大學(xué)本科設(shè)方案設(shè)計(jì)書方案設(shè)計(jì)書韓穎超溫度控制電路1

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 溫度控制電路教案單位電氣信息工程學(xué)院_姓名 _韓穎超 _學(xué)號 _200531002050_年級 _2005 級_專業(yè) _ 電子信息工程 _指導(dǎo)教師 _王小玲職稱 _2009年 4月 20日溫度控制電路設(shè)計(jì)摘要在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，測量控制技術(shù)已經(jīng)涉及到軍事和工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，并越來越多的受到人們的重視。傳感器的出現(xiàn)，使得人們生產(chǎn)生活方式發(fā)生了重大變化，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動化程度發(fā)生了巨大改變。溫度是工業(yè)生產(chǎn)科學(xué)研究等行業(yè)中相當(dāng)重要的參數(shù)之一，溫度控制在各個行業(yè)中都是相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)對人們生活生產(chǎn)起著重大作用。溫度控制的關(guān)鍵在于測溫和控制兩個方面。溫度測

2、量是溫度控制的基礎(chǔ)。論文主要討論了基于模擬電路的溫度控制電路，該電路通過精密攝氏溫度傳感器LM35 測量溫度將溫度比較轉(zhuǎn)化為電壓比較的方法來達(dá)到控制的目的。本文介紹了該控制電路的原理，溫度信號的采集電路，去干擾電路，功率放大電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換及顯示電路， LM35 的原理、電壓比較器的工作原理。關(guān)鍵詞： 溫度控制溫度測量 LM35應(yīng)用電壓比較器Design of temperature control circuitAbstractIn electronic technology rapid development today， the electronic observations and co

3、ntrol technology research and the project apply by spread the military and industrial production each department and more and more many is valued by people. The electronic observation and control technology appearance, caused traditional the electronic surveying in the principle, the function, the p

4、recision and the automaticity has had huge change, caused the scientific experiment and the application project automaticity can obviously enhance.Temperature is one of important parameters in industrialproduction and scientificexperiment course. In metallurgy, machinery, material, chemical engineer

5、ing, petroleum and thecourse of heat treatment, the control effect for temperature directly affects service life and thequality of product. Therefore temperature control is the technology of a key in every field.Thekey of temperature control lies control .Temperature measure is that the more in two

6、aspects of tomeasure and to technical comparison of this respect and the foundation of temperature controlripen.It presents the designing of the analog circuit on LM35 temperature sensor and the editing and the debugging of the whole temperature control circuit.In this paper, it interview the princi

7、ple of the temperature control circuit, temperature measure circuit, anti-jamming circuit, frequency power arnplifier and RAMDAC the theory of LM35 chip and voltage comparator.Keyword: Temperature controlTemperature measureLM35 application oltageV comparator目錄摘要2目錄4緒論 .51 溫度控制電路.61.1設(shè)計(jì)要求 .61.2方案選擇與論

8、證 .62 基于模擬電路的溫度控制電路 .82.1 溫度信號檢測及顯示電路 .82.2溫度控制部分 .82.3所用器件介紹 .92.3.1 LM35 精密集成電路溫度傳感器 .92.3.2三位半 LED顯示 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7107.93 溫度信號的檢測和信號調(diào)整 .123.1溫度測量及信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì) .123.1.1選用合適的傳感器 .123.1.2 設(shè)計(jì)信號調(diào)整電路 .133.3溫度測量的誤差分析 .144 溫度控制電路的設(shè)計(jì) .144.1控制電路 .144.2控制系統(tǒng)中的電壓比較技術(shù) .154.2.1比較器的工作原理 .154.2.2電壓比較器 .164.2.3比較器與運(yùn)放的區(qū)

9、別 .175 顯示電路的設(shè)計(jì) .185.1顯示電路原理 .185.2顯示電路設(shè)計(jì) .186 總結(jié) .196.1干擾分析 .196.2總結(jié)與改進(jìn) .19參考文獻(xiàn).21附錄 A：原理圖、 pcb版圖、元件清單 .22致謝 .23緒論在鋼鐵、機(jī)械、石油化工、電力、等工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展,需要對各種參數(shù)進(jìn)行測量,溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一 .在冶金工業(yè) ,化工生產(chǎn) ,電力工程 ,機(jī)械制造和食品加工等許多領(lǐng)域中 ,人們都需要對各種環(huán)境中的溫度進(jìn)行檢測和控制 ,溫度控制對于大型工業(yè)和日常生活用品等工程都具有廣闊的應(yīng)用前景 .例如冶金工業(yè)中的煉鋼

