簡易溫度控制器制作

1、摘要我們本次課程設(shè)計的主題是做一個簡易溫度控制器。根據(jù)課題，我們設(shè)計用純比較運算放大器實現(xiàn)其任務(wù)要求。具體方法是采用熱敏電阻作為溫度傳感器，將溫度模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再利用比較運算放大器與設(shè)定溫度值進行比較，輸出高或低電平至電路控制元件從而對控制對象進行控制。整個電路分為四個部分：測溫電路，比較電路，報警電路，控制電路。其中后三者為技術(shù)重點。為模擬溫度變化，此設(shè)計用滑動變阻器代替熱敏電阻，而加熱部分，用繼電器連接兩LED燈模擬實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：溫度控制、溫度模擬量、純比較運算放大器目 錄1、設(shè)計任務(wù)和要求41.1設(shè)計任務(wù)41.2設(shè)計要求42、系統(tǒng)設(shè)計52.1系統(tǒng)要求52.2方案設(shè)計52.3系統(tǒng)組成

2、及工作原理73、單元電路設(shè)計83.1 測溫部分單元電路 8電路結(jié)構(gòu)及工作原理8電路仿真8元器件的選擇83.2 比較部分單元電路8電路結(jié)構(gòu)及工作原理8電路仿真9元器件的選擇93.3 報警部分單元電路9電路結(jié)構(gòu)及工作原理9電路仿真10元器件的選擇103.4 控制部分單元電路10電路結(jié)構(gòu)及工作原理11電路仿真11元器件的選擇114、系統(tǒng)仿真135、電路安裝、調(diào)試與測試165.1電路安裝165.2電路調(diào)試165.3系統(tǒng)功能及性能測試17測試方法設(shè)計17測試結(jié)果及分析176、參考文獻197、總結(jié)和體會208、附 錄211、設(shè)計任務(wù)及要求1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個溫度監(jiān)控系統(tǒng)，用溫度傳感器檢測容器內(nèi)水的

3、溫度，以檢測到的溫度信號控制加熱器的開關(guān)，將水溫控制在一定的范圍之內(nèi)。1.2設(shè)計要求1、當水溫小于50時，H1、H2兩個加熱器同時打開，將容器內(nèi)的水加熱，； 2、當水溫大于50，但小于60時，H1加熱器打開，H2加熱器關(guān)閉； 3、當水溫大于60時，H1、H2兩個加熱器同時關(guān)閉；4、當水溫小于40，或者大于70時，用紅色發(fā)光二極管發(fā)出報警信號；5、當水溫在4070之間時，用綠色發(fā)光二極管指示水溫正常；6、電源：220V/50HZ的工頻交流電供電。 （注：直流電源部分僅完成設(shè)計即可，不需制作，用實驗室穩(wěn)壓電源調(diào)試）按照以上技術(shù)完成要求設(shè)計出電路，繪制電路圖，對設(shè)計的電路用Multisim或OrCA

4、D/PspiceAD9.2進行必要的仿真，仿真通過后購買元器件，用萬用板焊接電路，然后對制作的電路完成調(diào)試，撰寫設(shè)計報告，通過答辯。設(shè)計電路時，應(yīng)考慮方便調(diào)試。2、系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)要求主要技術(shù)要求為將溫度模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字溫度信號再轉(zhuǎn)化為控制信號，對報警電路和控制電路進行控制。任務(wù)要求有四個溫度控制點（分別存在各個器件的控制）.如下（H1.H2均為加熱器）：2.2方案設(shè)計根據(jù)任務(wù)要求，查閱資料可采用555時基電路、比較運算放大器和555集成邏輯電路的組合電路、純比較運算放大器電路、單片機。方案一：555時基電路IC1555集成電路接成自激多諧振蕩器，Rt為熱敏電阻，當水溫溫度發(fā)生變化時，由電

5、阻器R1、熱敏電阻器Rt、電容器C1組成的振蕩頻率發(fā)生變化，頻率的變化通過集成電路IC1555的3腳送入頻率解碼器集成電路IC2 LM567的3腳，當輸入的頻率正好落在IC2集成電路的中心頻率時，8腳輸出一個低電平，使得繼電器K導通，觸電吸合，從而控制設(shè)備的通斷，形成溫度控制電路的作用。方案二：單片機對于單片機而言，由于現(xiàn)階段專業(yè)知識有限，單片機還不能完全掌握，并且其成本較組合電路更高。方案三：組合電路對組合電路而言，一個組合只能完成一個溫度控制點的控制，成本較高并且非常不實用。方案四：純比較運算放大器運算放大器可以實現(xiàn)對溫度控制的報警和控制加熱。綜合考慮成本、焊接難度和任務(wù)要求后選用了純比較

