《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)說明書-水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書-水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電子0803班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 初始條件： 可選元件：溫度傳感器、繼電器、集成運(yùn)算放大器、電容、電阻、電位器若干、二極管以及發(fā)光二極管、三極管、直流電源±12V?？捎脙x器：萬用表。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)和已知條件，選擇合適的溫度傳感器、選擇合適的繼電器或晶閘管。完成對(duì)水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試。（2）

2、設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)制作可以測(cè)量和控制溫度的溫度控制器測(cè)量和控制溫度范圍：580，控制精度：±1，控制對(duì)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）。 選擇電路方案，完成對(duì)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，闡述基本原理。（選做：用PSPICE或EWB軟件完成仿真） 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：1、 2010 年1月19日分班集中，布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)、選題；講解課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求；課設(shè)答疑事項(xiàng)。2、 2010 年1月20日 至2010年1月21日完成資料查閱、設(shè)計(jì)、制

3、作與調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。3、 2010 年1月22日提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 3目 錄ABSTRACTIII1 緒 論12 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求22.1設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)22.1.1設(shè)計(jì)的目的22.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)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33.1 選定方案的論證33.2 整體電路的工作原理43.2.2電路工作原理44單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算，元器件選擇54.1電源電路54.2溫度傳感電路54.3繼電器64.4比較器74.5放大器86電路安裝與調(diào)試116.1 電路安裝116

4、.2 電路調(diào)試117.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13附錄 元件清單14摘 要模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)是一次實(shí)踐檢測(cè)的過程。為了實(shí)現(xiàn)水溫控制，我制作了一個(gè)水溫控制電路。該系統(tǒng)由LM35溫度傳感器、放大器、比較器和繼電器組成，可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量以及對(duì)580之內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。首先由溫度傳感器進(jìn)行溫度-電流的轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大器放大，然后與設(shè)置好的溫度進(jìn)行對(duì)比，通過發(fā)光二極管的狀態(tài)來判斷所測(cè)的溫度與設(shè)定的溫度的大小關(guān)系，最后通過繼電器的動(dòng)作達(dá)到對(duì)溫度的控制。關(guān)鍵詞：溫度傳感器、比較器、繼電器。Abstract Analog Electronics Technology Course De

5、sign on the basis of theoretical knowledge learned in practice is a test process. In order to achieve temperature control, I created a temperature control circuit. The system consists of LM35 temperature sensor, amplifier, comparator and relay the composition, temperature measurements can be achieve

6、d as well as within 5 80 temperature control. First, the temperature from the temperature sensor - current conversion, amplification by the amplifier, and then the temperature and setting a good contrast to the state through the light-emitting diodes to determine the measured temperature and set the

7、 size of the temperature, and finally through the relay action to achieve temperature control. Key words: Temperature sensors, Comparators,Relays.151 緒 論隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)防、交通、科技及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，它與人們的工作和生活息息相關(guān)。因此，只有掌握電子技術(shù)的基本知識(shí)和實(shí)用技能，才能適應(yīng)高速發(fā)展的信息時(shí)代。現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)的采集與處理廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化領(lǐng)域中。在生活或工業(yè)領(lǐng)域中，我們?？吹侥承┨囟▓?chǎng)合

8、或某些特殊的裝置環(huán)境溫度，須控制在一定范圍內(nèi)，或保持恒定，實(shí)現(xiàn)該功能的電路就是溫度控制裝置。水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的形式方案很多。此設(shè)計(jì)所采用的電路設(shè)計(jì)方案是由水溫監(jiān)測(cè)電路，水溫范圍測(cè)量電路，電阻絲開關(guān)電路，以及電源電路組成。水溫監(jiān)測(cè)電路是采用溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。而水溫范圍測(cè)量電路是采用比較器，其中電路中采用集成運(yùn)放電路。而電阻絲開關(guān)電路是由三級(jí)管和繼電器組成。這樣通過溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來輸出電壓信號(hào)，控制繼電器的開關(guān)來控制外電源，是否對(duì)水進(jìn)行加熱，以次來控制水的溫度，使其符合預(yù)定的溫度。其總體流程圖如圖1所示。圖1-1 水溫檢測(cè)電路現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的日新月異，這

9、就要求我們獨(dú)力思考，理論聯(lián)系實(shí)際，并且發(fā)揮我們的創(chuàng)新意識(shí)，此次模電課程設(shè)計(jì)為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)，也為我們走向社會(huì)提供了良好的基礎(chǔ)。我們通過此次設(shè)計(jì)能將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，不僅能鞏固書本上的知識(shí)，而且要求我們獨(dú)立查閱資料，設(shè)計(jì)電路，焊接電路板，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力。我希望自己能夠充分利用這次機(jī)會(huì)，更加深刻的了解課本上的知識(shí)，以及培養(yǎng)自己的動(dòng)手操作能力。2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)2.1.1設(shè)計(jì)的目的（1）通過對(duì)溫度控制電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試了解溫度傳感器的性能，學(xué)會(huì)在實(shí)際電路中應(yīng)用；（2）進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的線性和非線性應(yīng)用。2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)

