下限溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)及加熱電路的設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱： 數(shù)字電子線路 課程設(shè)計(jì)題目： 下限溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)及加熱電路 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 20 年 月 日 脈沖數(shù)字電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 20 學(xué)年 第 學(xué)期第 周 周 題目下限溫度自動(dòng)檢測(cè)及加熱電路內(nèi)容及要求 1、采用RT負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)測(cè)量的溫度低于60攝氏度時(shí)自動(dòng)加熱。取常溫下熱敏電阻的電阻值為10K。 2、系統(tǒng)由：時(shí)基振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、繼電器控制電路和自動(dòng)檢測(cè)電路組成 3、主要參考原件：555、CD4040進(jìn)度安排1. 方案設(shè)計(jì)，繪制電路圖并仿真（2天）2. 電路布線和焊接（2天）3. 電路的調(diào)

2、試（3天） 4. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)和報(bào)告（4天）學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間:指導(dǎo)地點(diǎn)： 樓 室任務(wù)下達(dá) 年 月 日任務(wù)完成年 月 日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師 系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。摘要溫度測(cè)量與控制電路已廣泛運(yùn)用于生活生產(chǎn)的各個(gè)方面，特別是再工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)控制已經(jīng)成為一個(gè)相當(dāng)成熟的技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)為我們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)：查閱資料將所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)以及相關(guān)的傳感器技術(shù)的相關(guān)知識(shí)結(jié)合起來。系統(tǒng)了解溫度檢測(cè)的詳細(xì)過程，為日后的工作學(xué)習(xí)增長(zhǎng)知識(shí)積累經(jīng)驗(yàn)。本次課程設(shè)計(jì)的的題目是：下限溫度自動(dòng)檢測(cè)

3、及加熱電路。系統(tǒng)主要由溫度傳感電路、時(shí)基振蕩電路、計(jì)數(shù)電路和繼電器控制電路組成。采用熱敏電阻采集外界溫度通過溫度傳感電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，當(dāng)溫度低于60 攝氏度時(shí)自動(dòng)加熱 ?；倦娐肥怯?56芯片，555芯片，CD4040芯片構(gòu)成。經(jīng)過的一系列的分析，準(zhǔn)備，由于環(huán)境要求和條件限制，我們將溫敏電阻用電位器代替，加熱絲用發(fā)光二級(jí)管替代。經(jīng)過焊接和調(diào)試后產(chǎn)品除了在美觀上有所欠缺外基本達(dá)到要求。關(guān)鍵字：傳感電路、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制。目錄前言5第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求6第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇7第三章 系統(tǒng)原理7第四章 單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)確定84.1 時(shí)基振蕩電路84.2 計(jì)數(shù)電路94.3 單穩(wěn)態(tài)電路94.

4、4 RC積分電路104.5 自動(dòng)檢測(cè)電路104.6 繼電器控制電路11第五章 系統(tǒng)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析12第六章 收獲與體會(huì).13參考文獻(xiàn)14附錄一 元器件清單15附錄二 元件管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)162.1 555管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)162.2 其他芯片管腳圖17附錄三 系統(tǒng)整體電路圖18附錄四 實(shí)物圖18附錄五 系統(tǒng)PCB圖19前言科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。以前的三次工業(yè)革命就使我們的社會(huì)發(fā)生了翻天覆地的變化，使我們由手工時(shí)代進(jìn)入了現(xiàn)代的電器時(shí)代。同時(shí)科技在國家的國防事業(yè)中發(fā)揮了重要的作用，只有科技發(fā)展了才能使一個(gè)國家變得強(qiáng)大。而作為二十一世紀(jì)的主義，作為一名大學(xué)生，不僅僅要將理論知識(shí)學(xué)會(huì)，更為重要的是

