測控儀器課程設(shè)計(jì)2015

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目： 自動溫奶器電路設(shè)計(jì) 系 別： 電氣工程系 年級專業(yè)： 13級檢測1班 學(xué) 號： 131203021002 學(xué)生姓名： 吳幸天 指導(dǎo)教師： 崔建新 教師職稱： 講 師 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程名稱： 測控儀器電路設(shè)計(jì)基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 指導(dǎo)教師： 崔建新學(xué)號131203021002 學(xué)生姓名吳幸天 （專業(yè)）班級 13檢測1班設(shè)計(jì)題目自動溫奶器電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)保持恒溫40度設(shè)計(jì)要求1傳感器的選擇2測量電路3放大電路4電源電路設(shè)計(jì)參考資料1、傳感器原理2、測控電路3、新編傳感器設(shè)計(jì)手冊，趙寶貴主編。中國計(jì)量出版社2002年周次第 前半 周

2、第 后半 周應(yīng)完成內(nèi)容周一周二 收集資料及方案論證周三 參數(shù)、儀器選擇周四 系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)周五 繪圖撰寫設(shè)計(jì)說明書指導(dǎo)教師簽字崔建新基層教學(xué)單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科摘要 隨著我們的生活越來越好，人們的生活方式和節(jié)奏的改變以及加快，人們對嬰幼兒的養(yǎng)育時間將大大減少，但我們同時又希望對嬰幼兒有更好的照顧，需求也就越來越大，所以研究一種嬰兒全自動熱奶器成為當(dāng)務(wù)之急。全自動熱奶器，只要將奶瓶放入熱奶器內(nèi)，熱奶器就會自動加熱，并且使奶瓶保持在恒溫狀態(tài)，從而省去了要熱奶的麻煩，給父母親提供了很大

3、的便利。該簡易自動溫奶器還能同時用于對飲料、飯菜等的保溫，對日常生活也有很大的幫助。通過利用NE555振蕩器對電路進(jìn)行延時，控制使之保持溫度；熱敏電阻器對溫度進(jìn)行監(jiān)測，保證裝置維持恒溫；電源電路對電源穩(wěn)定有作用。目錄摘要1第一章 緒論3 1.1 設(shè)計(jì)背景3第二章 設(shè)計(jì)方案4 2.1 自動溫奶器功能4 2.2 產(chǎn)品裝置的意義4 2.3 自動溫奶器工作原理4 2.4 元器件選擇和制作6 2.5 溫奶器裝置框圖7 2.6 單元電路圖7 2.7 整體電路圖12第三章 結(jié)論13第四章 參考文獻(xiàn)14第五章 心得體會15第一章 引言隨著時代的進(jìn)步，生活節(jié)奏的加快與對待嬰幼兒的養(yǎng)育問題同時更加重視的問題之間的

4、矛盾，促使我來研究嬰幼兒牛奶加熱問題。由于嬰兒的消化系統(tǒng)的脆弱，使得嬰兒有了少吃多餐的特性和對待食物的溫度有著嚴(yán)格的要求，嬰兒奶粉沖泡要求是30-40,而嬰兒對食物最易接受的溫度是28，這就給很多上班族家庭帶來了很多的麻煩。為了給人民生活帶來最大的便利，而研制了一種給嬰兒奶瓶自動加熱的嬰兒奶瓶自動加熱器，來迎合各種家庭和需要。1.1設(shè)計(jì)背景現(xiàn)今在國內(nèi)市場上的嬰兒奶瓶自動加熱器多為純連續(xù)加熱或者是只是一次性加熱報(bào)警的加熱器，根據(jù)現(xiàn)在人們的需求，決定研制一種即可一次性加熱，又可連續(xù)加熱的加熱器。也就是在原有的連續(xù)加熱器上加上溫控報(bào)警系統(tǒng)，又不改變可連續(xù)加熱的功能。嬰兒奶瓶自動加熱器具有以下特性：1

