簡易浴室水溫控制電路設(shè)計

1、簡易浴室水溫控制電路設(shè)計設(shè)計內(nèi)容和要求.設(shè)計一個簡易浴室水溫控制電路。該電力能夠?qū)⑺疁乜刂圃谝粋€合適的范 圍內(nèi)，同時可以通過手動實現(xiàn)對水溫范圍的改變。（1）設(shè)計要求：要求電路能夠通過兩根電阻絲實現(xiàn)對水溫的控制。假定水溫范圍為t t （t t），七為實際溫度。當tt時，兩根電阻絲都通電加熱；當t t 12時，兩根電阻絲都不通電。要求電路在t12溫度點不能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，即電阻絲不能進行短時間內(nèi) 反復在通電和不通電之間轉(zhuǎn)換。要求電路能夠顯示出電阻絲的通電與否。要求電路能夠手動調(diào)節(jié)水溫控制的范圍。根據(jù)上述要求選定設(shè)計方案，畫出系統(tǒng)框圖，寫出詳細的設(shè)計過程。利用Proteus的設(shè)計電路圖，畫出一套完整的

2、設(shè)計電路圖，并列出所有的元件.選題背景和目的意義：電路課程設(shè)計是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實踐性教學環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計，要求達 到以下目的。（1）鞏固和加深學生對模擬電子電路基本知識的理解，提高他們綜合運用本 課程所學知識的能力。（2）培養(yǎng)學生根據(jù)課題需要選學參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學 能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析并解決問題的方法。（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件初步掌握簡 單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（4）了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù) 書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實驗的

3、成果，正 確地繪制電路圖等。（5）培養(yǎng)嚴肅、認真的工作作風和科學態(tài)度。通過課程設(shè)計實踐，幫助學生 逐步建立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點。三.設(shè)計的具體實現(xiàn)系統(tǒng)組成框圖簡易浴室水溫控制電路的總體框圖如圖1所示。它是由水溫監(jiān)測電路、水溫范圍測量電路、電阻絲開關(guān)電路、顯示電路和電源電路5部分構(gòu)成的。VREF1R9：5娜:VCCIflkCt :亦D21011URMF51；5BT12V16-WvR4 lOkQ :R5 VREF1R9：5娜:VCCIflkCt :亦D21011URMF51；5BT12V16-WvR4 lOkQ :R5 ：VA:lOkd :VCC. .13 12VVA:R8 lOkd

4、 : 15VCC1瀏R6 : lOkQ :圖1簡易浴室水溫控制電路的總體框圖水溫監(jiān)測電路的功能是利用溫度傳感器的特性監(jiān)測水溫的變化，同時將溫度 信號轉(zhuǎn)化為電信號。水溫范圍測量電路的功能是利用比較器的原理實現(xiàn)水溫范圍 的確定，同時利用遲滯比較器的遲滯特性來避免跳閘現(xiàn)象。電阻絲開關(guān)電路的功 能是完成控制電路和加熱電路的強、弱電轉(zhuǎn)換。顯示電路的功能是利用發(fā)光二極 管將電阻絲通電與否顯示出來。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電 源。圖2水溫監(jiān)測電路和水溫范圍測量電路主要單元監(jiān)測電路設(shè)計2.1電路中儀器設(shè)備的選擇及水溫范圍測量電路如上圖所示，水溫監(jiān)測電路由可變電阻R9和電阻型溫度傳感器 (RMF5

5、1-583)構(gòu)成。電阻型溫度傳感器是最典型也是最簡單的一種溫度傳感器，它的工作原理 是通過阻抗的變化來表示溫度的變化，同時將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號Vs，即Vs 代表了實際的水溫t。本電路采用電阻型溫度傳感器型號為RMF51-583,是一種正 系數(shù)的電阻型溫度傳感器，即傳感器的阻抗隨溫度的增加而增加?？勺冸娮鑂的9 作用是通過調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，就可以調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，就可以調(diào)節(jié)Vs 的范圍，也就可以調(diào)節(jié)水溫控制的范圍。水溫范圍測量電路即如圖2所示，它由兩部分構(gòu)成：第一部分是由電阻R、 1R2和穩(wěn)壓管DD2構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路；第二部分是由遲滯比較器構(gòu)成的 水溫范圍測量電路。參考電源產(chǎn)生的功能