10、爐溫度控制、化工生產(chǎn)中的培養(yǎng)皿溫度控制、食品加工車間的溫度控制等。溫度控制一般指對某一特定空間的溫度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到并滿足工藝過程的要求。溫度測量與控制系統(tǒng)是自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，綜合發(fā)展的產(chǎn)物。其內(nèi)容十分的豐富，它包括各種數(shù)據(jù)的采集和處理系統(tǒng)、自動測量系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)等，廣泛應(yīng)用于工廠自動化、商業(yè)自動化、實(shí)驗(yàn)室自動化等人類活動的各個領(lǐng)域。隨著工業(yè)的發(fā)展，對溫度控制提出了更多更高的要求，因而熱處理技術(shù)也向著優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、無公害方向發(fā)展。溫度控制是一種具有純滯后的系統(tǒng)，加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，目前的溫度控制系統(tǒng)大多建立

11、在一定的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對被控對象中的非線性、時變性及隨機(jī)干擾無能為力，因此，提高系統(tǒng)的抗干擾能力成為關(guān)鍵性的技術(shù)。首先，控溫精度要高。其次，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化而影響到控溫精度時，要有合適的手段進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到精度要求。而且，為了方便進(jìn)行工藝的研究，需要能保存溫度數(shù)據(jù)。最后，由于生產(chǎn)中的實(shí)際情況，控制設(shè)備要求操作方便，易于維護(hù)，成本較低等等。常用的溫度控制方法有 :電接點(diǎn)溫度表溫度控制、位式溫度顯示調(diào)節(jié)儀溫度控制、 PID 連續(xù)電流輸出溫度顯示調(diào)節(jié)儀表溫度控制、 PID 連續(xù)電壓輸出溫度顯示調(diào)節(jié)儀表溫度控制。這些溫度控制方法大都是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場安裝溫度控制儀表，通過提前設(shè)定溫度控制的上下限值或 PI

12、D 控制參數(shù)，然后再將控制儀表投入使用，進(jìn)行各種預(yù)定的控制。但若被控對象發(fā)生變化，難于實(shí)時的調(diào)整控制參數(shù)，不能滿足實(shí)時控制的要求，而且溫度變化曲線的一一記錄不易實(shí)現(xiàn)?？傊覈碾姕囟鹊目刂圃O(shè)備的現(xiàn)狀不容樂觀，主要有以下特點(diǎn) :小部分比較先進(jìn)的設(shè)備和大部分比較落后的設(shè)備并存。由于我國改革開放的發(fā)展，國內(nèi)引進(jìn)和生產(chǎn)了少量的比較先進(jìn)的控制設(shè)備，但是，整體上，我國的溫度控制系統(tǒng)比國外發(fā)達(dá)國家要落后，占主導(dǎo)地位的是模擬儀表控制，這種系統(tǒng)的控制參數(shù)由人工選擇，需要配置專門的儀表調(diào)試人員，費(fèi)時、費(fèi)力且不準(zhǔn)確?？刂凭纫蕾囉趯?shí)驗(yàn)者的調(diào)節(jié)，控制精度不高，一旦生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化就需要重新設(shè)置。操作不方便，控制數(shù)據(jù)

13、無法保存。因而，對生產(chǎn)工藝的研究很困難，因此造成產(chǎn)品質(zhì)量低、廢品率高、工作人員的勞動強(qiáng)度大、勞動效率低、這些都縮減了企業(yè)的效益。由于微機(jī)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)越性，市場的需求量很大?？刂葡到y(tǒng)對微機(jī)的性能需求不是很高，同時由于計(jì)算機(jī)CPU 及外圍功能卡的不斷升級和價格的不斷下降，使得用高檔微機(jī)進(jìn)行控制的成本大為降低，而且也使得大批 PC 機(jī)閑置不用。因此，用高檔微機(jī)甚至閑置不用的 PC 機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有較高的可行性和經(jīng)濟(jì)價值。但是，目前國內(nèi)的一些生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)主要開發(fā)一些大型微機(jī)控制系統(tǒng)，中小型的控制系統(tǒng)很少見。這方面的缺口較大，市場前景看好。本設(shè)計(jì)以溫度控制為研究對象，針對環(huán)境溫度，在

