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

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 電子電子 0803 班班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 工作單位：工作單位： 信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院 題題 目目: 水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 初始條件：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(wàn)用表。要求完成的主要任務(wù)要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)任務(wù)）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）設(shè)計(jì)要求）設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)制作可以

2、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(huà)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(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。時(shí)間安排：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

3、資料查閱、設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)。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：指導(dǎo)教師簽名： 年年 月月 日日系主任（或責(zé)任教師）簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年年 月月 日日 武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目目 錄錄摘摘 要要.i1 緒緒 論論.12 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.22.1 設(shè)計(jì)的目的和主要任務(wù).22.1.1 設(shè)計(jì)目的.22.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要指標(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 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)

4、.43.2.1 電路原理方框圖.43.2.2 電路工作原理.44 單元電路的設(shè)計(jì)與元器件選擇單元電路的設(shè)計(jì)與元器件選擇.54.1 電源電路.54.2 溫度傳感器.54.3 繼電器.64.4 比較器.74.5 放大器.85 程序流程圖程序流程圖.106電路安裝與調(diào)試電路安裝與調(diào)試.116.1 電路安裝.116.2 電路調(diào)試.117課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)心得體會(huì).12參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).13附錄附錄 元件清單元件清單.14附錄附錄 整體電路圖整體電路圖.15武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)i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(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)水溫控制，我制作了一個(gè)

5、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(guò)發(fā)光二極管的狀態(tài)來(lái)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(guò)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。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)iiabstract analog electronics technology course design on the basis of theoretical knowledge learned in pract

6、ice 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 achieved as well as within 5 80 temperature control. first, the te

7、mperature 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 size of the temperature, and finally through the relay act

8、ion to achieve temperature control. key words: temperature sensors, comparators,relays.武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)11 緒緒 論論隨著科學(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?，F(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，我們常看到某些特定場(chǎng)合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

9、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(kāi)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(kāi)關(guān)電路是由三級(jí)管和繼電器組成。這樣通過(guò)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(lái)輸出電壓信號(hào)，控制繼電器的開(kāi)關(guān)來(lái)控制外電源，是否對(duì)水進(jìn)行加熱，以次來(lái)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。現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的日新月異，這就要求我們獨(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

10、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(guò)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(shū)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。圖 1-1 水溫檢測(cè)電路武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)22 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1 設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)2.1.1 設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)的目的（1）通過(guò)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

11、 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)（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(huà)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(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。2.2 設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想整個(gè)電路通過(guò)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

12、止加熱，以此來(lái)達(dá)到將水溫控制的目的。本課設(shè)電路中應(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)控武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3制作用。3 選定方案的論證及整體電路的工作原理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(guò)溫度傳感器采集溫

13、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(kāi)，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(kāi)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)電路圖武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)43.2 整體電路的工作原理整體電路的工作原理3.2.1 電路原理方框圖電路原理方框圖圖 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(wàn)用表電壓檔）和輸出功率級(jí)等部件組成。溫度傳感

14、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(wàn)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(lái)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。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)54 單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算，元器件選擇單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算，元器件選擇4.1 電源電路電源電路一個(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。

15、4.2 溫度傳感電路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。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6圖 4-1 溫度傳感器電路示意圖4.3 繼電器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

16、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(kāi)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。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7圖 4-2 繼電器電路圖部分4.4 比較器比較器首先，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。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)

17、明書(shū)8圖 4-3 比較器電路圖4.5 放大器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。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)9圖 4-4 放大器的電路武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)105 程序流程圖程序流程圖調(diào)節(jié)電位器設(shè)置溫度開(kāi)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(guò)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武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)116 電路安裝與調(diào)試電路安裝與調(diào)試6.1 電路安裝電路安裝在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)知識(shí)之后，再通過(guò)查閱相關(guān)資料。我設(shè)計(jì)出了水溫控制電路

18、，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(guò)對(duì)電壓和電流的測(cè)量，我們改正了原來(lái)的不足，并在原來(lái)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(guò)程中無(wú)元件損壞，接著開(kāi)始焊接連線，從電路最左邊開(kāi)始一級(jí)一級(jí)焊接，每焊接一級(jí)便用萬(wàn)用表測(cè)試一下此級(jí)中有無(wú)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

19、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)試電路調(diào)試在調(diào)試過(guò)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(guò)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(shuō)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(shuō)明此時(shí)溫度超過(guò) 40 攝氏度，再測(cè)試?yán)^電器的開(kāi)關(guān)，表征為斷開(kāi)狀態(tài)。此

20、時(shí)我就肯定此電路工作狀況良好。武漢理工大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)127.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)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(wèn)題沒(méi)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(méi)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(lái)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(lái)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(guò)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(huà)圖，我運(yùn)用了電工實(shí)習(xí)老師教給我們的畫(huà)圖方法，用protel軟件畫(huà)出了