5、、科學(xué)性：該項(xiàng)目使用了組合式發(fā)明法，它把生活中的溫控電路與普通加熱器有效地組合起來，它的設(shè)計(jì)合理，構(gòu)思新穎，科學(xué)性強(qiáng)。2、創(chuàng)新性：嬰兒奶瓶自動加熱器是加熱器和溫控電路相結(jié)合改制成的，它集于普通加熱器和溫控電路于一體，使普通加熱器的原有功能擴(kuò)大，實(shí)用性增強(qiáng)，能夠長時間的保持一定的溫度。 3、實(shí)用性：嬰兒奶瓶自動加熱器具有雙重功能，即可當(dāng)普通加熱器使用，又可以長時間保溫，它比普通加熱器使用更方便、更實(shí)用、更科學(xué)，它價格低廉，使用方便適用于各種類型的家庭。1.2自動溫奶器功能自動溫奶器可以對奶瓶進(jìn)行加熱，保溫通過設(shè)定溫度，溫奶器自動加熱奶瓶使奶瓶達(dá)到設(shè)定的溫度，保持奶瓶的恒溫。使用方便簡潔。使用普通

6、電熱杯和本文介紹的自動溫奶控制器，可對嬰兒奶瓶進(jìn)行自動加熱，他是年輕父母親的得力助手。1.3產(chǎn)品裝置的意義 自動溫奶器是電子科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物，是對電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)組合和優(yōu)化的理解所設(shè)計(jì)出的電子電路，具有廣泛的意義。我們在理解溫奶器工作原理的同時，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)參數(shù)，分析各部分電路的作用，整合電路就得到了整個系統(tǒng)。自動溫奶器極大的方便了人們的日常生活，也應(yīng)為人們生活的需求，促進(jìn)了電子科學(xué)的發(fā)展，從而有更多的滿足方便的電子產(chǎn)品問世。第二章 設(shè)計(jì)方案2.1自動溫奶器工作原理自動溫奶控制器的線路如圖所示，它由溫度傳感器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和電源電路等幾大部分組成。溫度控制裝置由以下幾部分組成，變壓器將220

7、V交流電變成低壓交流電，同時也起到絕緣隔離作用溫度傳感器固定在溫度控制裝置中，給加熱絲通上交流電，給加熱體加熱。自動溫奶器電路示意圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由NE555時基集成電路構(gòu)成，熱敏電阻RT用作溫度傳感器。當(dāng)電熱杯內(nèi)的水溫較低時，熱敏電阻器RT表現(xiàn)阻值較大，調(diào)節(jié)電位器RP可是時基集成塊觸發(fā)端第2腳的的電平低于1/3電源電壓（指集成塊A的供電電壓VDD），單穩(wěn)電路出發(fā)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫態(tài)，電路置位，輸出端第3腳輸出高電平，繼電器K通電吸合，其常開接點(diǎn)K-1閉合，插在X里的電熱杯通電加熱。同時發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮發(fā)光，指示溫奶器處于加熱工作狀態(tài)。這時集成塊內(nèi)部放電管截止，第7腳被懸空，電源通過R2向電容C1充

8、電，使閾值端第6腳電平不斷升高，約經(jīng)t=1.1R2C130s時，6腳電平可上升到2/3電源電壓，如這時水溫仍然較低即第2腳電平仍低于1/3電源電壓，電路則保持位置狀態(tài)不變，電熱杯繼續(xù)加熱；如此時水溫已達(dá)到預(yù)定溫度（如28），因RT水溫度升高而下降，這時2腳電平已高于1/3電源電壓，時基電路即復(fù)位亦即單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)進(jìn)入穩(wěn)定態(tài)，第3腳輸出低電平，繼電器K失電釋放，接點(diǎn)K-1跳開，插座X停止對外送電，電熱杯就停止加熱，同時加熱器指示燈熄滅。此時，集成塊內(nèi)放電管導(dǎo)通，第7腳對地短接，所以C1儲存的電荷就通過第7腳泄放可為下次加熱做延遲準(zhǔn)備。此時如果長時間不取用奶瓶，杯內(nèi)溫度就會逐漸下降，當(dāng)溫度降至4