10、（1） 設(shè)計(jì)制作可以測(cè)量和控制溫度的溫度控制器測(cè)量和控制溫度范圍：580，控制精度：±1，控制對(duì)象：繼電器，繼電器觸點(diǎn)連接：一組轉(zhuǎn)換接點(diǎn)（市電220V/50Hz/2A）。（2）選擇電路方案，完成對(duì)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，闡述基本原理。（選做：用PSPICE 或EWB 軟件完成仿真）（3） 安裝調(diào)試并按規(guī)定格式寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。2.2設(shè)計(jì)思想整個(gè)電路通過溫度檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)溫度信息進(jìn)行檢測(cè)、提取，送至處理系統(tǒng)，進(jìn)行與預(yù)設(shè)溫度的比較，然后將比較結(jié)果送至電路的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對(duì)結(jié)果做出反應(yīng)，或加熱或停止加熱，以此來達(dá)到將水溫控制的目的。本課設(shè)電

11、路中應(yīng)用溫度傳感器將溫度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，在由單片機(jī)換算處理后，并與預(yù)先設(shè)定的溫度值相比較，然后將結(jié)果轉(zhuǎn)化為高低電平并送至繼電器控制部分以達(dá)到控制電路的目的，同時(shí)單片機(jī)將溫度信息送至液晶屏，使其實(shí)時(shí)顯示水溫。而本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于水溫的檢測(cè)，因?yàn)樗鼪Q定了電路是否可以準(zhǔn)確的達(dá)到自動(dòng)控制作用。3選定方案的論證及整體電路的工作原理3.1 選定方案的論證以LM35溫度傳感器溫度檢測(cè)部分，集成運(yùn)放為水溫處理器，繼電器為執(zhí)行部分的水溫控制電路。該電路通過溫度傳感器采集溫度信號(hào)，再由LM324 運(yùn)放將微弱的電信號(hào)放大，送至比較器。若信號(hào)大于同向端電位，則比較器輸出低電平-UTH，從而驅(qū)動(dòng)繼電器常閉引腳斷開，

12、加熱裝置停止加熱；若信號(hào)小于同向端電位，則比較器輸出低電平+UTH，從而使繼電器常閉引腳閉合，加熱裝置開始加熱。比較器的同向端電位即為所控制的溫度。圖3-1水溫控制系統(tǒng)電路圖3.2 整體電路的工作原理3.2.1電路原理方框圖圖3-2水溫控制系統(tǒng)原理框圖3.2.2電路工作原理 本電路由溫度傳感器、溫度設(shè)置、數(shù)字顯示（萬用表電壓檔）和輸出功率級(jí)等部件組成。溫度傳感器的作用是把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)。信號(hào)經(jīng)放大后萬用表顯示其溫度值，并同時(shí)送入比較器與預(yù)先設(shè)定的電壓（對(duì)應(yīng)控制溫度點(diǎn)）進(jìn)行比較，由比較器輸出電平高低變化來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（繼電器）工作，實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。4單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算，元器件選擇

13、4.1電源電路一個(gè)完整的系統(tǒng)往往有自己的獨(dú)立電源，故在水溫控制系統(tǒng)中加入了獨(dú)立電源。本系統(tǒng)采用的電源為+12V和-12V的直流電壓。加熱電源可以用市電220V的交流電，但考慮到方便和安全性，本次實(shí)驗(yàn)直接用吹風(fēng)機(jī)代替加熱裝置對(duì)溫度傳感器進(jìn)行加熱，從而模擬水溫形同的控制。4.2溫度傳感電路此處采用的是LM35溫度傳感器，其輸出的電壓線性的與攝氏溫度成正比。因此，LM35比按絕對(duì)溫標(biāo)校準(zhǔn)的線性溫度傳感器優(yōu)越的多。LM35輸出電壓與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)，使用極為方便。靈敏度為10.0mV/,精度在0.4至0.8（-55至+150溫度范圍內(nèi)），所以可以滿足此次實(shí)驗(yàn)的溫度測(cè)量和控制。再者，LM35具有低輸出阻

14、抗，線性輸出和內(nèi)部精密校準(zhǔn)使其與讀出或控制電路接口簡(jiǎn)單和方便。圖4-1溫度傳感器電路示意圖4.3繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。圖4-2繼電器電路圖部分4.4比較器首先，集成運(yùn)算放大器的同相輸入端的電壓輸入由電阻分壓提供。調(diào)節(jié)電位的旋鈕，可以再0至8V任意設(shè)置一電壓值作為設(shè)定電壓，然后與經(jīng)放大后的電壓（溫度傳感器輸出的電壓放大后的輸出級(jí)）進(jìn)行比較，若放大電壓比設(shè)定電壓大，則放大器輸出為負(fù)電壓，此時(shí)發(fā)光二極