14、比較、研究不同控制策略的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況通過模擬電路實(shí)現(xiàn)溫度控制。本文主要做了以下幾個方面工作：論述了溫度控制系統(tǒng)的課題目的、意義，當(dāng)前計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)及本論文的主要內(nèi)容并對溫度控制特點(diǎn)進(jìn)行了簡要分析。(2)介紹溫度測量過程相關(guān)知識。介紹溫度比較控制過程相關(guān)知識。(4)設(shè)計(jì)溫度控制的實(shí)際電路。(5)對結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析與總結(jié)溫度控制電路1.1設(shè)計(jì)要求（1）對環(huán)境溫度能夠進(jìn)行測量和顯示。（ 2）對溫度控制能達(dá)到基本要求。1.2方案選擇與論證方案一：單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成：通過系統(tǒng)硬件電路由溫度檢測，信號放大 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)與鍵盤、顯示器，可控硅電路等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見下圖

15、。原理：在溫控系統(tǒng)中 , 需要將溫度的變化轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號的變化 , 由于熱電偶的結(jié)構(gòu)簡單 , 制造容易 , 測量范圍廣 , 在高溫測量中有較高的精度 , 所以選用熱電偶做熱電傳感器，熱電偶把測量的電烤箱溫度信號轉(zhuǎn)換成弱電壓信號 , 經(jīng)過信號放大電路 , 送入低通濾波電路主器件 , 以消除噪音和干擾 , 濾波后的信號輸人到轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機(jī)單片機(jī)主機(jī)對電烤箱溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行比較后輸出控制脈沖, 該控制脈沖與單穩(wěn)態(tài)同步觸發(fā)器輸出的同步脈沖送人控制門與非門 , 門電路信號輸人熱電偶管轉(zhuǎn)換成電流信號 , 經(jīng)過三級放大電路輸人可控硅的門極 , 可控硅導(dǎo)通由程序控制同步觸發(fā)脈沖的來臨時間

16、, 從而控制可控硅的通斷時間 , 以達(dá)到對電烤箱加熱絲溫度的調(diào)節(jié)和功率的改變 , 實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度控制。但該控制方案雖精度較高，但電路較為復(fù)雜，制作困難，易受干擾。方案二：模擬電路溫度控制系統(tǒng)原理：以模擬電路為主，通過溫度 - 電壓的對應(yīng)關(guān)系通過電壓比較器控制可控硅，從而控制電熱元件來達(dá)到控制溫度的目的。LM35是一種內(nèi)部電路已校準(zhǔn)的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比根據(jù)LM35的輸出特性可知，當(dāng)溫度在0-150 C之間變化時，其輸出端對應(yīng)的電壓為0-150V，可通過芯片 ICL7107 及相關(guān)電路組成顯示部分。通過電位器控制輸出可變電壓值，該電壓值與控制溫度相對應(yīng)。通過該電位器的輸出電

17、壓與環(huán)境對應(yīng)電壓LM35的輸出通過電壓比較器比較后控制可控硅控制電熱元件，并通過一定的校正電路從而達(dá)到較高精度的溫度控制。由于采用模擬電路的控制方法，可能在電路制作過程中的調(diào)節(jié)和校正會遇到一定的問題，但通過校正電路的調(diào)節(jié)，相信會達(dá)到預(yù)期的控制精度。為了解決日常生產(chǎn)生活中的溫度控制問題，本著達(dá)到鍛煉檢驗(yàn)所學(xué)知識的目的，考慮到實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件、經(jīng)費(fèi)、人力、個人知識程度等各方面的限制，本設(shè)計(jì)采用第二種實(shí)現(xiàn)方式，以模擬電路為主，使用優(yōu)于用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的LM35 線性溫度傳感器。通過溫度與電壓的對應(yīng)關(guān)系達(dá)到對溫度的控制目的。通過本次設(shè)計(jì)，達(dá)到對所學(xué)知識的掌握鞏固與檢測的目的?；谀M電路的溫度控制電路2.1

