電子溫度控制器

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計（論文）題目：電子溫度控制器院（系）：電子與信息工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：2013.7.12013.7.12本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：電子信息與工程學 號學生姓名專業(yè)班級 課程設(shè)計題目電子溫度控制器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務設(shè)計任務：1. 現(xiàn)設(shè)計并制作能高精度電子溫度控制器。2. 設(shè)計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。3. 工作溫度范圍：25C+80C4. 精度設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，

2、廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要隨著科學技術(shù)的發(fā)展，溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)，生活娛樂，儀器運行等很多方面

3、都有著廣泛的應用。一些工業(yè)上的自動化設(shè)備需要將溫度控制在一定范圍內(nèi)，才能保證所制造的產(chǎn)品的質(zhì)量。電子溫度控制系統(tǒng)一般由溫度測量部分、溫度控制部分和直流穩(wěn)壓電源部分組成。溫度測量部分主要用來接收當前系統(tǒng)中的溫度，然后通過差動放大電路將熱敏電阻的電壓信號發(fā)送到溫度控制部分，本設(shè)計采用MF58熱敏電阻；溫度控制系統(tǒng)主要是用來控制外部調(diào)溫系統(tǒng)的，它接收來自溫度測量部分的信號，然后與所要控制的溫度信號進行比較，從而決定是否加熱升溫或冷卻降溫；直流穩(wěn)壓電源部分主要是用來給電子溫度控制器供電，一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路構(gòu)成，而我選擇使用三端集成穩(wěn)壓器LM78××電路。

4、差動放大電路和滯回比較器部分電路采用集成uA741運算放大器，而溫度控制我們通過控制繼電器來控制加熱或散熱。關(guān)鍵詞：溫度；放大；電源；繼電器目 錄第1章 緒論11.1 溫度控制系統(tǒng)概況11.2 本文研究內(nèi)容1第2章 電子溫度控制器硬件設(shè)計22.1 電子溫度控制器總體設(shè)計方案22.2 溫度監(jiān)測及控制電路核心模塊設(shè)計22.2.1 測溫電橋電路設(shè)計22.2.2 差動放大電路設(shè)計32.2.3 多級調(diào)溫電路設(shè)計42.2.4 滯回比較器電路設(shè)計52.2.5 三極管及外圍控制電路設(shè)計62.3 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計7第3章 電子溫度控制器軟件設(shè)計83.1 軟件實現(xiàn)功能綜述83.2 流程圖設(shè)計93.2.1 主程序流

5、程圖設(shè)計93.2.2 模擬量檢測流程圖設(shè)計9第4章 系統(tǒng)設(shè)計與分析104.1 系統(tǒng)原理圖104.2 系統(tǒng)原理綜述11第5章 課程設(shè)計總結(jié)12參考文獻13附錄I 總體電路圖14附錄II 元器件清單15IV第1章 緒論1.1 溫度控制系統(tǒng)概況在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制，溫度在工業(yè)中扮演著非常重要的角色。溫度控制電路廣泛應用于社會生活的各個領(lǐng)域，常用的控制電路根據(jù)應用場合所要求的性能指標也就有所

6、不同。 溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，當今計算機控制技術(shù)在這方面的應用，已使溫度控制系統(tǒng)達到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。1.2 本文研究內(nèi)容電子溫度控制器主要是通過溫度傳感器將溫度信號變成電壓信號，再通過控制電路進行加熱或降溫。根據(jù)實驗任務要求，對控制電路部分可以采用多種方案：如模擬電路控制或單片機控制等多種方案。設(shè)計任務：1. 現(xiàn)設(shè)計并制作能高精度電子溫度控制器。2. 設(shè)計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。3. 工作溫度范圍：25C+80C4. 精度設(shè)計要求：1 .分析設(shè)計要求

7、，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4. 組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。第2章 電子溫度控制器硬件設(shè)計2.1 電子溫度控制器總體設(shè)計方案總體方案框圖如圖2.1所示。電壓差值信號多個電阻檔位調(diào)壓單個滯回比較器差動放大電路 圖2.1

8、總體方案框圖該方案也是通過熱敏電阻或者鉑金電阻將溫度信號進行采集，然后將溫度的電壓信號進行差動放大，再經(jīng)過滯回比較器進行比較，其次再利用滯回比較器產(chǎn)生的信號控制三極管的導通與截止，最后通過三極管的導通與截止控制繼電器或者外圍加熱或降溫措施。而比較的參考電壓是通過多檔位電阻分壓。2.2 溫度監(jiān)測及控制電路核心模塊設(shè)計2.2.1 測溫電橋電路設(shè)計圖2.2 測溫電橋電路圖如圖2.2所示，由R1、R2、R3、RV2及RT組成測溫電橋，其中RT是溫度傳感器。其呈現(xiàn)出的阻值與溫度呈線性變化關(guān)系且具有負溫度系數(shù)，而溫度又與流過它的工作電流有關(guān)。為了穩(wěn)定Rt的工作電流，以達到穩(wěn)定其溫度系數(shù)的目的，電路中設(shè)置了