6、運算放大器電路.其有以下優(yōu)點：輸入輸出規(guī)則、元件體積小、管腳少焊接簡單、價格低廉。2.3系統(tǒng)組成及工作原理原理方框圖如下：系統(tǒng)組成及工作原理：由測溫部分，比較部分，報警部分，控制部分四部分組成，測溫部分用熱敏電阻將溫度模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，與給定值在比較部分進行比較，輸出高地電平來控制報警部分的LED燈和控制部分繼電器的開斷，進而以弱電控制強電使控制部分的加熱器工作，再改變水溫，形成循環(huán)，達到控制溫度的目的。3、單元電路設(shè)計3.1測溫部分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理一個1K的熱敏電阻（改變?yōu)榛瑒幼冏杵鳎┘翱貕弘娮杞M成。水溫改變熱敏電阻的電阻值，從而改變R12電阻下端點電壓.實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號

7、的轉(zhuǎn)變.此處熱敏電阻用可控電阻代替，來模擬熱敏電阻的變化值。電路仿真仿真圖如右圖，用可控電阻模擬熱敏電阻元器件的選擇選擇使用1K的可控電阻來模擬熱敏電阻，連接450的控壓電阻3.2 比較部分單元電路3.2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理主要由4個比較運算放大器、4個有等差阻值的電阻組成。通過運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。3.2.2電路仿真元器件的選擇450控壓電阻8個，820電阻一個，600電阻一個，380電阻一個，160電阻一個，四個等差220的電阻。UA741CN運算放大器1個SN7

8、4LS08其內(nèi)連接4個與門，使用其中1個3.3 報警部分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理由一個與門、紅綠LED和限流電阻組成。由比較部分輸出的電平在與門進行邏輯運算，從而實現(xiàn)報警燈的設(shè)計。U1為40溫度比較，當水溫低于40，熱敏電阻（此設(shè)計為可控電阻）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，通過與門輸出低電平后紅燈發(fā)光。當水溫高于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。由此實現(xiàn)電路報警。電路仿真元器件的選擇紅LED燈1個，綠LED燈1個，2個控壓電阻4503.4 控制部

9、分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理由繼電器、加熱器（此處用兩個LED燈代替）和限流電阻組成。由比較部分輸出的電平控制三極管的通斷進而控制繼電器的開斷，從而實現(xiàn)對加熱器工作狀態(tài)的控制。同上，對U2而言，當水溫高于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Q1斷開，H2停止工作；當水溫低于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Q1導通，H2開始工作。同理，U4亦是如此。電路仿真元器件的選擇HK4100F繼電器2個，黃LED燈2個，450控壓電阻3個S8050三極管2個直流穩(wěn)壓電源電路:電路圖解如下：5、系統(tǒng)仿真1、溫度低于40度，紅燈報警，H1H2加熱器打開2、溫度高于4

10、0度，小于50度，H1H2加熱器打開，綠燈亮3、溫度高于50度，小于60度，H1打開，H2關(guān)閉，綠燈亮4、溫度高于60度，小于70度，H1H2關(guān)閉，綠燈亮5、溫度高于70度，H1H2關(guān)閉，紅燈報警5、電路安裝、調(diào)試與測試5.1電路安裝此電路是將器件依照原理圖焊接于萬用板上，其有銅一側(cè)為背面，方便焊接后電路的導電，電阻，發(fā)光二極管，三極管等器件需先將其引腳剪裁后焊接，焊接時要防止短路等現(xiàn)象的出現(xiàn)，用導線將各個元件依照原理圖連接好后，檢查其連接是否正確。將各個部分，有序地排列好后再焊接，方便焊接好后的調(diào)試與檢查，特別注意焊接時，因電烙鐵溫度很高，要防止燙傷他人或自己。元件依照仿真圖購買，有相關(guān)器件

11、購買不到，用其他參數(shù)接近的器件代替。在安裝過程中電源要在左側(cè)引出。5.2電路調(diào)試根據(jù)原理圖連接焊接好電路后，就要進入調(diào)試階段，Multisim仿真雖然成功，但電腦仿真時都是理想情況，與實際狀況會有偏差，所以，連接好的電路多數(shù)是無法正常運行的，故需仔細調(diào)試修改。我們設(shè)計的電路在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)如下幾個問題：（1）連接好電源后，紅燈綠燈同時亮起解決：很顯然是與門輸出電平有問題，致使紅綠兩燈都為導通狀態(tài)，經(jīng)查找SN74LS08N的PDF資料后發(fā)現(xiàn)，我們在接線時，忽略了VCC和GND的接線（2）綠燈常亮，紅燈熄滅解決：紅燈和綠燈不能實現(xiàn)變化，我們首先想到的是與門的輸入電平不對，在運算放大器放大后輸出的電