18、溫度信號檢測及顯示部分LM35 是一種內(nèi)部電路已校準(zhǔn)的集成溫度傳感器，線性度好，靈敏度高，精度適中其輸出電壓與攝氏溫度成正比，輸出靈敏度為10.0MV，精度達(dá)0.5 其測量范圍為-55 150。在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08 ) 工作電壓較寬，可在420V 的供電電壓范圍內(nèi)正常工作，且耗電極小，工作電流一般小于在 1MA負(fù)載時為 0.1 。根據(jù) LM35的輸出特性可知，當(dāng)溫度在60uA輸出阻抗低， 0 150之間變換時，其輸出端對應(yīng)的電壓為0 150V，此電壓經(jīng)電位器W3分壓后送到3 位半數(shù)字顯示表頭( 由ICL7107及有關(guān)電路組成) 的檢測信號輸入端在輸入端輸入的電壓為150V 時，通過

19、調(diào)節(jié)電位器使顯示的數(shù)值為150.0,經(jīng)調(diào)整后數(shù)顯表頭顯示的數(shù)值就是實(shí)測的溫度值。原123理圖如下：S1SW-SPDTLM3 51D3212COMPONENT_2+5V-5VR1 7RES2w3C6R1 8RESISTOR TAPPED2 KCAPC4 70R1 6W4RES2C41 00 pFR1 5470 KR1 96.8 KC21 00KR2 0C3220 p F0.4 7 uFC5098761 00 p F21098765432154343333333333222222222ICL7 10 7ICL7 10 712345678012 34567890911 111111121R2 2LE

20、D31BRES223LED2451627384CON85LED1671823CON8456782.2 溫度控制部分CON8A溫度控制選擇可通過電位器W2 來實(shí)現(xiàn)，電位器W1 為預(yù)控溫度調(diào)節(jié)，通過電壓比較器1的的輸出端控制可控硅2的通斷控制電熱元件3的導(dǎo)通，達(dá)到控制環(huán)境4溫度的目的。5S1123SW-SPDTLM351Q1D3D1 L12INDUCTORCOMPONENT_2DIODETRIACQ212-5V+5VTRIACR12RES2R4R82.3 所用器件介紹精密攝氏溫度傳感元件LM35LM35 系列是精密集成電路溫度傳感器，它們的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，因而LM35 有優(yōu)于用開爾文

21、標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器，LM35 無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)來提供1/4 的常用的室溫精度，在 -55 +150溫度范圍內(nèi)為 3/4 ， LM35 的額定工作溫度范圍為 -55 +150，同時 LM35C在-40 到 +110之間（ -10 用于改進(jìn)度）。電壓溫度轉(zhuǎn)換公式如式：0 C 時輸出為 0V，每升高 1，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式，外觀如圖所示。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，其接腳如圖所示，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測；兩種接法的靜止電流溫度關(guān)系如圖所示，在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08 ) ，單電源模式在25C下靜止電流約 50A，工作電壓較寬，可在4

22、20V 的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。LM35主要特點(diǎn)：1）直接用攝氏溫度校準(zhǔn)（ 2）線性 +10.0mV/比例因數(shù)；3）保證 0.5 精度（在 +25時）；4） -55 +150額定范圍；5）適用于遙控設(shè)備；6）因晶體片微調(diào)而低費(fèi)用；7）工作在 430V；8）小于 60A 漏泄電流；9）較低自熱，在靜止空氣中 0.08 ；（10）只有 1/4 非線性值；（ 11）低阻抗輸出， 1mA負(fù)載時 0.1 三位半 LED顯示 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7107ICL7107 是高性能，低功耗的三維半 A/D 轉(zhuǎn)換電路。它包含有段譯碼器，顯示驅(qū)動器，參考源和時鐘系統(tǒng)?？芍苯域?qū)動發(fā)光二極管（ LED）。

23、 ICL7107 將高精度、通用性很好的結(jié)合在一起，有低于 10 V 的自動效零功能，零漂小于 1 V / C。主要特點(diǎn)：保證零電平輸入時，各兩量程的讀值均為零很低的噪聲差動輸入和差動參考源，直接 LED顯示驅(qū)動不需外接有源電路低功耗管教排列如圖：功能說明：模擬部分：自動效零階段分為三步驟。第一，內(nèi)部高端輸入和低端輸入與外部管腳脫開，在內(nèi)部與模擬公共管腳端接。第二：參考電容充電到參考電壓值第三 , 圍繞整個系統(tǒng)過程一個閉合回路，對自動效零電容 CAZ 進(jìn)行充電，以補(bǔ)償緩沖放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓。差動參考源參考電壓能夠在轉(zhuǎn)換器的電源電壓范圍內(nèi)的任意位置上產(chǎn)生。共模誤差的主要來源是翻轉(zhuǎn)電

