簡易溫度監(jiān)控電路設計報告

1、華北科技學院課程設計報告簡易溫度監(jiān)控電路設計報告、設計要求當水溫小于50C時，H1、H2兩個加熱器同時打開，將容器內(nèi)的水加熱;當水溫大于50C，但小于60C時，H1加熱器打開，H2加熱器關閉；當水溫大于60C時，H1、H2兩個加熱器同時關閉；當水溫小于40C，或者大于70C時，用紅色發(fā)光二極管發(fā)出報警信號;當水溫在40C70C之間時，用綠色發(fā)光二極管指示水溫正常；電源：220V/50HZ的工頻交流電供電。、設計作用、目的設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)水的溫度，以檢測到的溫度 信號控制加熱器的開關，將水溫控制在一定范圍之內(nèi)。三、設計的具體實現(xiàn)系統(tǒng)概述設計思路：系統(tǒng)主要要求將溫

2、度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，再將其轉(zhuǎn)化為控制信號，從而 對外部加熱電路進行控制，從而自動的調(diào)節(jié)水溫。設計方案：采用熱敏電阻根據(jù)溫度的變化來引起電壓的變化，再利用比較運算放大器 與設置的溫度值所對應的電壓進行比較，輸出高電平或低電平從而對控制對象進行控制。 其可分為三大部分：測溫電路，比較顯示電路，控制電路。華北科技學院課程設計報告圖1溫度控制系統(tǒng)組成圖由上面的拓撲圖可知，本溫控系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是測溫部分，根據(jù)所測量 的溫度與給定值進行比較部分，比較后的得出的信號返至加熱部分，得以讓加熱部分調(diào)控 水溫，達到對水溫控制的目的，同時也反應到顯示部分，讓其正確的表達溫度的狀態(tài)。系統(tǒng)工作原理：想要讓

3、系統(tǒng)正常穩(wěn)定地工作，必須要有一個關于溫度的準確信號值， 為了使信號輸出誤差很小，可以選用橋式測壓電路，這樣可以得出穩(wěn)定的與溫度相對應的 電壓值。關于運放的選用可以使用LM324或者TL082。關于比較部分可以用電位器來調(diào)節(jié) 上下限電壓，通過電壓的不同來開關三極管，以達到使綠色和紅色二極管根據(jù)不同溫度亮 滅的目的。同時也可根據(jù)第一部分輸出的電壓通過運算放大器的放大來控制繼電器以達到 控制外電路的目的。通過對電路的通盤考慮，使用LM324比較容易實現(xiàn)第一部分的功能， 同時根據(jù)采購的局限，正熱敏電阻可以使用50Q的滑動變阻器代替，至于繼電器和外部 電路，可以用二級管將其代替，用二極管的亮滅來表示其是

4、否正常工作，這樣安排可以節(jié) 省電路板的使用空間，而且可以有效且方便地調(diào)試工作。華北科技學院課程設計報告單元電路設計、仿真與分析2.1溫度檢測單元電路2.1.1電路結(jié)構及工作原理圖2溫度檢測單元電路圖圖2溫度檢測單元電路圖如上圖所示橋式溫度測量電路，檢測元件可采用鉑電阻，運放要選擇輸入電阻較大的 運算放大器，其共模抑制比必須高一點以保證運放的精度，為了使運放兩輸入端平衡，兩 個5.6K的電阻要盡量相等5. 6KR7UO華北科技學院課程設計報告工作原理是當鉑電阻(PT100)電壓改變的時候會給運放部分一個電壓差，這個電壓差 再經(jīng)過以上的規(guī)律放大后可以輸出一個電壓信號，此電壓信號是隨溫度變化而正比變

5、化 的，這也為后面的比較電路提供了信號源。2.1.2電路仿真圖3溫度檢測單元電路仿真圖上圖則為在設計軟件下仿真的截圖，在末端可以加裝電壓表，調(diào)節(jié)滑動變阻器可以使 輸出電壓改變，于是可以得出其已經(jīng)具備的將溫度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕哪芰?，阻值的選 取也符合現(xiàn)實采購的的要求。2.1.3元器件的選擇及參數(shù)的確定為了獲得比較高的測量精度，電阻可以選用1%的五環(huán)金屬膜電阻，或者采用電位器 調(diào)節(jié)得到兩只匹配的300K電阻，盡可能實現(xiàn)匹配，提高電路的共模抑制比。U1A和U2B要 選擇輸入電阻較大的運算放大器，如TL082, U3C要選擇精度較高的，輸入電阻較大，共 模抑制比較高的運算放大器，如OP07, LF4

6、12等。華北科技學院課程設計報告2.2比較顯示電路2.2.1電路結(jié)構及工作原理圖4比較顯示單元電路圖上圖為比較顯示電路，其中U1A,U2B構成窗口比較器，假設Ur1和Ur5分別對應40C 和70C水溫，Ur1和Ur5可通過調(diào)節(jié)電位器R1和R5設定，另一方面，Ur1和Ur5實際大 小可通過調(diào)節(jié)電位器測得。對水加熱，測出40C和70C時的電壓，將其分別置于U1A和 U2B的電壓。當Ur1UOUr5時，即水溫在40C到70C之間時窗口比較器輸出為低電平， 綠色發(fā)光二極管點亮，紅色發(fā)光二極管熄滅，指示水溫正常。否則綠色發(fā)光二極管熄滅， 紅色發(fā)光二極管點亮，處于報警狀態(tài)。華北科技學院課程設計報告2.2.

