 類：40-85 4、lm324是四運(yùn)算放大器，它

3、的內(nèi)部包含了四組完全獨(dú)立的運(yùn)算放大器。設(shè)計(jì)要求：1 具有溫度采集功能，實(shí)時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境溫度，要求誤差在1之內(nèi)。2 溫度設(shè)定通過按鍵完成，比如，按一下鍵為設(shè)定成21，按兩下鍵為設(shè)定成21，依此類推，并且能將設(shè)定的溫度顯示出來。3 根據(jù)設(shè)定溫度和采集到的溫度判斷壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以用開關(guān)量來表示。 電路圖：測(cè)溫電路：控溫電路：+5v+5v+15vu2cc40668311194102131256u54017clk14ena13rst15q03q12q24q37q410q51q65q76q89q911co12u1alf353+-32184r251012r330012r830012r1130012r1

4、630012r1830012r6100k12q5q4q3q2r1512r1312r1212r912r730012ld412ld212ld112q1npnk1lp1v1ld312d13v 工作量：1 確立設(shè)計(jì)方案 明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，根據(jù)已學(xué)知識(shí)判斷所需電路及器件。主要由兩部分構(gòu)成：溫度設(shè)定和溫度采集。2 閱讀有關(guān)文獻(xiàn) 參考數(shù)字電子技術(shù)課本，以及相關(guān)元件的技術(shù)參數(shù)和使用說明，總結(jié)所需知識(shí)及相關(guān)元器件的信息。3 詳細(xì)設(shè)計(jì)電路，并計(jì)算相應(yīng)的參數(shù) 對(duì)于本電路中涉及溫度測(cè)量部分，需設(shè)定相關(guān)電阻等參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到題目要求的參數(shù)。4 研究并改進(jìn)已知電路 進(jìn)一步完善所設(shè)計(jì)的電路，并提出改進(jìn)方案。5 連接設(shè)計(jì)電路以及調(diào)

5、試 按照所設(shè)計(jì)電路圖，在面包板上連接電路。連接后，按照要求及設(shè)計(jì)目標(biāo)，逐步調(diào)適電路。溫度采集比較器 閾值控制設(shè)定溫度輸入設(shè)定溫度顯示執(zhí)行單元具體設(shè)計(jì)過程：該控制器的總體框架如圖1所示，該電路的核心應(yīng)為一比較器，且該比較器的閾值電壓應(yīng)受到設(shè)定溫度輸入的控制，可以采用多路模擬開關(guān)和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來改變閾值電壓。采集到的溫度與閾值電壓比較后，根據(jù)相應(yīng)的比較結(jié)果，控制執(zhí)行單元，進(jìn)而達(dá)到溫度控制的目的。為了便于觀察所設(shè)定的溫度，我們?cè)O(shè)計(jì)了設(shè)定溫度顯示部分。 圖1 總體框架一、溫度采集設(shè)計(jì)溫度采集是空調(diào)中對(duì)室溫進(jìn)行測(cè)定的部分，通過測(cè)定當(dāng)時(shí)溫度，才能與使用者輸入的待調(diào)溫度進(jìn)行比較，進(jìn)而通過執(zhí)行單元進(jìn)行調(diào)整。所

6、采用的溫度敏感元件是ad590，ad590是單片集成的溫度電流源傳感器，其測(cè)溫范圍55+150，測(cè)溫精度0.5，整個(gè)量程范圍內(nèi)的非線性誤差小于0.3。在電壓為430的寬電壓范圍內(nèi)，電流與溫度成線性關(guān)系，溫度每增加，電流隨之增加ua。管腳圖如圖2所示。 圖2 ad590管腳圖 為用ad590實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，設(shè)計(jì)電路時(shí)要考慮以下問題： （1）將ad590輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，為此應(yīng)與ad590：串接一電阻，比如接一10k的電阻，則在0時(shí)電阻上的壓降為2.73v，溫度每增加1，電阻上壓降增加10mv。 （2）為使溫度為0時(shí)輸出電壓為0v，應(yīng)加入以偏移量，來抵消此時(shí)ad590的輸出。 （3）合理