9、0以下時，由于RT阻值變大，集成塊的第2腳電平又降至1/3電源電壓以下，時基電路再次置位，電熱瓶又通電加熱如此反復(fù)循環(huán)，放在電熱杯內(nèi)加溫的奶瓶就能保持恒溫。調(diào)節(jié)電位器RP的阻值，可以改變奶瓶恒溫溫度的高低。整機(jī)電源由變壓器T降壓，二極管VD2VD5橋式整流和電容C2濾波供給，由于奶瓶恒溫不要求很高的精度，所以不必對電源進(jìn)行穩(wěn)壓。2.2元器件選擇與制作A可選用NE555時基集成電路。VD1用1N4148型硅開關(guān)二極管，VD2VD5可用1N4001型硅整流二極管。LED用普通圓形紅色發(fā)光二極管。RP最好采用WSW有機(jī)實(shí)芯微調(diào)可變電阻器，Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。R1R2偉碳膜電阻器，K為微小型中

10、功率繼電器。C1C2為電解電容器。T為小型電源變壓器。溫度傳感器探頭需做適當(dāng)?shù)募庸?用塑料軟解銜接好熱敏電阻Rt，連接點(diǎn)處要套上絕緣線管，然后再用環(huán)氧樹脂將整個熱敏電阻器與焊接點(diǎn)統(tǒng)統(tǒng)密封起來，經(jīng)過這樣的的處理后，熱敏電阻器就不怕水的侵蝕了。全部元件安裝好后就需要對控制溫度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時現(xiàn)將微調(diào)繼電器RP至于阻值最小的位置，接好熱敏電阻器連接導(dǎo)線，將熱敏電阻器至于杯中，在杯內(nèi)放置一支溫度計(jì)，向杯內(nèi)加入熱水，眼睛注視溫度計(jì)的溫度變化，當(dāng)溫度達(dá)到40時即停止加熱。然后用小起子逐漸調(diào)大RP，當(dāng)調(diào)至某一位置時，可聽到繼電器“噠”一聲吸和響聲，同時發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮發(fā)光，將Rp至于此位置不變。在向杯內(nèi)

11、加冷水，使溫度低于40攝氏度，約過30s后，又能聽到繼電器“噠”一聲的釋放聲，同時LED熄滅。如延時時間太長，遠(yuǎn)大于30s，可以適當(dāng)減小R2或C1的數(shù)值，反之則加大。再向杯內(nèi)加熱水，使水溫升高到40攝氏度，如能又聽到繼電器響聲，同時LED發(fā)光，表示RP的阻值已經(jīng)調(diào)好，否則需要重調(diào)RP，務(wù)必使之達(dá)到上述的要求。調(diào)好后可以用火漆封固RP，防止其阻值變化。2.3溫奶器裝置框圖裝置框圖2.4單元電路圖A 熱敏電阻溫度傳感器原理如下：通過測溫部分對水溫進(jìn)行測量的測量值與給定值在比較部分進(jìn)行比較，利用比較過后的輸出值對加熱部分進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對水溫的控制。測溫電路：一個1K的熱敏電阻及控壓電阻組成。水溫

12、改 變熱敏電阻的電阻值，從而改變R12電阻下端點(diǎn)電壓.實(shí)現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變.比較電路：主要由4個比較運(yùn)算放大器、1K的可控電阻及控壓電阻組成。通過運(yùn)放對測溫部分的輸出電壓和設(shè)置電壓的比較所輸出的電平來控制報(bào)警電路和控制電路。VCC與地間串聯(lián)的電阻為溫度設(shè)置電阻。通過從中取得電壓獲得溫度比較點(diǎn)。報(bào)警電路：由一個與門、紅綠LED和限流電阻組成。由比較部分輸出的電平在與門進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警燈的設(shè)計(jì)。U1為40溫度比較，當(dāng)水溫低于40，熱敏電阻上端電壓高于設(shè)置電壓則輸出低電平，通過與門輸出低電平后紅燈發(fā)光。U3為70溫度比較，當(dāng)水溫高于70，熱敏電阻上端電壓低于設(shè)置電壓則輸出低電平，通

