水溫控制電路的設(shè)計報告

1、 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 一設(shè)計要求1二設(shè)計作用目的三設(shè)計的具體實現(xiàn) HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 1系統(tǒng)概述12設(shè)計原理及方法 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 3 PCB版電路制作1四心得體會12五元器件明細表 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 六參考文獻13附圖水溫控制電路設(shè)計報告一設(shè)計要求1、要求控制電路能夠?qū)κ覝?260C有非常敏感的反應。2、有溫

2、度設(shè)定功能，例如限制溫度為40C，對應4V電壓值。3、當溫度超過設(shè)定值時，指示燈點亮進行報警提示。4、總體設(shè)計畫出電路原理框圖。5、單元電路設(shè)計。6、原理圖設(shè)計并繪制原理圖。7、利用仿真軟件進行電路仿真，列出元件明細表。8、撰寫設(shè)計說明明書。二設(shè)計作用、目的1、設(shè)計制作一個可以測量和控制溫度的水溫控制電路，該電路能夠 將水溫控制在一個合適的范圍內(nèi)，實現(xiàn)對水溫范圍的改變。2、溫度控制器是實現(xiàn)可測溫和控溫的電路，通過對溫度控制電路的 設(shè)計安裝和調(diào)試了解溫度傳感器的性能，學會在實際電路中的應用。進一 步熟悉集成運算放大器的線性和非線性的應用。3、能夠使用電路仿真軟件進行電路調(diào)試。4、學會用prote

3、l軟件繪制電路的設(shè)計原理圖和制做PCB板。5、充分利用模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識進行實踐設(shè)計。三設(shè)計的具體實現(xiàn)3.1系統(tǒng)概述本設(shè)計要將水溫轉(zhuǎn)化成電信號才能控制。所以采用LM35溫度傳感器 來轉(zhuǎn)化，將溫度信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，經(jīng)適當放大后與設(shè)定的電壓比較， 設(shè)定的電壓就代表特定的溫度值。當實際溫度高于設(shè)定溫度時，控制電路停止加熱；當實際溫度低于設(shè)定溫度時，使電路 接通加熱。這樣就能自動控制溫度在某個值或小范圍波動。3.2設(shè)計原理及方法根據(jù)設(shè)計任務及要求有以下原理方框圖圖1,該設(shè)計問題可分為溫度傳 感器模塊，主要負責溫度信號與電壓信號的轉(zhuǎn)化；放大器模塊，使輸出電壓 變?yōu)樵瓉淼氖?；比較器模塊，控制溫度的

4、設(shè)定電壓；繼電器、加熱模塊， 當被測溫度超過設(shè)定溫度時，繼電器動作，是觸點斷開停止加熱，反之被測 溫度低于設(shè)置溫度時，繼電器觸點閉合，進行加熱。由于電路中含有運算放 大器，需接入 12V直流穩(wěn)壓電源。溫度傳感器放大器被控對象| 口 I |執(zhí)行機構(gòu) 比較器圖1控制原理方框圖3.3單元模塊設(shè)計3.3.1溫度傳感器模塊本設(shè)計選用LM35溫度傳感器連轉(zhuǎn)化溫度。LM35的輸出電壓與攝氏溫度 呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換公式為：V = 10mV oC x T oC在0C時輸出為0V，每升高1C輸出電壓增加10mV,LM35的外觀如圖 2所示BOTTOM VIEW圖3 LM35實物圖圖圖3 LM35實物圖常溫下LM35

5、不需要額外的校準處理即可達到土 1/4C的準確率。此設(shè)計 采用單電源供電，在25C下的靜默電流約50 A ,非常省電，并且無散熱問 題，精度非常高。并且輸入電壓寬，從4V到30V都可以。所以選擇LM35很 合適。3.3.2放大器模塊放大器和比較器均要用到運算放大器，這里采用 LM324集成運放。 LM324是4個運算放大器的集成器件，這個設(shè)計中選擇其中的兩個使用。 LM324的接線圖如圖4：14 13 12 11 13 9 8LI LI 7廿12 3456 ?圖4LM324接線圖下面說明放大器的原理：此設(shè)計用正相比例放大器，使輸出時正電壓，考慮到控制的溫度是室溫 到80 oC，所以取放大器的放

6、大倍數(shù)為10倍(即溫度縮小10倍)比較合適。 正相比例放大器的原理圖如圖5：圖5放大器原理圖 由運放的“虛短”“虛斷”的性質(zhì)有V = Vi = 0V V 一 V=R 1 2 R、=(1 + r2. ) V_1這里取 R=10KQ，則 R這里取 R=10KQ，則 R2=90 KQ大，則設(shè)定的電壓值與溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系就為10倍，比較容易控制和調(diào)節(jié)。 實際中取R2=90.9 KQ。3.3.3比較器模塊這里采用簡單的單限電壓比較器，使用的運算放大器為LM324中的 一個。電路圖如圖6：o_：V7 ：vee：R3 ： AA/% WkG :mg 。：vee：R3 ： AA/% WkG :mg 。：Key：-