7、設(shè)計(jì)整個(gè)電路的增益，滿足溫度電壓轉(zhuǎn)換當(dāng)量的要求。經(jīng)過計(jì)算選定主要參數(shù)如下： rf1=10k， r1=2k,r2=15k，rw=5k，r4=3 k，rf2=27 k；所選運(yùn)放為lm324，管腳圖如右圖3所示：測(cè)溫電路需要兩個(gè)運(yùn)算放大器，lm324的四組引腳可足夠使用，另外還可提供比較器所需運(yùn)放。 圖3 lm324管腳圖 二、溫度設(shè)定設(shè)計(jì)溫度設(shè)定電路選用的芯片有多路模擬開關(guān)cc4066和cc4017，通過這兩個(gè)芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度設(shè)定功能，即通過按鍵（輸入脈沖）來改變cc4017的各輸出端電平，而cc4017的四個(gè)輸出分別連接cc4066的四個(gè)控制端，如果某一個(gè)控制端接收了高電平，那么相應(yīng)的開關(guān)打開

8、，即相應(yīng)的輸入端電壓傳送到輸出端，而該電壓所代表的就是所設(shè)置的對(duì)應(yīng)溫度。再將該電壓于測(cè)溫電路的輸出電壓比較后輸入比較器，就能控制后續(xù)電路（執(zhí)行單元）的運(yùn)行來調(diào)整溫度。為了便于觀察cc4066的控制端的狀態(tài)，也就是所設(shè)定的溫度，需要一個(gè)顯示電路。選用了發(fā)光二極管，接在每個(gè)控制端，當(dāng)某一控制端為高電平時(shí)，所連接的發(fā)光二極管放光。這樣也能便于調(diào)試電路。電路選用3v穩(wěn)壓管，將電壓鉗在3v，5個(gè)300電阻分壓后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓分別連接cc4066的輸入端，為了使設(shè)定溫度由低到高依次變化，連接要有順序。5個(gè)電阻之間的4個(gè)節(jié)點(diǎn)，按照電壓由低到高，分別連接1、11、3和8管腳。cc4017與cc4066的管腳圖

9、參見圖4和圖5所示。選用了cc4017的q6、q7、q8和q9輸出端作為控制信號(hào)，由cc4017的功能可知，每個(gè)時(shí)鐘脈沖到來，只有一個(gè)輸出端輸出高電平，而且是從q0到q9依次輸出高電平的。為了保證cc4066選出的電壓一次變化，把q6到q9分別連接cc4066的13、12、5和6引腳，這樣，通過控制相應(yīng)的控制端，就能按照從低到高度順序依次選出電壓信號(hào)了。在連接電路時(shí)，cc4017的8、13、15引腳需要接地才能正常工作。在調(diào)試時(shí)，時(shí)鐘端14可以接固定頻率時(shí)鐘脈沖，該脈沖由信號(hào)發(fā)生器提供，頻率設(shè)為1hz左右，以便于人眼能觀察到設(shè)定溫度的變化。顯示部分的實(shí)現(xiàn)要使用三極管。從cc4017的四個(gè)輸出端

10、分別通過一個(gè)電阻連接到三極管的基極，4個(gè)三極管的集電極接在同一節(jié)點(diǎn)后通過一個(gè)限流電阻接+5v的直流電源，4個(gè)發(fā)射級(jí)分別與一個(gè)發(fā)光二極管相連。當(dāng)q6到q9有一個(gè)為高電平時(shí)，相應(yīng)的三極管導(dǎo)通，而其他的截止，導(dǎo)通的三極管發(fā)射極有電流流過，發(fā)光二極管發(fā)光。 圖4 cc4017管腳圖我們所設(shè)計(jì)的電路只有四個(gè)可設(shè)定溫度，所以使用一個(gè)cc4066即可，若要設(shè)定更多的溫度，各以在使用一個(gè)相同的芯片，同時(shí)把四個(gè)控制端分別接cc4017的其他輸出端，分壓電阻和發(fā)光二極管的數(shù)目也相應(yīng)改變。靈活調(diào)整，我們可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定任意個(gè)溫度。圖5 cc4066管腳圖和邏輯圖三、溫度測(cè)量與溫度設(shè)定的連接將采集的溫度與設(shè)定的溫