6、是產(chǎn)生兩個穩(wěn)定的電壓，這兩個電壓代表水溫范圍的上 限值七和下限值ti.由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比較器的輸入，為了防止 出現(xiàn)輸出電流導致參考電源不穩(wěn)定的情況，電路采用電阻和穩(wěn)壓管相結(jié)合的方式 構(gòu)成。其中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均為+8V，因此得到輸出Vrefi=+8V，Vref2=+4V。水溫測量范圍電路的功能有兩個：第一是確定實際水溫和水溫控制范圍的大 小關(guān)系；第二是防止出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。首先Vref1和分別接入兩個運算放大器的同相輸入端，而Vs則同時輸入 到這兩個遢放大器的反相輸入端。這樣當vsv2時，vi和V2輸出都為高電平； 當v vv時，v和v輸 p2 s pi12s pi12 TOC o

7、1-5 h z 出都為低電平(V表示運算放大器的同相輸入端)。由于Vs、Vref1和、皿分別 代表t、t、t1，實際水溫和水溫控制范圍的大小關(guān)系就確定了。職其次，2本電路通過遲滯比較器代替單門限比較器來防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。遲 滯比較器氣的特性表達式為= V = R V/(R + R ) + R V /(R + R ) = (7.3 + 1.1)V = 8.4V1T +P15 REF1 353 1 35(1.1)= V = R V/(R + R ) + 0 = 7.3 V(1.2)1T -P15 REF1 35由式(1.1)和式(1.2)可以得到回差范圍AV = V -V = （8.4-7.3）

8、 V = 1.1 V，即V從高電平轉(zhuǎn)化為低電平和從低 電平轉(zhuǎn)化為高電平的分界點電壓值有了 1.1V的差別，從而可以防止跳閘現(xiàn)象的 出現(xiàn)。同理，遲滯比較器U2的特性表達式為= V = R - V/（R + R ） + R V /（R + R ） = （3.6 +1.1） V = 4.7 V TOC o 1-5 h z 2 T+P 28 REF 2 787 2 78（1.3）= V = R V/（R + R ） + 0 = 3.6 V（1.4）2T +P28 REF 2 78由式（1.3）和式（1.4）可求得遲滯比較器U2的Vt -V2T之差（4.7V-3.6 V） 同樣具有1.1V的回差范圍。2

9、*穩(wěn)壓管：D1，D2選擇參數(shù)為31mA,1W,8.2V的穩(wěn)壓管電源：直流穩(wěn)壓電源9V電阻：R1=（9-8.2）/31=0.026 千歐分別取R1，R2為10千歐在水溫監(jiān)測電路和水溫范圍測量電路中，使用了一個四運放集成電路 LM324，將它作為一個電壓比較器，輸出高電平和低電平的電信號。LM324應(yīng)用作比較器：當去掉運放的反饋電阻時，或者說反饋電阻趨于無窮 大時（即開環(huán)狀態(tài)），理論上認為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大（實際上是很大，如 LM324運放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍）。此時運放便形成一個電壓比較 器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當正輸入端電壓 高于負輸

10、入端電壓時，運放輸出低電平。與各類傳感器配合使用，稍加變通，便 可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。2.2電阻絲開關(guān)電路和顯示電路如圖3所示，電阻絲開關(guān)電路是由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成的。電路 的輸入即為圖2電路中的輸出，即當t 時，V和V都輸出高電平；當t t t時，輸出都為低電平。122由于電阻絲的功能是加熱，即電阻絲中通過的是大電流和大功率，因此電阻 絲需要交流供電，這樣一來，電路中的開關(guān)必須使用繼電器電路。而一般運算放 大電路的輸出電流無法驅(qū)動繼電器，因此需要加入電流放大電路。由于三極管 電路構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型和簡單的電路。其中R1和R2為限流電 阻，防止輸入