9、穩(wěn)壓管D1。RV2可決定測溫電橋的平衡。熱敏電阻RT采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)。負溫度系數(shù)的熱敏電阻又分為普通型、穩(wěn)壓用、溫度檢測用、溫度控制用等多類，根據(jù)設(shè)計要求需要檢測溫度，因此采用溫度檢測型NTC熱敏電阻。又根據(jù)溫度檢測范圍需要在25-80，所以采用MF58熱敏電阻。2.2.2 差動放大電路設(shè)計圖2.3 差動放大電路圖差動放大電路如圖2.3所示。由A1及外圍電路組成的差動放大電路，將測溫電橋輸出電壓U按比例放大。其輸出電壓當，時其中RW3用于差動放大器調(diào)零。差動放大電路的輸出電壓僅取決于2個輸入電壓之差和外部電阻的比值。差動放大電路輸出電壓隨溫度變化如表2.1所示。表2.1差動放

10、大電路輸出電壓隨溫度變化溫度/253035404550556065707580電阻/K1.000.830.690.570.480.410.340.290.250.220.190.16/mV020365161707884899296100/V023.65.16.17.07.88.48.99.29.610.02.2.3 多級調(diào)溫電路設(shè)計圖2.4多級調(diào)溫電路圖多級調(diào)溫電路是通過改變與差動放大電路放大的溫度電壓信號相比較的電壓信號，從而改變滯回電路輸入的差模信號。如圖2.4所示，該電路主要是通過電阻進行分壓調(diào)節(jié)。為了可以進行多檔位調(diào)節(jié)，我們選擇了撥碼開關(guān)當作開關(guān)來使用，進行電阻變換。即從左向右依次對應

11、2530, 3035,3540, 4045, 4550, 5055, 5560, 6065, 6570, 7075, 7580,共11個檔位。調(diào)節(jié)電位器RV1即可在該檔位內(nèi)進行調(diào)節(jié)。2.2.4 滯回比較器電路設(shè)計圖2.5 滯回比較器電路圖差動放大器的輸出電壓UO1輸入由A2組成的滯回比較器。設(shè)比較器輸出高電平為，輸出低電平為，參考電壓UR加在反相輸入端。當輸出為高電平時，運算放大器同相輸入端電位當減小到使時，即此后，只要稍有減小，輸出就從高電平跳變?yōu)榈碗娖?。當輸出為低電平時，運算放大器同相輸入端電位當增大到使時，即此后，只要稍有增加，輸出就從低電平跳變?yōu)楦唠娖?。因此，和為輸出電平跳變時對應的輸

12、入電平，常稱為下門限電平，為上門限電平，而兩者的差值為。稱為門限寬度，其大小可通過調(diào)節(jié)的比值來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)Rw4可改變參考電平，也同時調(diào)節(jié)了上下門限電平，從而達到設(shè)定溫度的目的。2.2.5 三極管及外圍控制電路設(shè)計圖2.6 三極管及外圍控制電路圖差動放大器輸出電壓UO1經(jīng)分壓后A2組成的滯回比較器，與反相輸入端的參考電壓UR相比較。當同相輸入端的電壓信號大于反相輸入端的電壓時，A2輸出正飽和電壓，三極管Q1飽和導通，三極管Q2反相截止；當同相輸入端的電壓信號小于反相輸入端的電壓時，A2輸出負飽和電壓，三極管Q2飽和導通，三極管Q1反相截止。通過發(fā)光二極管D1和D2的發(fā)光情況，可見負載的工作狀態(tài)為

13、加熱或制冷。當同相輸入信號等于或接近于反相輸入端電壓時，三極管Q1和Q2都截止，D1和D2都熄滅，負載的工作狀態(tài)為停止。2.3 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計集成穩(wěn)壓電源電路是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和三端穩(wěn)壓器等組成的。該電路具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。電源變壓器是將電網(wǎng)220V的交流電壓變?yōu)樗璧碾妷褐邓腿胝麟娐?；整流電路是將交流電壓變成脈動的直流電壓；濾波電路是把脈動的直流電壓的文波加以濾掉，得到平滑的直流電壓；三端穩(wěn)壓器的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。圖2.7 直流穩(wěn)壓電源電路圖圖2.7中元件選擇：變壓器為次級雙路12V變壓器，它將交流電從220V下降到幾

