電飯鍋溫度控制器設(shè)計(jì)_電路圖_PCB圖

1、電飯鍋溫度控制器設(shè)計(jì)2010年6月30日 電飯鍋溫度控制器設(shè)計(jì)目 錄一、設(shè)計(jì)要求二設(shè)計(jì)作用、目的2三設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)33.1設(shè)計(jì)概述33.2單元電路設(shè)計(jì)，仿真與分析63.3PCB版電路制作13四心得體會(huì)14五附錄155.1元件明細(xì)表155.2電路原理圖16六參考文獻(xiàn)17一、設(shè)計(jì)要求(1) 自主設(shè)計(jì)電路，了解學(xué)習(xí)元件性能特性，設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行MULTISIM仿真并制作PCB電路板。(2) 主要設(shè)計(jì)電飯溫溫度控制器，實(shí)現(xiàn)電飯鍋溫度加熱和保溫過(guò)程受溫度控制，自動(dòng)切換。使電飯鍋的溫度穩(wěn)定保持在65°70°之間。(3) 開(kāi)啟階段，電路溫度較低，溫控電阻較大，實(shí)現(xiàn)電路加熱，三極管導(dǎo)通，紅燈

2、亮起。當(dāng)加熱溫度達(dá)到103°，加熱停止，綠燈亮起，進(jìn)入保溫階段。二設(shè)計(jì)的作用、目的 模擬電子技術(shù)是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。電子電路設(shè)計(jì)及制作課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)設(shè)計(jì)，仿真，制版等相關(guān)程序，幫助我們深入了解模電理論知識(shí)，熟練掌握相關(guān)實(shí)踐，對(duì)我們知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用起到積極的作用。電飯煲等家用電器和我們的生活息息相關(guān)，溫控系統(tǒng)在電飯煲加熱和保溫過(guò)程中都起到重要作用，了解其中的主要工作原理和相關(guān)元件性能的應(yīng)用，制作MULTISIM仿真圖和PCB板子是此次設(shè)計(jì)的主要目的。溫度控制器是電飯煲必不可少的部分，而且絕大多數(shù)是智能電腦控制系統(tǒng)，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)溫度加熱和

3、保溫過(guò)程，給人們生活帶來(lái)方便。溫控系統(tǒng)不僅應(yīng)用于電飯煲之中，而且廣泛應(yīng)用于壁掛等加熱設(shè)備中，是節(jié)能采暖綜合體系中一個(gè)極為突出的最重要的環(huán)節(jié)。方便每天自動(dòng)定時(shí)控制提前或延后開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電飯煲，免去人工操作，對(duì)上班一族日常生活十分必要。節(jié)能溫控系統(tǒng)通過(guò)三極管導(dǎo)通與否控制雙向晶閘管加熱開(kāi)關(guān)，從而控制熱敏電阻，使電飯煲溫度控制在65°70°之間，省去了不必要的加熱過(guò)程，起到了節(jié)能的作用。安全性能良好的溫度控制器可以隨溫度變化自動(dòng)控制電路工作，不會(huì)出現(xiàn)加熱過(guò)久導(dǎo)致失火等現(xiàn)在出現(xiàn)，在方便的同時(shí)使用安全放心。我們應(yīng)該進(jìn)行深入設(shè)計(jì)，研究。三設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)1概述本電飯煲溫度控制器設(shè)計(jì)靈感主要來(lái)自

4、其他溫度控制器的工作原理圖和組成部件工作特性，經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)，組合和仿真之后成型的。電飯煲溫度控制器主要由加熱和保溫兩部分組成，總體設(shè)計(jì)目的就是要實(shí)現(xiàn)加熱和保溫過(guò)程自動(dòng)切換和指示燈的交替開(kāi)啟，全部器件都是為之服務(wù)。電路主要由以下幾部分器件組成：220V交流電壓源，熱敏電阻，電容，A741集成運(yùn)放，滑動(dòng)電阻和若干普通電阻，晶閘管，LED發(fā)光二極管，二極管和三極管等。電路的總體框圖如圖1所示，它是由溫度信號(hào)采取電路、溫度信號(hào)處理電路、控制溫度電路、顯示電路四部分構(gòu)成的。顯示電路控制溫度電路溫度信號(hào)處理電路溫度采集信號(hào)圖1電飯鍋溫度控制總體框圖 圖2 加熱電路首先，介紹加熱過(guò)程工作原理。加熱是溫控的第