5、要將所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)際生活之中，使理論與實(shí)踐能夠聯(lián)系起來。電子課設(shè)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常這哦那個(gè)要的一個(gè)環(huán)節(jié)， 是將理論與實(shí)踐相結(jié)合的環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的環(huán)節(jié)。本課題研究的意義在于為使人們現(xiàn)實(shí)生活或工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的控制變得自動(dòng)化，從而為人們的生活帶來方便，同時(shí)也能大大節(jié)省人力物力。該課題所研究的下線溫度自動(dòng)檢測(cè)及加熱電路，在經(jīng)過適當(dāng)改動(dòng)后可以應(yīng)用到家用電器的保溫或者工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)外界溫度并及時(shí)報(bào)警等領(lǐng)域。第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求【基本要求】1、 采用RT負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，設(shè)計(jì)一個(gè)下限溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)及加熱電路，通過熱敏電阻來感知外界溫度的變化，當(dāng)測(cè)量的溫度低于60度時(shí)，由監(jiān)測(cè)電路輸出一特定

6、信號(hào)給控制電路，控制電路開關(guān)閉合開始加熱；當(dāng)溫度高于60度時(shí)，同樣由監(jiān)測(cè)電路輸出特定信號(hào)給控制電路，控制電路開關(guān)斷開停止加熱。取常溫下熱敏電阻的阻值為10K歐姆。2、 系統(tǒng)由時(shí)基振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、繼電器控制電路和自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路組成。3、 主要元器件：555，CD4040?！咎岣咭蟆?無。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能較為簡(jiǎn)單，主要由時(shí)基振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、RC積分電路、自動(dòng)檢測(cè)電路和繼電器控制電路六部分組成。考慮到555構(gòu)成的振蕩電路很容易起振，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖波形，而且電路比較簡(jiǎn)單，器件價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛，因而系統(tǒng)的時(shí)基振蕩電路選擇由555芯片構(gòu)成的多諧

7、振蕩電路來完成。計(jì)數(shù)電路則使用十二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4040來完成。第三章 系統(tǒng)原理系統(tǒng)通過由熱敏電阻將外界溫度的變化轉(zhuǎn)化為其阻值的變化，從而使其所構(gòu)成的多諧振蕩電路能夠輸出不同頻率的脈沖信號(hào)，作為CD4040的計(jì)數(shù)脈沖，而另外一路多諧振蕩電路輸出的1HZ固定頻率脈沖輸入到CD4040的清零端，從而為輸入的計(jì)數(shù)脈沖設(shè)定一比較參考值，當(dāng)CP端輸入脈沖頻率高于4096HZ時(shí)，計(jì)數(shù)器的Q12輸出端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變脈沖，再經(jīng)過反相器，輸出到由555組成的單穩(wěn)電路，觸發(fā)單穩(wěn)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，輸出高電平，驅(qū)動(dòng)繼電器使控制電路開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)加熱；當(dāng)CP端輸入脈沖頻率低于4096HZ時(shí)，計(jì)數(shù)器的Q12輸出端恒定

8、輸出低電平，經(jīng)由反相器輸入到單穩(wěn)電路，使其恒定輸出低電平，無法驅(qū)動(dòng)繼電器，從而使控制電路的開關(guān)斷開，停止加熱。最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)外界溫度變化，并根據(jù)外界溫度的變化控制加熱電路工作與否。第四章 單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)確定4.1 時(shí)基振蕩電路該系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)兩路振蕩信號(hào)產(chǎn)生電路，其中一路為固定的1HZ脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)電路的定時(shí)清零信號(hào)，另外一路則為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)信號(hào)，并通過熱敏電阻感知外界溫度改變計(jì)數(shù)脈沖的頻率，兩路皆可由555構(gòu)成的多諧振蕩電路完成。其具體電路如下圖所示。 圖4.1-1 計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路 圖4.1-2 清零信號(hào)產(chǎn)生電路為減少元器件的數(shù)量，該電路使用一塊556代替兩塊555。圖4.1-1為

9、計(jì)數(shù)脈沖產(chǎn)生電路，按題目要求可知當(dāng)溫度為60度時(shí)應(yīng)輸出頻率為4096HZ的脈沖，輸出波形的頻率f1計(jì)算公式為： f1=1/0.7(RP1+R1+2RT)C1 經(jīng)查資料可知外界溫度為60度時(shí)，熱敏電阻阻值RT=3K歐姆，由上述公式可取RP1=25K歐姆，R1=3.9K歐姆，C1=C2=0.01uF。圖4.1-2為清零信號(hào)產(chǎn)生電路，按方案要求可知該電路產(chǎn)生頻率為1HZ的固定信號(hào)。其輸出波形的頻率f2計(jì)算公式為： f1=1/0.7(RP2+2R2)C3 故而可取電位器阻值RP2=4K歐姆，電阻R2=150K歐姆，電容C3=4.7uF，C4=0.01uF。4.2 計(jì)數(shù)電路 該部分電路由十二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)