7、2電路仿真電路仿真如上圖所示，當UO在Ur1和Ur5之間時亮綠燈，當UO在U1和U2的范圍外 時亮紅燈，上圖為Ur1UOUr2時的情況。所以此方案可行。2.2.3元件的選擇及參數(shù)的確定此部分為了比較電壓大小運放可以選取LM339J，兩個電位器可以選10K大小，運放 的電壓為正負12V，滑動變阻器的上邊電壓接5V，兩個三極管可以使用2SC1815，更重要的 一點還需要兩個3.3K的上拉電阻以保證三極管的正常運行。發(fā)光二極管LED的壓降一般為1.5V2.0 ，其工作電流一般取10mA20 mA為宜。 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5V,它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻 以控制通過管子的

8、電流。限流電阻R的計算公式為：華北科技學院課程設計報告E UFIF其中E為電源電壓，Uf為LED管壓降，If為其工作電流。2SC1815的VCE值為0.25V。 通過計算，137.5Q R325Q，此處R可選取300Q。2.3溫度控制單元電路2.3.1電路結(jié)構及工作原理10kQ Key=A10g Key=AR5 300QK LED1R6 10kQ Key=A10g Key=AR5 300QK LED1R6 300GX 乂 LED2-12 V圖6溫度控制單元電路圖華北科技學院課程設計報告控制電路由兩個運放，晶體三極管，電位器，繼電器，加熱器及電阻組成，運放選用 LM339,通過改變電位器來改變電

9、壓，從而控制加熱器，設U1和U2分別對應50C和60C的 水溫，則Ur1和Ur2分別可通過調(diào)節(jié)電位器來設定，當UOUr1時，即水溫小于50C時， 繼電器常開觸點閉合，加熱器H1和H2都工作；當Ur1UOUr2時，兩個繼電器都斷開， 0兩個加熱器都停止工作。2.3.2溫度控制單元仿真電路VSSVDD5V誠%卜-Key=A |UCOMP5 XXY 24 Y12VVS +LM339J2BUCOMP7 XXY 16 VSSVDD5V誠%卜-Key=A |UCOMP5 XXY 24 Y12VVS +LM339J2BUCOMP7 XXY 16 YVS +R7_l3.3kQVDDi5VR8甲33k。tR4t

10、5.1kQ匹器4001LED2R6300。Q2122SC1815LM339J2SC1815VEE-12V圖7溫度控制單元仿真電路圖由仿真電路可得當UO的電壓小于3V且大于2.5V時只有一個加熱電路工作，當UO 小于2.5V時，兩個加熱電路都會工作，當電壓UO大于3V時兩個加熱電路將會停止工作。 上圖為UO大于2.5V小于3V時的情況。華北科技學院課程設計報告2.3.3元件的選擇及參數(shù)的確定這部分元器件的選取和參數(shù)的確定和比較顯示單元電路相類似，R選取300Q,上 拉電阻取3.3K，具體過程這里不再贅述。2. 4電源單元電路U1U2 LM7912CT圖8電源單元電路圖圖8為電源電路，這個單元電路

11、可以將220V的交流電變?yōu)?V,12V,-12V的直流電， 為了給后面的電路提供穩(wěn)定的工作電壓，并聯(lián)的電容可以濾波，防止雜波對電路的干 擾。華北科技學院課程設計報告2.5系統(tǒng)仿真仿真截圖一VCC中12VLM339JUMiR11 3.3kQD11N4148R17 300D5 二3 LEER1630JQVCC T|2VMl2VU5BR123.3kQD21N4148R15LM339JR13-4=5.1 kQQ1 4.7kQ|2 SC181S.SC1815VEE-12VLM339JD4 21N4001-R23 r 300QVCC中12VLM339JUMiR11 3.3kQD11N4148R17 300

12、D5 二3 LEER1630JQVCC T|2VMl2VU5BR123.3kQD21N4148R15LM339JR13-4=5.1 kQQ1 4.7kQ|2 SC181S.SC1815VEE-12VLM339JD4 21N4001-R23 r 300Q咬 LED4圖9系統(tǒng)仿真圖一圖9系統(tǒng)仿真圖一由上圖的電壓表讀數(shù)2.747V可知，電壓在2V和3.5V 此時2.747V也在2V和3V之間，故只有一個加熱電路工作。之間時，檢測電路綠燈亮，仿真截圖華北科技學院課程設計報告D12VVEE-12V10kQ Key=A10kD Key=A甲12VU4AR113.3kQD11N4148LM339Jvcc中1