5、一過(guò)程，主要器件有220V交流電壓源，熱敏電阻，A741集成運(yùn)放，三極管以及雙向晶閘管等組成。第一，開(kāi)啟階段電飯煲整體溫度較低，由于熱敏電阻工作特性（電阻值和溫度變化成反比），知電阻值較高，使得A741集成運(yùn)放的3管腳處于高電平，即（3>2）。第二，由于同向輸入端輸入，管腳6處于高電平，通過(guò)電阻R6的電流超過(guò)發(fā)光二極管LED2的導(dǎo)通電壓，使得三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使雙向晶閘管VTH2出發(fā)溫度上升，加熱過(guò)程開(kāi)啟，LED2亮起紅燈，指示加熱過(guò)程正在進(jìn)行。第三，三極管VT集電極為低電平，VTH1處于截止?fàn)顟B(tài)，陽(yáng)極為高電平，VD1也處于截止?fàn)顟B(tài)，所以RP2對(duì)感溫電橋沒(méi)有影響。加熱過(guò)程處于獨(dú)立工

6、作狀態(tài)。 圖3 保溫電路其次，當(dāng)溫度高于103°時(shí)，溫控電路將開(kāi)啟保溫模式，加熱過(guò)程停止。第一，由于溫度上升，導(dǎo)致熱敏電阻阻值下降，集成運(yùn)放A741管腳2電位高于管腳3，管腳6處于低電平狀態(tài)，不足以使三極管VT導(dǎo)通從而激發(fā)雙向晶閘管加熱。第二，三極管發(fā)射極處于高電位，所以晶閘管VTH1處于高電位激勵(lì)，產(chǎn)生反向觸發(fā)，由于電流源陽(yáng)極作用，晶閘管陽(yáng)極也有觸發(fā)，所以導(dǎo)致晶閘管導(dǎo)通，通過(guò)電阻R4，使得發(fā)光二極管LED1指示綠光，溫控電路處于保溫工作狀態(tài)。第三，隨著溫度變化，使熱敏電阻阻值交替變化，從而控制集成運(yùn)放以及三極管工作狀態(tài)和管腳電位高低。控制溫控電路加熱與保溫情況交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)溫度控制

7、。以上是電飯煲溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路和方案，大體介紹了電路主要部分的劃分和組成，介紹了電路加熱和保溫等過(guò)程自動(dòng)控制的工作原理。2.單元電路設(shè)計(jì)，仿真與分析 下面再具體介紹一下每部分電路的選擇、設(shè)計(jì)及工作原理。首先，電橋電路（如圖4）Uo 圖4 電橋電路由滑動(dòng)變阻器RP1,熱敏電阻R12電阻R1,R2.組成感溫電橋。通過(guò)滑動(dòng)變阻器使電橋達(dá)到平衡，對(duì)電路起保護(hù)和調(diào)節(jié)作用。電橋的主要作用就是將輸入的交流量轉(zhuǎn)化為直流電壓。由于熱敏電阻的特殊性，找到10K動(dòng)變阻器替代，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)條的阻值起到溫度控制電阻變化，達(dá)到仿真的效果。其中R2 （10K）電阻主要起到開(kāi)啟電橋保險(xiǎn)的作用。Uo為輸出的直流電壓。我認(rèn)

8、為感溫電橋中電阻RP1和電容C1起到的是溫度補(bǔ)償作用，針對(duì)其他對(duì)溫度適應(yīng)性不夠的影響進(jìn)行補(bǔ)償，改善電路穩(wěn)定性。 圖5 反饋回路其次，反饋電阻。反饋電阻R3阻值100K，起到控制輸出量，改變電路性質(zhì)的作用。其他幾處電阻主要起到限流和保護(hù)電路作用。電阻RL是模擬電飯煲裝置，消耗功率。R3越小，溫度變化越大。反饋電阻R3的參數(shù)計(jì)算：根據(jù)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)得：放大倍數(shù)=(Rf+R1)/R1。得R3=100K.第三，介紹集成運(yùn)放UA741。UA741分為輸入級(jí)，偏執(zhí)電路，中間級(jí)，輸出級(jí)。八腳雙列直插式組件，腳和腳為反相和同相輸入端，腳為輸出端，腳和腳為正、負(fù)電源端，腳和腳為調(diào)零端，腳之間可接入一只幾十K