14、伏或幾十伏。整流二極管D1、D2、D3、D4采用1N4007，C1，C2濾波電容選取大小220F的電解電容，C5、C6為緩沖負載突變，選取大小為470F的電解電容，C3、C4、C5、C6的作用為消除三端穩(wěn)壓器可能發(fā)生的自激，應選無極性的金屬膜或滌綸電容，一般取大小為0.1F的電容。對于三端固定式集成穩(wěn)壓器U1、U2選用LM317，LM337，可得到±12V的直流電壓。第3章 電子溫度控制器軟件設(shè)計3.1 軟件實現(xiàn)功能綜述Proteus是電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便。在設(shè)計電子溫度控制器電路時，可以仿真各單元電路，能夠更加清晰的了解電路

15、原理及功能，下面是用proteus仿真的單元電路介紹：差動放大電路仿真結(jié)果圖3.1 差動放大電路仿真電路圖滯回比較器電路仿真結(jié)果圖3.2 滯回比較器電路仿真電路圖3.2 流程圖設(shè)計3.2.1 主程序流程圖設(shè)計電子溫度控制器是由負溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻為一臂組成的測溫電橋的，其輸出經(jīng)測量放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”與“停止”信號，經(jīng)三極管放大后控制加熱器的“加熱”與“停止”。改變滯回比較器的比較電壓，即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回的滯回寬度確定。而滯回比較電壓是通過多個電阻檔位進行分壓產(chǎn)生參考的電壓信號。具體流程圖如下： 多個電阻檔 位調(diào)壓電壓差值信號電壓信號輸出

16、正負電壓單個滯回比較器測溫電橋差動放大電路飽和與截止 外圍電路 調(diào)節(jié)溫度 電磁繼電器三極管 圖3.3 主程序流程圖3.2.2 模擬量檢測流程圖設(shè)計溫度檢測及控制電路主要由測溫電橋電路、差動放大電路、多級調(diào)溫電路、滯回比較器電路和三極管及外圍控制電路組成。通過測溫電橋中熱敏電阻或者鉑金電阻將溫度信號進行采集，然后差動放大電路將溫度的電壓信號進行放大，再經(jīng)過滯回比較器進行比較，其次再利用滯回比較器產(chǎn)生的信號控制三極管的導通與截止，最后通過三極管的導通與截止控制繼電器外圍加熱或降溫措施。而比較的參考電壓是通過多檔位電阻分壓。具體流程圖如下： 控制調(diào)溫 放大比較電信號溫度信號 圖3.4 模擬量檢測流程

17、圖第4章 系統(tǒng)設(shè)計與分析4.1 系統(tǒng)原理圖圖4.1系統(tǒng)原理圖4.2 系統(tǒng)原理綜述電子溫度控制器采用負溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻為一臂組成的測溫電橋的，其輸出經(jīng)測量放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”與“停止”信號，經(jīng)三極管放大后控制加熱器的“加熱”與“停止”。改變滯回比較器的比較電壓，即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回的滯回寬度確定。而滯回比較電壓是通過多個電阻檔位進行分壓產(chǎn)生參考的電壓信號。第5章 課程設(shè)計總結(jié)本設(shè)計通過方案比較，選擇通過熱敏電阻或者鉑金電阻將溫度信號進行采集，然后將溫度的電壓信號進行差動放大，再經(jīng)過滯回比較器進行比較，其次再利用滯回比較器產(chǎn)生的信號控制三極管

18、的導通與截止，最后通過三極管的導通與截止控制繼電器或者外圍加熱或降溫措施的方案。電子溫度控制器采用負溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻進行采集電信號，741為核心放大電壓信號，通過三極管的導通與截止控制溫度，最終實現(xiàn)溫度控制的目標。通過proteus仿真軟件進行仿真后，結(jié)果滿足設(shè)計要求，完成了本設(shè)計。參考文獻1 康華光編著 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2006.12 周惠潮編著 常用電子元件及典型應用 電子工業(yè)出版社 20053 紐曼編著 電子電路設(shè)計與分析:模擬電子技術(shù) 清華大學出版社 2009.14 陳立萬等編著 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)及課程設(shè)計 西南交通大學出版社 2008.25 胡圣堯等編著 模擬電路應用設(shè)計 科學出版社 2009.86 稻葉保編著 模擬技術(shù)應用技巧101例 科學出版社 2006.17 張鐵柱，張洪信，內(nèi)燃機冷卻風扇溫度控制液壓驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)研究，2002,20(3)附錄I 總體電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱參數(shù)個數(shù)1RT熱敏電阻MF5812R1電阻100K13R21電阻20K14R3電阻22015R4,