13、過與門輸出低電平后紅燈發(fā)光。當(dāng)水溫高于40，低于70則U1和U3都輸出高電平，通過與門輸出高電平后綠燈發(fā)光。由此實(shí)現(xiàn)電路報(bào)警。控制電路：由晶閘管、加熱器和限流電阻組成。由比較部分輸出的電平控制晶閘管的開斷，從而實(shí)現(xiàn)對加熱器工作狀態(tài)的控制。同上，對U2而言，當(dāng)水溫高于50，熱敏電阻上端電壓低于設(shè)置電壓，則輸出低電平，三極管D1斷開，H2停止工作；當(dāng)水溫低于50，熱敏電阻上端電壓高于設(shè)置電壓，則輸出高電平，三極管D1導(dǎo)通，H2開始工作。同理，U4亦是如此。B 單穩(wěn)觸發(fā)器 NE555引腳圖單穩(wěn)電路555時基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路從NE555時基電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

14、電路圖(圖4-1-2)中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7組成上比較器Al，VT7的基極電位接在由三個5k電阻組成的分壓器的上端，電壓為1/3VDD；VT9-VT13組成下比較器A2，VTl3的基極接分壓器的下端，參考電位為1/3VDD。在電路設(shè)計(jì)時，要求組成分壓器的三個5k電阻的阻值嚴(yán)格相等，以便給出比較精確的兩個參考電位1/3VDD和1/3VDD。VTl4-VTl7與一個4.7k的正反饋電阻組合成一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。VTl8-VT21組成一個推挽式功率輸出級，能輸出約200mA的電流。VT8為復(fù)位放大級，VT6是一個能承受50mA以上電流的放電晶體三極管。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作狀態(tài)由比較

15、器A1、A2的輸出決定。 NE555電路的工作過程如下：當(dāng)2腳，即比較器A2的反相輸入端加進(jìn)電位低于1/3VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導(dǎo)通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，VTl9導(dǎo)通，VT20完全飽和導(dǎo)通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的47k電阻的正反饋?zhàn)饔?VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于1/3VDD的電平為止。當(dāng)觸發(fā)

16、信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于1/3VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7k電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使VT6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于1/3VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導(dǎo)通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、VTl4截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致VTl7截止，進(jìn)而VTl8導(dǎo)通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至

17、低于1/3VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則VTl5通過4.7k電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導(dǎo)通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，VTl8的導(dǎo)通，使放電級VT6飽和導(dǎo)通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于1/3VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位高于VDD時，即有觸發(fā)信號加進(jìn)時，且同時2腳的電位高于2/3VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3V時，VT8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入

18、，VTl7為截止?fàn)顟B(tài)，VTl8、VT21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。 根據(jù)上面的分析，NE555時基電路的內(nèi)部等效電路可簡化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路(或者專556電路)內(nèi)含兩個比較器A1和A2、一個觸發(fā)器、一個驅(qū)動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的1/3VDD和2/

19、3VDD。參考電壓所限定。為進(jìn)一步理解其電路功能，并靈活應(yīng)用555集成塊，下面簡要說明其作用機(jī)理。從圖可見，三個5k電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個比較器構(gòu)成一個電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為1/3VDD，下觸發(fā)電平為1/3VDD。在5腳控制端外接一個參考電源Vc，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的RS觸發(fā)器必須用負(fù)極極性信號觸發(fā)，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位高于反相端5腳的電位時，RS觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器A2反相端2腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)電位低于A2同相端的電位1/3VDD時，R

20、S觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)C 電源電路電子電路中的電源一般是低壓直流電，所以要想從 220 伏市電變換成直流電，應(yīng)該先把 220 伏交流變成低壓交流電，再用整流電路變成脈動的直流電，最后用濾波電路濾除脈動直流電中的交流成分后才能得到直流電。有的電子設(shè)備對電源的質(zhì)量要求很高， 所以有時還需要再增加一個穩(wěn)壓電路。因此整流電源的組成一般有四大部分，見圖 1 。其中變壓電路其實(shí)就是一個鐵芯變壓器，需要介紹的只是后面三種單元電路。2.5整體電路圖第三章 結(jié)論自動溫奶器使用方法如圖示，在電熱杯底部放置一個用鐵絲編制的架子，將熱敏電阻器探頭掛在下面，但不可與杯底相碰。在杯內(nèi)盛水，需要加溫的奶瓶就擱在鐵絲架上，電熱杯的電源插頭插到控制器的插座X里，接好熱敏電阻器連線，然后接通控制器