7、Ar 1111-:lOkCl :vcW:U2UEE OPAMP 5T_VIRTUAL_VEEd2V圖6單限電壓比較器圖6中1接放大器的輸出電壓作為比較器的輸入電壓，3接輸出電壓。此時放大器工作在非線性狀態(tài)，輸出電壓只有正或負兩種飽和值。這種情況 下運算放大器的輸入端“虛短”不再適用。當VV時，V =12V，當VV時，+_o+_V = 一12V。這種情況下，運算放大器的“虛短”仍然可用，則有 oV. = VV+= V4= V11所以可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來控制V”的值。圖中增加R9 =5 KQ的電阻，是為了控制vii的最大值不超過6V，即設(shè)定 的溫度值不超過60 C。當滑動變阻器的接入電阻為0時

8、，v = ?3x 12V11 R3 + R9取R =5KQ，R =5 KQ 即可達到要求。3.3.4繼電器模塊繼電器是可以高溫控制低溫的器件，其內(nèi)部構(gòu)造及工作原理如圖7：醐電般蠕觸點圖7繼電器構(gòu)造及原理圖當?shù)蛪弘娫炊碎_關(guān)接通后電磁鐵由于電流產(chǎn)生磁性，吸住磁鐵使高壓電 源的開關(guān)接通，實現(xiàn)了低壓控制高壓。下面要解決的問題就是怎樣在電路中實現(xiàn)低壓電源端的開關(guān)自動打開和 閉合?？紤]到比較器的輸出電壓為正或負的12V，就可想到二極管的單向?qū)?電性。因此可以用二極管來代替自動開關(guān)的作用。使用發(fā)光二極管能夠看到 電路的通斷。繼電器模塊的電路圖如圖8：圖8繼電器電路圖圖中Port端接比較器模塊的輸出電壓作為此

9、電路的輸入電壓，當輸入電 壓為+12V時，發(fā)光二極管導通，當輸入電壓為-12V時，發(fā)光二極管截止。 接入三極管的目的是放大電流信號，使繼電器能正常工作。由于發(fā)光二極管 的導通電流與三極管的基極電流不匹配（發(fā)光二極管的導通電流大一些），故 需要在發(fā)光二極管的負極接一個電阻，與基極電阻并聯(lián)，這樣流入基極的電 流就變小，使三極管能正常工作。一般取R6=10KQ，實際的發(fā)光二極管正向?qū)〞r有2V的壓降，所以 發(fā)光二極管正向?qū)〞r負極的電位約為10V，流過的電流約為6mA。三極管 的基極電流為rA量級，所以與基極并聯(lián)電阻R=2 KQ即可。繼電器選取的是額定電壓為12V的常開型型號。即在無電流通過繼電器

10、時，繼電器高壓端開關(guān)打開，加熱電路不工作，當有一定的電流通過時，繼 電器產(chǎn)生磁性使高壓端開關(guān)閉合。普通二極管的作用是保護繼電器不因電流反流時燒壞。3.3.5加熱模塊加熱電阻是很簡單的加熱器串聯(lián)電路，加熱電路中串聯(lián)保險絲防止電流Port端接220V市電即可。繼電器電路自動控制開關(guān)的閉合。3.4電路的安裝與調(diào)試3.4.1電路的安裝由于電路中用到了集成塊，所以電路的焊接時空間不是很大，要注意布 線的規(guī)則。LM35焊接時，最好用三根導線接出，這是因為LM35是要與加熱電路 中的電熱絲放在一起。LM324中要用到其中的兩個運算放大器，最好選用接 頭為5/6/7和8/9/10的兩個運放。在兩邊分別安裝比例

11、運放的電阻和比較器 的電阻。繼電器的開關(guān)端也要用導線引出接電熱絲。最后將所有的+12V端， GND端，12V端分別連在一個節(jié)點并用導線引出接電源。電路焊接時，注意LM35，LM324，三極管的管腳，發(fā)光二級管和普通 二極管的極性。3.4.2電路的調(diào)試電路焊好后，接通穩(wěn)壓電源（先不要接通發(fā)熱電路得電源，注意安全）。用萬用表測量LM35輸出端的電位，設(shè)為Vi，則有T（ T（ C）V110mV用萬用表測量比較器正向輸入端的電壓，現(xiàn)在的室溫在15 oC左右，調(diào) 節(jié)滑動變阻器，當比較器的vp為1.5V以上時，就能觀察到很容易就能觀察 到發(fā)光二極管燈亮，這時用萬用表測繼電器的開關(guān)的兩端電阻，發(fā)現(xiàn)接近0,