9、的電位器并將滑動(dòng)觸頭接到負(fù)電源端。 腳為空腳。 圖6 UA741示意圖考慮到uA741性能完善，參數(shù)穩(wěn)定（工作電壓±22V,差分電壓±30V,輸入電壓±18V,允許功耗500mW.），差模電壓范圍和共模電壓范圍寬,增益高,不需外加補(bǔ)償,功耗低,負(fù)載能力強(qiáng),有輸出保護(hù)等特性。本實(shí)驗(yàn)選用它為核心器件。電飯鍋溫控器集成運(yùn)放主要考慮2，3管腳電位高低。即2>3時(shí)，6管腳為低電平；3>2時(shí)，6管腳為高電平。通過(guò)集成運(yùn)放管腳電平不斷的變化，控制電路電平高低變化，從而引導(dǎo)后續(xù)三極管，晶閘管等相應(yīng)變化，調(diào)節(jié)電路加熱和保溫過(guò)程的自動(dòng)切換，是電路的核心元件。第四，電路靠交

10、流電壓源供電，需要穩(wěn)壓管D3提供穩(wěn)定的工作電壓。穩(wěn)壓管工作原理：反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然猛增，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，此后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當(dāng)小，利于這一特性，穩(wěn)壓管訪(fǎng)問(wèn)就在電路到起到穩(wěn)壓的作用了。穩(wěn)壓管主要性能參數(shù)包括：穩(wěn)壓電壓（0.60.8），穩(wěn)壓電流IZmin Iz IZmax，溫度系數(shù)，動(dòng)態(tài)電阻Rz（Rz越小，穩(wěn)壓性能越好），額定功率等。 圖7 穩(wěn)壓管特性曲線(xiàn)第五，電路圖中用到晶閘管（單向，雙向）。下面介紹一下晶閘管的工作原理和應(yīng)用依據(jù)。晶閘管：是一種大功率的整流元件，它的整流電壓可以控制，當(dāng)供

11、給整流電路的交流電壓一定時(shí)，輸出電壓能夠均勻調(diào)節(jié)，單向晶閘管是一個(gè)四層三端的半導(dǎo)體器件。 圖8 單向晶閘管結(jié)構(gòu)示意圖雙向晶閘管：是由N-P-N-P-N五層半導(dǎo)體材料制成的，對(duì)外也引出三個(gè)電極，其結(jié)構(gòu)如圖所示。雙向晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)單向晶閘管的反向并聯(lián)，但只有一個(gè)控制極。單向晶閘管的特性：當(dāng)陽(yáng)極接反向電壓，或者陽(yáng)極接正向電壓但控制極不加電壓時(shí)，它都不導(dǎo)通，而陽(yáng)極和控制極同時(shí)接正向電壓時(shí)，它就會(huì)變成導(dǎo)通狀態(tài)。 圖9 雙向晶閘管分析圖由于雙向晶閘管正、反特性具有對(duì)稱(chēng)性，所以它可在任何一個(gè)方向?qū)?，是一種理想的交流開(kāi)關(guān)器件。所以我們選擇雙向晶閘管作為電路加熱和保溫自動(dòng)控制切換開(kāi)關(guān)。單，雙向晶閘管都具有觸