24、壓，這是由于參考電容對其接點(diǎn)上的分布電容充電或放電而造成的。如果有以較大的共模電壓，在正電壓輸入下進(jìn)行反向積分時，參考電容回充電（電壓增加）。反之，在負(fù)電壓如上進(jìn)行反向積分時，參考電容會失去電荷。這種由于正負(fù)輸入電壓而在參考電容上造成的電壓差異會導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)誤差。采用外部參考源接法顯示部分溫度信號的檢測和信號調(diào)整3.1 溫度測量及信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)選用合適的傳感器溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。所謂接觸式就是傳感器直接與被測物體接觸進(jìn)行溫度測量，這是溫度測量的基本形式。而非接觸方式是遙測，主要是紅外測溫，這是接觸方式做不到的。紅外測溫是通過測量物體熱輻射發(fā)出的紅外線，從而測量物體的溫度，

25、紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。熱輻射是由于內(nèi)外原因使物體內(nèi)部帶電粒子不斷運(yùn)動，使物體具有一定溫度( 高于絕對零度 ) 而產(chǎn)生懂得一種熱輻射現(xiàn)象。雖然紅外測溫傳感器有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但其市場價格昂貴LM35 集成溫度傳感器接觸式熱電型的溫度傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換成電勢信號，可以實(shí)現(xiàn)溫度的測量和溫度信號的轉(zhuǎn)換。LM35溫度傳感器 LM35 是 NS 公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來說， LM35 與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處， LM35 無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供 1/4 的常

26、用的室溫精度。 它在工程實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛 , 能用來測量點(diǎn)的溫度和壁面溫度，也能用來進(jìn)行動態(tài)溫度測量。LM35有明顯的優(yōu)點(diǎn) :（1）結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格便宜。（2）測溫精度較高，高溫區(qū)的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好（3）由于測溫顯示電信號，便于訊號的遠(yuǎn)傳和記錄，也有利于集中檢測和控制。31.2 信號調(diào)整天路設(shè)計(jì)LM35 是一種內(nèi)部電路已去噪校準(zhǔn)放大的集成溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，輸出端電壓信號基本滿足本設(shè)計(jì)的需求。本處介紹另一種信號去噪放大方法。原理圖如下：這里我們采用高靈敏度高增益低漂移的集成運(yùn)算放大器 AD707J。其中低通濾波器，時間常數(shù)越大，消除噪音效果越好，但響應(yīng)的速度變慢

27、。另外，R3 和R3C1 組成增大，運(yùn)放的輸入偏置電流要產(chǎn)生偏置電壓，因此，R3不能過大。AF=1+3.2 溫度測量的誤差分析LM35 溫度傳感器是常用的傳感器之一。使用溫度傳感器不可避免地存在測量誤差，引起該測量溫誤差的原因是多方面的，下面介紹可能存在的幾個主要原因:（ 1）傳熱誤差測溫時，必然會通過熱敏元件進(jìn)行熱量交換，有傳熱現(xiàn)象存在，LM35 工作端所感受的溫度就不能完全正確反映被測環(huán)境的溫度，存在誤差，通過信號放大，該誤差進(jìn)一步增大從而引起測量誤差。2）動態(tài)誤差被測對象溫度變化后，測溫儀表來不及立即指出變化了的溫度，從而引起讀數(shù)誤差。對于快速變化的溫度，由于測溫元件的熱惰性，動態(tài)誤差可

28、能很大。（3）線路電阻誤差線路中電阻對信號傳導(dǎo)的影響都會引起測溫誤差。所有各種測溫誤差，最終都集中反映在E-t 關(guān)系上。因此，對各種誤差的大小必須針對某一具體問題進(jìn)行分析，從中抓住主要矛盾，以便提高測量精度。溫度控制電路的設(shè)計(jì)4.1控制電路本設(shè)計(jì)的控制電路分為三個部分：溫度控制部分、預(yù)控部分、電熱元件控制部分電路原理圖如下：12345S1SW-SPDTLM3 51Q1D3D1L12INDUCTORCOMPONENT_2DIODETRIACQ212-5 V+5VTRIACR1 2RES2R4R8RES2R11R108RES2RES28U1ARES2R2 RES28U2 AR5 RES23U4 A