13、2VUSBVEE-n-12 VLM339JR12D2一-1N4148VEE-12VUGALM339J VEELED1SC1815R135.1kQLED33.3g5.1 kQ2SC1815R1730QR1S 30QDL上 1N4001Q1 4.7kDVSSIvss仿真截圖華北科技學院課程設計報告D12VVEE-12V10kQ Key=A10kD Key=A甲12VU4AR113.3kQD11N4148LM339Jvcc中12VUSBVEE-n-12 VLM339JR12D2一-1N4148VEE-12VUGALM339J VEELED1SC1815R135.1kQLED33.3g5.1 kQ2S

14、C1815R1730QR1S 30QDL上 1N4001Q1 4.7kDVSSIvss0l2VR152SC1815VDD 5VR233UOOr5.1KQSC1B15LM339J-o -12 VD4 21N40013.3kJ300QLED4圖10系統(tǒng)仿真圖二上圖是模擬水溫低于40c的情況，第一部分的輸出電壓UO為591.536mV,小于2V,此 時檢測電路紅燈亮，同時591.536mV小于2.5V，故兩個加熱電路都工作。由以上兩例可以證明此仿真電路方案可行。華北科技學院課程設計報告PCB制版平面圖欄里的T ransfer,單擊下拉菜單中的欄里的T ransfer,單擊下拉菜單中的-I二f ,選擇

15、其中的Eo Transfer to Uftiboard 11.0口,、e、“，一 土即可將Multisim文件導入Ultiboard里進仃制版。制版既可自動布局也可手動布局，自動布局過程如下：單擊工具欄中的=，選擇下拉菜單宏 StartAutoolacement中的一開始自動布局。鑒于個人習慣，我采用手動布局法。布局工作完成后開始布線，單擊 Q (start autorouter trace optimization)完成布線工作，此 時制版工作就完成7。華北科技學院課程設計報告3D圖華北科技學院課程設計報告四、心得體會及建議這次電子電路課程設計對我來說是個很大的挑戰(zhàn)。初學模擬電子技術基礎這門

16、課程，我個人感覺有點抽象，對知識的掌握不是很全 面，也不能將其和現(xiàn)實用途聯(lián)系起來，所以拿到課程題目我后無從下手，沒有一點頭緒， 什么是溫度監(jiān)控，怎么才能把溫度和電子電路知識聯(lián)系起來呢？商老師提供的信息給我指 明了方向：“以鉑電阻PT100作為溫度傳感器監(jiān)測容器內(nèi)水的溫度”，我以此為線索開始在 書籍和網(wǎng)上查找有關資料，在前人的基礎上得出了這份課程設計報告。我認為對電子電路知識的學習應該認真和謹慎，并保持一個積極的心態(tài)去面對它，要 不怕苦不怕累。我們知道，理論知識學起來有時很枯燥，但我們不能就此放棄，而應該問 老師、同學或者查資料把不懂的知識融會貫通，讓自己的電子電路知識豐富起來。接觸了這門課程后

17、我認為有兩點需要我們學生注意：首先，要懂得把理論知識和實際 生活聯(lián)系起來。眾所周知，學習理論的最終目的是為了實踐，同時，也只有實踐才能檢驗 理論的準確與否。理論聯(lián)系實際是一個很艱辛的過程。理論課中的元器件大多數(shù)都是在理 想狀態(tài)下工作的，而我們生活中的諸多環(huán)境因素對元器件或多或少都是有影響的，所以這 給實際應用帶來了不便。通過學習后我們會了解到，電子電路里的很多參數(shù)都是取近似值 的，這也給我們學生帶來了一個挑戰(zhàn)，到底什么情況下該取近似值呢？我認為，只有掌握 了足夠多足夠全面的知識后，我們才能懂得里面的奧秘，才能靈活地運用它。其次，善于 運用 EDA（Electronic Design Autom

18、atic，電路設計自動化）軟件，比如 PROTEL，MULTISM， ORCAD，PSPICE，EWB，VISIO，WINBOARD，WINDRAFT 和 IVEXSPICE 等等。運用 EDA 軟件 設計電路圖是電子電路設計的一個重要環(huán)節(jié)，一旦電路的仿真結(jié)果正確，那么我們再做出 制版圖，然后加工成品，設計工作就完成了。EDA軟件是國外軟件，這就要求我們學生有 扎實的英語水平去認識并運用它們，漢化軟件雖說容易操作，可是漢化結(jié)果會使軟件本身 缺少部分功能，所以我們學生盡量使用英文版較好。課程設計歷時近一個月，我要特別感謝商丹老師對我的悉心指導。如果沒有商老師的 指點，這次課設可能無法進展下去，老師的寶貴意見我會銘記在心。我建議我們的電子電路設計課程能穿插于平時的模數(shù)電子課程中，這樣理論聯(lián)系實際 的教學會讓我們學生更好地掌握有關