10、器CD4040組成，其CP端接計(jì)數(shù)脈沖，清零端接頻率為1HZ的脈沖信號(hào)，對(duì)計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行定時(shí)清零，由Q12端輸出。其具體電路如圖4.2-1所示。 圖4.2-1 時(shí)基振蕩電路及計(jì)數(shù)電路4.3 單穩(wěn)態(tài)電路該單穩(wěn)態(tài)電路由555構(gòu)成。主要功能：與前述計(jì)數(shù)電路共同作用對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，進(jìn)而得到我們希望得到的控制信號(hào)。其電路圖如圖4.3-1所示。該電路中元器件的參數(shù)確定時(shí)要與前述產(chǎn)生的1HZ固定頻率信號(hào)相匹配。因而要求單穩(wěn)態(tài)電路輸出波形暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間T1s。輸出波形的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間T的計(jì)算公式為： T=1.1R6*C6因而可選取R6為阻值為100K歐姆的電位器，C6=10uF，C7=0.01uF。這樣既

11、可以滿足題目要求，而且利于系統(tǒng)調(diào)試。4.4 RC積分電路電路圖如圖4.4-1所示。作用：對(duì)波形進(jìn)行整型。R5取10K歐姆，C5取100uF。4.5 自動(dòng)檢測(cè)電路自動(dòng)檢測(cè)電路由熱敏電阻組成的多諧振蕩電路完成。熱敏電阻的阻值會(huì)隨著外界溫度的變化而變化，從而將外界溫度的變化反映為電阻阻值的變化，而多諧振蕩器輸出的脈沖波形的頻率與熱敏電阻的阻值有關(guān)，因而輸出信號(hào)的頻率也會(huì) 隨之變化，再經(jīng)過后續(xù)電路對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到想要的相應(yīng)的控制信號(hào)，輸入到 控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電路的控制。其電路圖如圖4.5-1所示。 圖4.3-1 單穩(wěn)態(tài)電路 圖4.5-1 自動(dòng)檢測(cè)電路4.6 繼電器控制電路其電路圖如圖4.6-1所

12、示。 圖4.6-1 繼電器控制電路上圖中的前一部分為繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，后一部分為控制電路。繼電器的工作原理：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端即三極管的b端輸入高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繼電器，控制常開開關(guān)K2閉合，加熱絲R10工作，開始加熱。當(dāng)輸入低電平時(shí)，三極管斷開，無法驅(qū)動(dòng)繼電器，開關(guān)K2斷開。當(dāng)自動(dòng)檢測(cè)電路和信號(hào)轉(zhuǎn)化電路檢測(cè)到外界溫度變化輸出高低電平時(shí)就能控制開關(guān)K2的閉合與斷開，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱與否的功能。第5章 系統(tǒng)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析在確定電路各元器件參數(shù)并領(lǐng)完元器件后，我們先對(duì)電路進(jìn)行了整體的布局，總體思路是使元器件位于焊接板的中心，各元器件之間保證一定的空間并盡量靠攏，這在保證美觀的同時(shí)也利于焊

13、接。焊接的時(shí)候我們采取的方法是分模塊焊接，依次分別焊接時(shí)基振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、單穩(wěn)電路和繼電氣控制電路，焊接每個(gè)模塊的時(shí)候先固定主要元器件的位置，再將其他器件依次焊接到板子上并連接起來，各模塊焊接完畢后再將模塊之間連接起來。進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候，同樣采用先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，然后再整體調(diào)試。對(duì)于時(shí)基振蕩電路，只需按照既定參數(shù)檢測(cè)輸出端產(chǎn)生的脈沖波形的頻率是否符合要求，由于是采用由555構(gòu)成的多諧振蕩器，其電路比較簡(jiǎn)單，因而只要按照計(jì)算所得參數(shù)選擇元器件，基本都能得到想要的波形，調(diào)試主要目的是檢查有無因焊接原因?qū)е陆Y(jié)果不正常的。計(jì)數(shù)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、RC積分電路和繼電器控制電路也是比較簡(jiǎn)單，首先需