12、發(fā)特性。但是它們的觸發(fā)控制特性有很大的不同，雙向晶閘管無(wú)論在陽(yáng)極和陰極間接人何種極性的電壓，只要在它的控制極上加上一個(gè)觸發(fā)脈沖便可以雙向?qū)?。電飯煲溫控電路的加熱過(guò)程就是依靠雙向晶閘管的導(dǎo)通特性（開(kāi)啟電壓6V），當(dāng)三極管集電極低電平時(shí)，雙向晶閘管觸發(fā)開(kāi)始加熱。當(dāng)三極管集電極處于高電平時(shí)，則有晶閘管工作，陰極觸發(fā)電壓比較大，使得LED發(fā)出綠光，進(jìn)入保溫狀態(tài)。兩個(gè)晶閘管在電路中控制加熱紅燈亮起和保溫狀態(tài)下綠燈顯示，起到自動(dòng)控制過(guò)程中的指示作用。第六，溫控電路主要依據(jù)兩個(gè)發(fā)光二極管（即LED紅，綠）顯示工作狀態(tài)，作為指示電路燈。LED也是半導(dǎo)體二極管的一種，把電能轉(zhuǎn)化成光能，主要利用二極管的單向?qū)щ?/p>

13、性。當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光的二極管。使用LED作指示電路時(shí)，應(yīng)該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來(lái)選擇。發(fā)光二極管的壓降一般為1.52.0 V，其工作電流一般取1020 mA為宜。本次設(shè)計(jì)之所以選擇LED為發(fā)光元件，是因?yàn)長(zhǎng)ED的一下幾個(gè)特征：1，光效高，LED燈改良之后達(dá)到50200流明/瓦，且光的單色性好，光色窄，無(wú)需濾過(guò)直接

14、看見(jiàn)可見(jiàn)光。十分符合本實(shí)驗(yàn)發(fā)光指示的需要。2，耗電量少，LED單管功率為0.030.06瓦，采用直流驅(qū)動(dòng)。耗電量是白熾燈的1/10.更能幫助溫控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換之余的節(jié)能功能.是良好的選擇元件.3,使用壽命長(zhǎng),最長(zhǎng)使用壽命達(dá)到10萬(wàn)小時(shí).是普通燈管的十倍,可承受很高的機(jī)械沖擊和碰撞,不宜破碎,穩(wěn)定可靠,維護(hù)成本低.是電飯煲這種家用電器最好的選擇.4,安全可靠,發(fā)熱量低,無(wú)輻射,電壓低,可以觸摸.光色柔和,內(nèi)部不存在有害成分,實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)的結(jié)合.第七,我們來(lái)討論一下電容和其他電阻對(duì)本設(shè)計(jì)的作用和我們選擇的理由，電子制作中需要用到各種各樣的電容。電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作

15、原理就是充電放電，還有整流、振蕩以及同交隔直等的作用。本電路設(shè)計(jì)主要應(yīng)用到電容的濾波和旁路的作用。不同的作用要求電容的存儲(chǔ)能力也不同，本次設(shè)計(jì)主要選用四種不同的電容（0.047uf，1uf，470uf ，470uf）。我認(rèn)為，C4為旁路電容，旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。旁路電容能夠被充電，并向器件進(jìn)行放電。在電飯煲溫控電路中，加熱電阻應(yīng)使用比較小的阻值，因?yàn)橐蠹訜峁β瘦^大，阻值越小，電流越大，有利于電路加熱。具體阻值計(jì)算根據(jù)電路功率和單元電路其他元件選擇而搭配。最后，向老師介紹我們仿真過(guò)程中的主要思想。主要元件依舊使用原理圖中原配器件，少部

16、分替換。生活中，電飯煲溫控器主要應(yīng)用金屬?gòu)椘刂萍訜岷捅剡^(guò)程的切換，作為金屬片制作程度觸點(diǎn)。依據(jù)金屬對(duì)溫度的敏感度和熱脹冷縮比不同的特性，用銅片和鐵片做觸片。銅片受熱較易彎曲，接觸導(dǎo)通進(jìn)去加熱狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)室中，利用熱敏電阻替換（特性前文有介紹）。在MULTISIM仿真中利用滑動(dòng)變阻器替換仿真。改變了其中一個(gè)電容值C1，考慮應(yīng)該使用較小的電容效果好。 3.PCB版電路制作印制電路版設(shè)計(jì)主要有六個(gè)步驟1原理圖的繪制與參數(shù)的精確計(jì)算2 網(wǎng)絡(luò)表的生成與調(diào)入。3確定好板形尺寸，板間結(jié)構(gòu)及定位安裝。4 PCB板的布局設(shè)計(jì)，并注意板上線(xiàn)的調(diào)配。5 PCB板的布線(xiàn)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)的畫(huà)法及接地，鋪洞處理。6 P