29、1C33R612DIODE SCHOTTKY12D22RES21 458R1W2R34RES2RES21458C1145 8R74RES2ELECTRO2 W1R9RES24RESISTOR TAPPEDRESISTOR TAPPED8R2 3U5 A3RES21R2 42RES2145 8R2 5RES24B溫度控制部分：溫度控制選擇可通過電位器W2 來實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)W2 可使其中間頭的電壓在01.65V 之間的范圍內(nèi)變換，對應(yīng)的控制溫度范圍為 0 165，完全可以滿足一般的加熱需要。將開關(guān) K 打在 2 的位置，電位器 W2中間頭的電壓經(jīng)過電壓跟隨器 A 后送到數(shù)顯表頭輸入端來顯示控制溫度數(shù)

30、值 調(diào)節(jié)電位器 W2，數(shù)顯表頭所顯示的數(shù)值隨之變化，所顯示的溫度數(shù)值即為控制溫度值溫度預(yù)控部分：電位器 W1為預(yù)控溫度調(diào)節(jié)，其電壓調(diào)節(jié)范圍為0 0.27V，對應(yīng)可調(diào)節(jié)溫度范圍為0 27電熱元件控制部分：W1電位器調(diào)整后，其中間抽頭的電壓與電位器W2中間抽頭的電壓分別送入比較放大器 B(放大倍數(shù)為 1）的反相及同相輸入端， B 輸出端的電壓為二輸入電壓之差此電壓對應(yīng)兩個設(shè)定的溫度值之差例如將 W1調(diào)至 0.10V，對應(yīng)溫度 10；將 W調(diào)至 O.80V，對應(yīng)溫度 80 B 的輸出電壓為 0.70V，表示溫度 70此電壓與集成溫度傳感器輸出的電壓送到電壓比較器 C 中進(jìn)行電壓比較 當(dāng) LM35輸出

31、的電壓小于 B 的輸出電壓時， C輸出高電乎，可控硅 T1 因獲得偏流一直導(dǎo)通，交流 220V 直接加在電熱元件兩端，進(jìn)行大功率快速加熱 當(dāng) LM35 輸出的電壓大于 B 的輸出電壓而小于 A 的輸出電壓時，表明實(shí)際溫度已接近控制溫度， C 輸出低電平，可控硅 T1 因無偏流處于截止?fàn)顟B(tài)，電壓比較器 D 輸出高電平，可控硅 T2 仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，交流 220V 需要通過二極管 D2 加在電熱元件兩端，進(jìn)行小功率慢速加熱 ( 此時的加熱功率僅為原來的 25%) 當(dāng)實(shí)際溫度上升到 80 以上時， LM35的輸出電壓大于 0.80V，電壓比較器 D 輸出低電平，可控硅 T2 也截止，電熱元件斷電由于

32、此時加熱功率較小，加上散熱作用，溫度不會大幅度上升, 其實(shí)際溫度在控制溫度左右一個很小范圍內(nèi)波動，這樣就實(shí)現(xiàn)了溫度的較高精度的自動控制。4.2控制系統(tǒng)中的電壓比較技術(shù)4.2.1 比較器的工作原理比較器是由運(yùn)算放大器發(fā)展而來的，比較器電路可以看作是運(yùn)算放大器的一種應(yīng)用電路。由于比較器電路應(yīng)用較為廣泛，所以開發(fā)出了專門的比較器集成電路。圖1(a) 由運(yùn)算放大器組成的差分放大器電路，輸入電壓VA 經(jīng)分壓器 R2、R3 分壓后接在同相端，VB 通過輸入電阻R1 接在反相端， RF 為反饋電阻，若不考慮輸入失調(diào)電壓，則其輸出電壓 Vout 與 VA、 VB 及 4 個 電 阻的 關(guān) 系 式 為 ： Vo