11、電流過大燒毀三極管。三極管為共射極電路，三極管飽和導通，可 以將輸入電流放大P倍；當輸入電壓為低電平時，三極管截止，無電流通過。繼電器連接三極管的集電極，當有電流驅(qū)動時，開關(guān)吸合，對應(yīng)的電阻絲通電加熱;當無電流驅(qū)動時，開關(guān)斷開，對應(yīng)的電阻絲不通電，同時繼電器兩端并聯(lián)入二極 管進行保護。顯示電路如圖3所示，通過發(fā)光二極管亮滅來表示電阻絲是否通電，同時由于繼電器的驅(qū)動電流過大，需要加入限流電阻。圖3電阻絲開關(guān)電路2.3電路分析及原理圖（1）當VVREF1時，V1和2輸出都為高電平；從而三極管T1,T2飽和導通，繼 電器K1和K2都有電流通過:繼電器被驅(qū)動，開關(guān)吸合，對應(yīng)的電阻絲通電加熱， 導致發(fā)光

12、二極管工作發(fā)光。當V V Vrefi時，V1和V2輸出都為低電平；三極管T1，T2都截止，繼電器 K1，K2都沒有電流通過，繼電器不被驅(qū)動，電阻絲均不通電加熱。從電路的原理圖以及仿真過程中可以看出，能夠確定出實際的水溫和水溫控 制范圍，能夠達到一定的下限水溫，在沒有達到這個下限水溫之前，兩根電阻絲 同時加熱，使水溫快速上升。當達到這個溫度以后，只有一根電阻絲加熱，節(jié)約 能源。知道水溫上升到一個上限水溫之后，為防止人燙到，電阻絲停止加熱。知 道水溫下降之后，電阻絲才再重新開始加熱，如此循環(huán)加熱，實現(xiàn)了設(shè)計的要求。四心得體會為期一周的課程設(shè)計讓我學到了很多關(guān)于理論方面和實踐方面的知識，讓 我受益匪

13、淺。這次設(shè)計雖然遇到了許多出乎意料的問題，但在老師和同學的虛心 教導下，順利地解決了所有的問題。不僅鍛煉了自己的動手能力，也從一定程度 上鞏固了 Proteus仿真軟件的應(yīng)用，加深了對模擬電路方面知識的理解。在仿真軟件Proteus中，首先，繪制原理圖，接著設(shè)置元件的各種參數(shù)，最 后就要應(yīng)用Proteus的仿真功能觀察實驗現(xiàn)象。在此期間，對電路元件參數(shù)進行 了相應(yīng)的修改，最后得到比較接近實際的仿真結(jié)果。在做實驗的過程中，我們必須對每一個細節(jié)引起重視，尤其是在焊接的過程 中，有一個環(huán)節(jié)出錯，就可能導致整個實驗失敗，所以這次設(shè)計不僅考驗了我們 對知識的吸收和掌握，更重要的是考驗了我們的細心和耐心。不要怕麻煩，特別 是在焊接過程中，我們必須一次一次地核對接線，直至找出問題的所在。同時，在這次設(shè)計中，除了在老師的細心指導下，同學們之間的團結(jié)與互助 也讓我伸手感觸。我深刻地體會到實踐工作是一個團隊的工作，團隊需要我們每 一個人的參議，團結(jié)的力量是無窮的。這種團結(jié)的精神值得我們發(fā)揚光大。五.附錄簡易浴室水溫控制電路元器件清單符號類別數(shù)目備注R9可變電阻1可變范圍為0 - 10kR1，R4，R5，R6，R8,R10，R1110 k7R3，R7，R