15、管不發(fā)光；若放大電壓比設(shè)定電壓小，則放大器輸出為正電壓，此時(shí)二極管發(fā)光。圖4-3比較器電路圖4.5放大器該放大器為典型的電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器，具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，同時(shí)能提高增益穩(wěn)定性。圖4-4放大器的電路5 程序流程圖調(diào)節(jié)電位器設(shè)置溫度開始溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)運(yùn)放對(duì)信號(hào)放大十倍比較器對(duì)兩端電位進(jìn)行比較通過控制發(fā)光二極管通斷再控制繼電器工作控制電熱絲是否加熱6電路安裝與調(diào)試6.1 電路安裝在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)知識(shí)之后，再通過查閱相關(guān)資料。我設(shè)計(jì)出了水溫控制電路，其中運(yùn)用到了課本上的基本知識(shí)點(diǎn)，比如比例放大器、差放電路，也參考了課外資料的相關(guān)知識(shí)，比如溫度傳感器和繼電器。但理論并

16、不代表實(shí)踐，首先根據(jù)電路圖對(duì)實(shí)物進(jìn)行了仿真，逐級(jí)檢查，通過對(duì)電壓和電流的測(cè)量，我們改正了原來的不足，并在原來的基礎(chǔ)上對(duì)電路圖進(jìn)行修改。然后按照電路圖將元器件擺放在通用板上，以確定元器件的大致位置，接著使用電烙鐵將各個(gè)元件焊接在電路板上，確保焊接過程中無元件損壞，接著開始焊接連線，從電路最左邊開始一級(jí)一級(jí)焊接，每焊接一級(jí)便用萬用表測(cè)試一下此級(jí)中有無損壞的元件或是連線錯(cuò)誤。安裝時(shí)注意不要將太多錫絲弄到電路板上，以免出現(xiàn)短路的情況，避免虛焊，盡量一次到位，以免電路板上的鍍銅脫落影響后面的焊接工作。盡量用給出的電阻引腳的鐵絲不要刻意去找外面的導(dǎo)線焊，且布線時(shí)盡量讓線橫豎有一定的布局，保持電路板的整體美

17、觀。將多出的線一定整理干凈，以免造成短路，發(fā)生危險(xiǎn)。6.2 電路調(diào)試在調(diào)試過程中，我首先確認(rèn)各元件和導(dǎo)線是否連接正確，然后再接上+12和-12的直流電源，通過對(duì)放大器輸出電壓的測(cè)量得出的數(shù)據(jù)和溫度想比較，誤差比較小，這就保證的溫度傳感器和比例放大器的正常工作。接著我設(shè)定溫度為40攝氏度，此時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光，說明此時(shí)溫度小于40攝氏度，再用吹風(fēng)機(jī)對(duì)溫度傳感器進(jìn)行加熱，很快，發(fā)光二極管熄滅，說明此時(shí)溫度超過40攝氏度，再測(cè)試?yán)^電器的開關(guān)，表征為斷開狀態(tài)。此時(shí)我就肯定此電路工作狀況良好。7.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過這次的模電課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，也加深了對(duì)課本知識(shí)的理解。真正把課堂上學(xué)習(xí)到的理論知

18、識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐上，但這和真正的設(shè)計(jì)有著很大的差別，須知以后的設(shè)計(jì)將會(huì)更復(fù)雜。由于期末考試和課設(shè)的時(shí)間有些沖突，在這段時(shí)間里，既要復(fù)習(xí)考試，又要做課程設(shè)計(jì)，所以實(shí)踐相當(dāng)倉(cāng)促，對(duì)一些問題沒有仔細(xì)考慮清楚，導(dǎo)致買了兩次元件。雖然很辛苦，但很充實(shí)。該電路只采用了簡(jiǎn)單的比較器和放大電路，思想和操作比較簡(jiǎn)單。再者我們直接把攝氏溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，沒有像傳統(tǒng)的那樣加入K-OC轉(zhuǎn)化器，這樣大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。但該電路對(duì)線性要求極高，所以不易調(diào)試成功，且誤差較大?？梢愿挠脝纹瑱C(jī)來控制電路。單片機(jī)在處理溫度數(shù)據(jù)時(shí)十分精確，并且可以加裝數(shù)字液晶屏來顯示實(shí)時(shí)溫度和所選溫度，使溫度調(diào)控更加便捷。通過此次課設(shè)，我認(rèn)識(shí)到自己還有很多不足，同時(shí)也對(duì)以前的知識(shí)是一個(gè)很好的鞏固，這次畫圖，我運(yùn)用了電工實(shí)習(xí)老師教給我們的畫圖方法，用prot