12、平過高，無法實現(xiàn)讓紅燈亮起，我們在用萬用表測試后發(fā)現(xiàn)的確如此，于是，我決定要分壓，我在與門輸入端用1:2的比例分壓后，一切正常。（3）繼電器不工作解決：首先，我用萬用表測了繼電器是否損壞，經(jīng)測量后發(fā)現(xiàn)，并未損壞，之后我想到，應(yīng)該是繼電器未接受電壓，故無法工作，順藤摸瓜，其繼電器上一級所接三極管發(fā)現(xiàn)了問題的所在，原先在三極管集電極接了一個450的電阻，使其三極管無法導通，故繼電器無法開啟，于是，我先嘗試將電阻短路，后發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)繼電器工作，然后我就將電阻去掉了。經(jīng)過以上修改調(diào)試，最后電路達到任務(wù)要求。5.3系統(tǒng)功能及性能測試測試方法設(shè)計將電路導通后，調(diào)節(jié)可控電阻，調(diào)整其阻值，然后與給定阻值進行比較，

13、再觀察其報警與控制部分，是否可以按照任務(wù)要求的工作，因與理想狀態(tài)偏差，故焊接好的電路板與仿真原理圖電阻值有所差異。其測試時，與仿真狀態(tài)有所不同，但不影響整體任務(wù)要求。按照要求，溫度的改變會影響熱敏電阻的改變，此設(shè)計用可控電阻來模擬電阻的改變。測試結(jié)果及分析首先用萬用表測量可控電阻及其控壓電阻的阻值，然后調(diào)節(jié)可控電阻阻值達到40度水溫時的給定電阻值以上，此時紅燈報警，兩繼電器動作，兩黃燈亮起；再調(diào)節(jié)可控電阻阻值至40度水溫和50度水溫給定值中間，此時綠燈亮起，紅燈熄滅，兩黃燈依舊亮著；繼續(xù)調(diào)節(jié)可控電阻阻值至50度水溫和60度水溫給定值中間，此時綠燈仍亮，一個繼電器斷開，一個黃燈熄滅；依舊調(diào)節(jié)可控

14、電阻阻值至60度水溫和70度水溫給定阻值中間，此時，另一工作繼電器斷開，黃燈熄滅，綠燈亮；最后將阻值調(diào)整到70度水溫給定阻值以下，紅燈亮起，綠燈熄滅。其測試結(jié)果與設(shè)計要求完全復合，經(jīng)多次測試結(jié)果相同。6、參考文獻序號書名出版社作者1555時序邏輯電路的原理及應(yīng)用電子工業(yè)陳永甫2數(shù)字電子電路畢業(yè)設(shè)計指導電子工業(yè)陳有卿3模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高教童詩白4數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高教閻石5OP放大電路設(shè)計科學岡村迪夫6電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分高教康華光7電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計機械工業(yè)畢滿清8電子線路設(shè)計、實驗、測試高教謝自美7、總結(jié)及體會為期三周的數(shù)電課設(shè)，到了結(jié)束的時候，短短的三周時間卻讓我學會了許許多多的知識，而

15、且使平時在課內(nèi)學的知識得到一定的鞏固，三周的時間，我們每天都在忙碌著查閱資料，設(shè)計電路，焊接電路板，寫說明書，每天都覺得很開心很新鮮，幾個朋友在一起研究方案，真的覺得很快樂，大家一起，體現(xiàn)了團結(jié)的力量，記得大家一起出去外出買器件，一起在夜晚商量問題，三周的時間真的過的太快，轉(zhuǎn)眼我們的課設(shè)就完成了，看著我們設(shè)計出來的電路，我心里真的非常開心。此次課設(shè)，的確讓我們學到很多有用的知識，也鍛煉了我們的耐心，讓我們明白做好一件事情不是在短暫的時間內(nèi)就可以完成的，需要大家一起合作，需要我們用細心，用耐心，才能完成。俗語說實踐出真知，現(xiàn)在我終于明白了，只有書本的知識是遠遠不能做成一件事情的，沒有實踐的經(jīng)驗，

16、就無法將一件事情做的完整，知識只是給予實踐幫助的一個脊柱，有了知識才可以讓實踐尋找到方向，我們在此次課設(shè)中，通過對原理圖的設(shè)計計算，才選擇出器件的參數(shù)，然后再搜尋器件信息，最后選擇好器件。在設(shè)計時，在仿真時，在制作電路時，我們都遇到許許多多的困難，但我們都繼續(xù)努力去探索，改變設(shè)計，最終實現(xiàn)了課題要求。我們將每一個困難都作為未來成功的墊腳石，讓我們可以一步一步地邁向成功。最后，我在此向一只細心幫助指導我們的馬老師表示感謝！8、附錄450電阻 15個 820 600 380 160電阻各一個1K可變電阻1個SN74LS081個UA741CN運放4個紅LED 1個綠LED 1個黃LED 2個三極管S80502個繼電器HK4100F 2個所用器件信息SN74LS08UA741CN 雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓±22V,差分電壓±30V,輸入電壓±18V,允許功耗500mW繼電器HK4100F-DC5V-SHG觸點形式：1C（SPDT） 觸點負載： 3 A 250 VAC/30 VDC阻 抗： 100m額定電流： 3A電氣壽命：10萬回機械壽命：100