12、表明此時開關(guān)閉合（若接通加熱電路，則加熱電路工作）；加熱溫度傳感器， 很快就可以觀察到二極管熄滅，并能聽到開關(guān)動作的聲音，再測繼電器開關(guān) 端電阻，應是無窮大，表明開關(guān)斷開（若接通加熱電路，則加熱電路不工作）。 3.5電路的仿真圖10仿真電路圖圖10仿真電路圖圖10是電路圖（不包括溫度傳感器和繼電器模塊）3.6 PCB版電路制作由于使用的軟件是Protel 2004軟件，因此PCB制版的步驟如下：1、運行Protel 2004程序，設(shè)計完成上述濕度檢測電路的原理圖，在檢 查無誤后，將文件以Sheet2.SCHDOC為文件名保存在一個文件夾里。2、創(chuàng)建一個PCB工程，將Sheet2.SCHDOT加

13、入到工程里，同時在工程 中增加一個名為Sheet2.PCBDOC的PCB文件，將其保存在Sheet2.SCHDOT 所存在的文件夾里。3、在原理圖編輯環(huán)境中，執(zhí)行Design/Update PCB命令，系統(tǒng)彈出工程 變化列表后，單擊左下角Execute Changes按鈕，系統(tǒng)按照變化一步一步執(zhí) 行載入操作，完成后，關(guān)閉工作變化表。4、PCB編輯器工作環(huán)境下，將所有元器件移入電路板的禁止布線層。5、執(zhí)行Tools/Auto Placement/Auto Placer命令，進行自動布局。自動布 局結(jié)束后手工調(diào)整布局后，執(zhí)行Auto Route /All命令，單擊彈出的對話框右 下角Route A

14、ll按鈕進行自動布線后手動調(diào)整后如圖11所示：圖11 PCB板手工布線圖（6） 在Top Layer層上執(zhí)行Place /Polygon Plane命令，在彈出的對話 框中單擊OK按鈕，會出現(xiàn)是自動定位線跟隨在鼠標指針上，依照電路板中需要鋪銅的區(qū)域畫出一個閉合多邊形。完成后，敷銅會自動進行，結(jié)果如圖 12所示：圖12敷銅后的PCB板圖四課程設(shè)計心得此次課程設(shè)計考查了我們設(shè)計電路的能力和動手繪圖的能力。從中我學 到了很多東西。通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能 力。在整個設(shè)計過程中，我們通過的這個方案包括設(shè)計了一套電路原理和PCB 連接圖。在仿真和制版過程中，遇到很多問題，是以

15、前我從沒有接觸過的。 通過向老師和同學的請教學習，最終解決了問題，并且從中學到了很多其中 軟件的操作和使用。而且這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論 知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得 出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。還有，在這次課程設(shè)計中遇到的一系列問題讓我學會了思考，找到了 以往學習中的缺陷：不善于發(fā)現(xiàn)問題，缺乏解決問題的能力。由于是第一次做課程設(shè)計，所以花的時間很多。通過這次課程設(shè)計，我 學會了如何使用仿真軟件Protel和Multisim。但仍然用的不太熟練，在繪圖 過程中，遇到了很多麻煩。有

16、些電路元件找不到，還有布局時也出現(xiàn)了很多 問題，再就是由于元件的參數(shù)選取的不合時導致仿真失敗，只有選取合理的 參數(shù)才會仿真處想要的效果。最重要的是通過這次課程設(shè)計我深深體會到能把所學的知識運用到實踐 中才是真正掌握。這次的課程設(shè)計時間有些倉促，我們剛學完模電的相關(guān)知 識就運用到電路中，剛開始覺得很難，相關(guān)的知識掌握得不到位，但隨著設(shè) 計的深入，發(fā)現(xiàn)所學的知識在我設(shè)計的電路中得到了很好的運用，在課程設(shè) 計的同時，鞏固和掌握了現(xiàn)學的知識，這才是設(shè)計的目的。這只是一次簡單的課程設(shè)計，只是一個開始，設(shè)計的東西在實際中的運 用還尚欠缺，但從中我學到了遇到困難要解決，不能浮躁，要靜心，耐心， 細心的做事，堅持下去。經(jīng)過和小組成員的一起努力，我們終于完成了這次 課程設(shè)計，雖然不是很好。在以后的課設(shè)中，我相信有這次的經(jīng)驗會做得更 好。五 元器元件明細表名稱序號型號數(shù)量zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzR110K1R290K1R35K1電阻R410K1R55K1R610K1R72K1電位器Rw10K1發(fā)光二極管D1LED（紅）1三極