33、ut=(1+RF/R1) R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若 R1=R2， R3=RF，則 Vout=RF/R1(VA-VB)， RF/R1 為放大器的增益。當(dāng)R1=R2=0(相當(dāng)于 R1、 R2 短路 ) ，R3=RF=( 相當(dāng)于 R3、RF 開路 ) 時， Vout=。增益成為無窮大，其電路圖就形成圖 1(b) 的樣子，差分放大器處于開環(huán)狀態(tài)，它就是比較器電路。實(shí)際上，運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)時，其增益并非無窮大，而 Vout 輸出是飽和電壓，它小于正負(fù)電源電壓，也不可能是無窮大。 從圖 4 中可以看出，比較器電路就是一個運(yùn)算放大器電路處于開環(huán)狀態(tài)的差分放大器電路。同相放大器電路如圖

34、 5 所示。如果圖 5 中 RF=， R1=0 時，它就變成與圖 3(b) 一樣的比較器電路了。圖 5 中的 Vin 相當(dāng)于圖3(b)中的VA。電壓比較器電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小( 也有兩個數(shù)字電壓比較的，這里不介紹 ) ，并判斷出其中哪一個電壓高，如圖 1 所示。圖 1(a) 是比較器，它有兩個輸入端：同相輸入端 ( “+” 端) 及反相輸入端 ( “- ”端 ) ，有一個輸出端 Vout( 輸出電平信號 ) 。另外有電源 V+及地 ( 這是個單電源比較器 ) ，同相端輸入電壓 VA，反相端輸入 VB。 VA和 VB的變化如圖 1(b) 所示。在時間 0t1 時， VAVB；在

35、t1 t2 時， VBVA；在 t2 t3 時，VAVB。在這種情況下， Vout 的輸出如圖 1(c) 所示： VAVB時， Vout 輸出高電平 ( 飽和輸出 ) ；VBVA時， Vout 輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個電壓大。如果把 VA輸入到反相端， VB輸入到同相端， VA及 VB的電壓變化仍然如圖 1(b) 所示，則 Vout 輸出如圖 1(d) 所示。與圖 1(c) 比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與 VA、VB的輸入端有關(guān)。 圖 2(a) 是雙電源 ( 正負(fù)電源 ) 供電的比較器。如果它的 VA、 VB輸入電壓如圖 1(b) 那樣，它的輸出特性如圖 2(b)

36、所示。 VBVA時， Vout 輸出飽和負(fù)電壓。如果輸入電壓 VA與某一個固定不變的電壓 VB相比較，如圖 3(a) 所示。此 VB稱為參考電壓、基準(zhǔn)電壓或閾值電壓。如果這參考電壓是 0V(地電平 ) ，如圖 3(b) 所示，它一般用作過零檢測。比較器與運(yùn)放的差別運(yùn)放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運(yùn)放的開環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高 ( 使比較器響應(yīng)速度更快 ) 。另外，比較器的輸出級常用集電極開路結(jié)構(gòu)，如圖 6 所示，它外部需要接一個上拉電阻或者直接驅(qū)動不同電源電壓的負(fù)載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補(bǔ)輸出，無需上拉電阻。這里順便要指出的

37、是，比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時可采用通用運(yùn)放來做比較器電路。如在 A/D 變換器電路中要求采用精密比較器電路。 由于比較器與運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，其大部分參數(shù) ( 電特性參數(shù) ) 與運(yùn)放的參數(shù)項(xiàng)基本一樣 ( 如輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、輸入偏置電流等 ) 。顯示電路的設(shè)計(jì)5.1顯示電路原理ICL7107 是高性能，低功耗的三維半 A/D 轉(zhuǎn)換電路。它包含有段譯碼器，顯示驅(qū)動器，參考源和時鐘系統(tǒng)?？芍苯域?qū)動發(fā)光二極管（ LED）。5.2顯示電路設(shè)計(jì)38、 39、 40 引腳外接震蕩電路，使用100K的震蕩

38、電阻，震蕩電容f=, 在45KHz震蕩頻率時（每秒讀3 次）， C=100pF.總結(jié)6.1 干擾分析干擾就是有用信號以外的噪聲以及造成電路設(shè)備不能正常工作的破壞因素?？刂葡到y(tǒng)的好壞往往取決于其抗干擾能力的強(qiáng)弱。好的控制系統(tǒng)不僅要求其各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和配置具有完備的功能，而且要求其具有良好的抗干擾性和穩(wěn)定性，否則再完善的系統(tǒng)和功能設(shè)計(jì)，抗干擾性能不好，亦將前功盡棄。系統(tǒng)干擾的來源干擾的來源一般可以分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾通常是由于系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理、制造工藝的缺陷等造成的，比如系統(tǒng)分布電容、分布電感引起的藕合感應(yīng)，對點(diǎn)接地造成電位差引起的干擾等。而外部干擾都是由外界環(huán)境因素決定的，典型