14、要對(duì)線路的焊接逐一進(jìn)行檢查，看是否有明顯虛焊、短路或者漏接等現(xiàn)象，排查完畢后將其與前面的時(shí)基振蕩電路進(jìn)行連接，然后測(cè)試輸出信號(hào)的正確與否。其中的單穩(wěn)電路中須調(diào)節(jié)電位器直至RC積分電路輸出較穩(wěn)定的高低電平，而繼電器控制電路需要注意其驅(qū)動(dòng)電壓和控制電壓，只有按要求設(shè)置好，方能正常工作?？傮w該系統(tǒng)的調(diào)試還是比較簡(jiǎn)單。但在調(diào)試過程中也遇到了一些問題，因?yàn)樵诜抡骐A段電路無法仿真，因而沒能驗(yàn)證電路的正確性，在經(jīng)過模塊信號(hào)的分析當(dāng)中發(fā)現(xiàn)最開始的信號(hào)轉(zhuǎn)化電路并不能得到我們想要的控制信號(hào)，因而在進(jìn)一步分析后增加了一個(gè)反相器和一個(gè)RC積分電路，在經(jīng)過修改后，測(cè)試結(jié)果表明該方案是可行的，最終得到了需要的控制信號(hào)，并

15、能與控制電路一起正常工作。 第六章 收獲與體會(huì)這次數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)，主要目的是讓我們利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的理論知識(shí)自主設(shè)計(jì)一套完整的系統(tǒng)，一方面是作為一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐，檢驗(yàn)我們理論知識(shí)學(xué)習(xí)的成效；另一方面則給我們提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，在這個(gè)過程中，通過對(duì)系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)以及最后的調(diào)試，進(jìn)一步提高我們包括電路的設(shè)計(jì)、資料的查找和分析問題解決問題的能力，甚至對(duì)我們的焊接技術(shù)和審美觀念也是一個(gè)考驗(yàn)。因而在開始前就必須認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，端正自己的態(tài)度，牢牢抓住這次機(jī)會(huì)去提高自己相關(guān)方面的能力，而不是隨便照抄一些電路將其焊接，否則，就失去了這次課設(shè)的意義?？傮w來說，這次課設(shè)選擇的題目要求還是比較容易實(shí)現(xiàn)的，但

16、在做的過程中并不像預(yù)想中那樣順利。因?yàn)殡娐房傮w比較簡(jiǎn)單，我們很快就完成了焊接，但在調(diào)試的時(shí)候花了很長(zhǎng)時(shí)間卻仍然得不到正確的結(jié)果，于是我們重新對(duì)電路做了一次分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的電路中的信號(hào)轉(zhuǎn)化電路無法完成預(yù)想的功能，因而始終得不到想要的控制信號(hào)，于是對(duì)該電路輸出的信號(hào)和需要得到的信號(hào)進(jìn)行了比較分析，最終得到了解決的方案，在計(jì)數(shù)電路輸出和單穩(wěn)電路輸入之間加了個(gè)反相器，在單穩(wěn)電路輸出加了一個(gè)RC積分電路再輸出，最終得到了所需的控制信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)也能正常工作。出現(xiàn)這種情況主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候沒能考慮周到，沒能進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證，還有對(duì)理論知識(shí)掌握不夠熟練等。這些原因都是值得自己深思，謹(jǐn)記的。但同時(shí)

17、通過這次事故也鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力。雖說最終算是比較順利地完成了，但是過程中還是暴露了自己很多的問題，像這樣能夠檢驗(yàn)自己的平臺(tái)機(jī)會(huì)，希望自己以后能夠更好的利用從而不斷提高自己相關(guān)的能力。參考文獻(xiàn) 1.陳永甫. 新編 555 集成電路應(yīng)用 800 例. 成都電子科技大學(xué)出版社.1992 2.陳有卿，葉桂娟. 555 時(shí)基電路原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社. 2007 3.趙珂， 彭嵩. 脈沖與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 南昌航空大學(xué)電子信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中心. 2008 4.王毓銀. 數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì). 高等教育出版社. 2005 5.郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課題設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，1995.5 6.閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2006.5 附錄