11、度所表現(xiàn)出的電壓信號(hào)送入運(yùn)放的反向輸入端和同向輸入端，此時(shí)的運(yùn)算放大器作為比較器使用。通過放大器的放大，輸出的電壓信號(hào)表現(xiàn)出高低點(diǎn)平，因而調(diào)試時(shí)在輸出端接一個(gè)如同前面的連接方法的發(fā)光二極管，當(dāng)設(shè)定的溫度高于采集到的溫度時(shí)，二極管被接到高電平，能夠放光；當(dāng)設(shè)定的溫度低于采集到的溫度時(shí)，二極管被接到低電平，不能放光。四、調(diào)試首先，斷開cc4066與cc4017之間的四根連線，單獨(dú)調(diào)試cc4017的輸出。當(dāng)加入1hz的時(shí)鐘脈后，三極管應(yīng)該陸續(xù)交替發(fā)光，如圖應(yīng)該是按照ld4、ld3、ld2和ld1的順序循環(huán)發(fā)光。調(diào)試時(shí)若出現(xiàn)與預(yù)設(shè)不同的結(jié)果，需要用電壓表測(cè)量各點(diǎn)電壓，進(jìn)而判斷出相應(yīng)的故障，逐步排查，直

12、到達(dá)到預(yù)期功能。在調(diào)試此模塊時(shí)，由于面包板接觸不良，初期無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后將電路在面包班上其他位置重新連接后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。，其次，調(diào)試cc4066輸出。仍然保持cc4066與cc4017的斷開狀態(tài)，同時(shí)cc4066的輸出端與后繼電路斷開，并用電桿壓表監(jiān)視電壓。分別在cc4066的13、12、5和6依次給高電平，觀察電壓表電壓，是否分別是0.6v，1.2v，1.8v和2.4v，若是，則連接無誤。若不是，則須按照實(shí)際輸出情況，檢查電路，直至正確為止。再次，正確連接cc4066與cc4017兩芯片，整體進(jìn)行調(diào)試。再次，調(diào)試溫度測(cè)量部分。通過調(diào)節(jié)rw阻值，使室溫與輸出電壓相匹配。作為原理性試驗(yàn)，為了

13、觀察到設(shè)定溫度過程中經(jīng)過比較器后的輸出電平的高低變化，應(yīng)使測(cè)溫電路輸出端電壓最好選在1.0v到2.0v。最后，連接整個(gè)電路，整體進(jìn)行調(diào)試。五、電路的改進(jìn)a) 溫度采集準(zhǔn)確度高。 b) 控制器具有施密特特性，抗擾動(dòng)。六、學(xué)習(xí)心得本次課程設(shè)計(jì)是一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉，題目與現(xiàn)今生活密切相關(guān)，即富含知識(shí)性又富含趣味性，制作過程是一個(gè)對(duì)平時(shí)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，使我對(duì)平時(shí)所學(xué)有了一個(gè)更深層次的理解。同時(shí)此次課程設(shè)計(jì)也使我掌握了各元器件的使用，例如芯片，面包板的調(diào)試，同時(shí)遇到困難時(shí)迎難而上也培養(yǎng)了我的耐心，使我對(duì)今后的學(xué)習(xí)生活更有信心。參考文獻(xiàn)1閻石主編數(shù)字電子技術(shù)（第四版）2王立欣、楊春玲主編電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（修訂版）工作計(jì)劃安排：2007-11-012007-11-29：閱讀有關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)目標(biāo)電路，了解面包板用