39、的有輸電線和電氣設(shè)備發(fā)出的電磁場，通信廣播發(fā)出的無線電波，濕度等氣象條件。在抗干擾技術(shù)方面，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，采取硬件措施一般可以將絕大部分干擾拒之門外。測控單元硬件抗干擾措施（1）波波器是硬件抗干擾經(jīng)常使用并且效果明顯的器件。使用最多的是低通濾波器，一般使用 RC 濾波器，它能夠很好的抑制信號傳輸線路中的高頻噪聲和抑制工頻干擾，起到良好的抗干擾作用。本設(shè)計(jì)顯示單元為了減小噪聲信號、工頻信號以及突發(fā)尖脈沖等干擾信號的影響，采用低通濾波電路，以高系統(tǒng)的可靠性。（2）在測控單元中，電子線路采用的都是手工焊接的方式，在設(shè)計(jì)和制作電路時時從下列幾個方面加以了考慮：在結(jié)構(gòu)布局上，數(shù)字電路、模擬電路、大電流

40、器件和噪聲源器件（如繼電器）等分開放置。對于頻率很高的時鐘電路，盡量靠近腳放置，使時鐘線盡量短。布線時，電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)線傳遞的方向一致，增強(qiáng)系統(tǒng)抗噪聲的能力。盡量避免長距離的平行走線，以防它們之間相互串?dāng)_。拐角處應(yīng)為斜線，避免直角。6.2 電路的調(diào)試對溫度檢測電路進(jìn)行調(diào)試首先對 LM35的溫度 - 電壓輸出端進(jìn)行測量，調(diào)試確定有輸出信號后繼續(xù)調(diào)試電路2）對溫度顯示電路進(jìn)行調(diào)試對 ICL7107 芯片的信號輸入電路，振蕩電路、接地點(diǎn)，輸出引腳進(jìn)行調(diào)試。測試是否有相應(yīng)輸入輸出3）對溫度控制電路調(diào)試首先對溫度預(yù)控電路調(diào)試。其次對電壓跟隨器進(jìn)行調(diào)試。再次對電壓比較器電路調(diào)試4）對可控硅電熱元

41、件電路進(jìn)行調(diào)試6.3 總結(jié)與改進(jìn)整個設(shè)計(jì)主要分為三個步驟完成 : 尋找設(shè)計(jì)溫度控制電路方案，確定電路結(jié)構(gòu)原理；查找應(yīng)用元件相關(guān)資料；完成硬件電路制作與調(diào)試。在設(shè)計(jì)的研究制作過程中，遇到了很多困難 : 由于欠缺做電路的經(jīng)驗(yàn)，在做硬件時遇到了很多困難，繞了很多彎路。由于時間人力和條件的限制，本設(shè)計(jì)還存在一些不足之處，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善:系統(tǒng)調(diào)試校準(zhǔn)過程不足，需要進(jìn)一步調(diào)試校準(zhǔn)。LM35的準(zhǔn)確定和穩(wěn)定性在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的并不好， LM35芯片的輸出引腳會出現(xiàn)沒有信號的現(xiàn)象，影響了本設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果對模數(shù)混合的電路，去干擾是十分重要的環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)沒能對抗干擾工作做好參考文獻(xiàn)1、 胡翔俊 . 電路分析

42、. 北京：高等教育出版社 ,20002、 譚博學(xué) . 集成電路原理 . 北京 : 電子工業(yè)出版社， 20073、 曾興雯 . 高頻電子線路 . 北京 : 高等教育出版社 ,20044、陳花玲 . 機(jī)械工程測試技術(shù) . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,20025、 黃賢武 . 傳感器原理與應(yīng)用第二版. 成都 : 電子科技大學(xué)出版 ,20046、趙繼文 . 傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) . 北京 : 科學(xué)出版社 ,20037、范茂言 . 溫度傳感器的選擇與使用J電子產(chǎn)品世界 2000(7):19-208、A Robust Stabilization Problem of Control System and Its Application to Ba cking up Control of a Trucktrailer J.IEEE Trans on Fuzzy System.1994,2(1):1 99-1349、Huibert