17、CB的檢查，評(píng)審和輸出。圖10 PCB正面圖11 PCB反面四心得體會(huì)為期四周的課程設(shè)計(jì)終于接近尾聲，四周的時(shí)間，同學(xué)們都受益匪淺，它是繁忙的，但更是充實(shí)的。這次經(jīng)歷，大家查閱了大量的資料也讓大家收獲良多。其實(shí)剛開(kāi)始大家挺氣餒的，線(xiàn)路圖連出來(lái)了，可是仿真就是出不來(lái)。狀態(tài)指示燈就是不亮。經(jīng)過(guò)不斷比較與討論再由老師的指導(dǎo)終于發(fā)現(xiàn)在一些元器件參數(shù)選擇上和電路連結(jié)上有點(diǎn)差錯(cuò)，最終還是把那仿真做出來(lái)讓大家松了口氣。模電課程的設(shè)計(jì)與討論，最終結(jié)果還比較令人滿(mǎn)意。  經(jīng)過(guò)這段課程設(shè)計(jì)的日子，我發(fā)現(xiàn)從剛開(kāi)始的Multisim到現(xiàn)在的Protel，不管是學(xué)習(xí)哪種軟件，都給我留下了很深的印象。由于沒(méi)有接

18、觸，開(kāi)始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來(lái)就好了。在每次的課程設(shè)計(jì)中，遇到問(wèn)題，最好的辦法就是問(wèn)別人，因?yàn)槊總€(gè)人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)我深有體會(huì)，在很多時(shí)候，我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想來(lái)得快。雖然最終PCB制版做出來(lái)了，但這并不是我一個(gè)人做出來(lái)的。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我明白了一個(gè)團(tuán)隊(duì)精神的重要性。記得學(xué)院一個(gè)書(shū)記說(shuō)過(guò)，一個(gè)好的團(tuán)隊(duì)不會(huì)存在不好的成員。這次課設(shè)使我更加了解他們。路輝的執(zhí)著和一絲不茍，思雨的態(tài)度和認(rèn)真以及夏天的努力。因?yàn)閺念^到尾，都是大家集體出主意，來(lái)解決中間出現(xiàn)的各種問(wèn)題。從原理圖的最終敲定，到圖

19、形的仿真，到元器件的選擇，到最后制版與調(diào)試，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因?yàn)榇蠹遗浜系媚?，每?xiàng)工作都完成得很棒，銜接得很好，才使我們很快的完成了任務(wù)。盡管現(xiàn)在只是初步學(xué)會(huì)了溫度控制器設(shè)計(jì)，離真正掌握還有一定距離，但學(xué)習(xí)的這段日子確實(shí)令我收益匪淺，不僅因?yàn)樗l(fā)生在特別的時(shí)間，更重要的是我又多掌握了一門(mén)新的技術(shù)，收獲總是令人快樂(lè)，不是嗎。其實(shí)這次課設(shè)還存在著一些不足。熱敏電阻的無(wú)法使用是大家的一大遺憾。以及晶閘管的選擇。總的來(lái)說(shuō)，這次模電課程設(shè)計(jì)還是比較成功的。不僅鍛煉了自己還學(xué)會(huì)了如何處理在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題的思維方式。加強(qiáng)了自己的實(shí)踐能力，豐富自己的實(shí)踐經(jīng)歷。同時(shí)也要非常感謝老師您的大力指導(dǎo)使我們做好這次課設(shè).五.附錄元器件明細(xì)表序號(hào)編號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量 1V1交流電源220V 50HZ12VTH1單向晶閘管2N159513VTH2雙向晶閘管2N544414R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11電阻6.8 K、10 K、100 K、3 K、10 K、3 K、10 K、1 K、560 、360 、1 M115VL1、VL2發(fā)光二極管LED1綠、LED2紅26C1、C2、C3、C4電容47nF 1.0uF 4