溫度控制設(shè)計

.z--.總結(jié)資料學(xué)號：課程設(shè)計題目學(xué)院專業(yè)班級姓名指導(dǎo)教師年月日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作單位：題目:溫度控制的設(shè)計初始條件：電阻、二極管、正負12V電源、UA741、電位器、LED、半導(dǎo)體制冷片，溫度傳感器LM35、開關(guān)要求完成的主要任務(wù):〔包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求〕一、設(shè)計任務(wù)利用溫度傳感器件、集成運算放大器和Tec(ThermoelectricCooler，即半導(dǎo)體致冷器)等設(shè)計一個溫度控制器。二、要求〔1〕控制密閉容器空氣溫度〔2〕容器容積>5cm*5cm*5cm〔3〕測溫和控溫圍：0℃〔4〕控溫精度±1三、發(fā)揮局部

〔1〕測溫和控溫圍：0℃~〔室溫+10時間安排：〔1〕第18周理論講解?！?〕第19周理論設(shè)計、實驗設(shè)計及安裝調(diào)試。地點：鑒主13樓通信工程綜合實驗室、鑒主15樓通信工程實驗室〔1〕指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任〔或責(zé)任教師〕簽名：年月日-.z目錄TOC\o"1-3"\u摘要IAbstract II1EWB簡介12設(shè)計的技術(shù)指標及要求22.1設(shè)計任務(wù)及要求2設(shè)計任務(wù)22.1.2設(shè)計要求22.2設(shè)計思想23選定方案的論證及整體電路的工作原理33.1設(shè)計方案選擇3可行方案：3方案的討論與選擇：33.2選定方案的論證4選定溫度傳感器的論證4選定繼電器的論證4選定運算放大器的論證43.3整體電路的工作原理44單元電路的設(shè)計計算、元器件選擇及電路圖54.1測溫單元54.2信號處理單元54.3溫度比擬單元64.4控制單元75單元電路的仿真及結(jié)果95.1信號放大電路95.2控制電路95.3隔離及指示電路106整體電路圖、元件及器件明細126.1整體電路圖126.2元件及器件明細127設(shè)計小結(jié)137.1成果的評價137.2本設(shè)計的特點137.3存在的問題和改良的意義13參考文獻14-.z溫度控制的設(shè)計摘要控制系統(tǒng)一般由溫度測量局部和溫度控制局部組成。溫度測量局部主要用來接收當前系統(tǒng)中的溫度，然后發(fā)送到控制局部；溫度控制系統(tǒng)主要是用來控制外部降溫系統(tǒng)的，它承受來自溫度測量局部的信號，然后與所要控制的溫度信號進展比擬，從而決定是否降溫。本設(shè)計同樣采用這兩大局部，通過對當前與控制溫度的比照決定是否進展加熱，從而到達控制溫度的目的。 關(guān)鍵字：控制測量溫度AbstractControlsystemisgeneralbytemperaturemeasurementpartandtemperaturecontrolparts.Temperaturemeasurementpartmainlyusedtoreceivethecurrentsystemoftemperature,andsendtothecontrolpart;Temperaturecontrolsystemismainlyusedtocontrole*ternalcoolingsystem,itacceptedfromtemperaturemeasurementpartofthesignal,andthentothetemperatureofthecontrolsignalis,todecidewhethertocool.Thisdesignisalsousedthetwomost,basedonthecurrentandcontroltemperaturecontrasttodecidewhethertoheat,soastoachievethepurposeoftemperaturecontrol.Keyword:controlmeasuretemperatures-.z1EWB簡介EWB軟件，全稱為ELECTRONICSWORKBENCHEDA，是交互圖像技術(shù)在九十年代初推出的EDA軟件，用于模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，利用它可以直接從屏幕上看到各種電路的輸出波形。EWB是一款小巧，但是仿真功能十分強大的軟件。相對其它EDA軟件而言，它是個較小巧的軟件，只有16M，功能也比擬單一，就是進展模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，但你絕對不可小瞧它，它的仿真功能十分強大，可以幾乎100%地仿真出真實電路的結(jié)果，而且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路和數(shù)字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導(dǎo)入，在眾多的電路仿真軟件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口，未接觸過它的人稍加學(xué)習(xí)就可以很熟練地使用該軟件，對于電子設(shè)計工作者來說，它是個極好的EDA工具，許多電路你無需動用烙鐵就可得知它的結(jié)果，而且假設(shè)想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只需點點鼠標即可，它也可以作為電學(xué)知識的輔助教學(xué)軟件使用。圖1-1EWB啟動頁面2設(shè)計的技術(shù)指標及要求2.1設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)根據(jù)技術(shù)要求和所給條件，完成對溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，裝配與調(diào)試。設(shè)計要求一、設(shè)計任務(wù)利用溫度傳感器件、集成運算放大器和Tec(ThermoelectricCooler，即半導(dǎo)體致冷器)等設(shè)計一個溫度控制器。二、要求〔1〕控制密閉容器空氣溫度〔2〕容器容積>5cm*5cm*5cm〔3〕測溫和控溫圍：0℃〔4〕控溫精度±1三、發(fā)揮局部〔1〕測溫和控溫圍：0℃~〔室溫+30℃2.2設(shè)計思想本次設(shè)計使用溫度傳感器收集當前密室的溫度，然后經(jīng)過各局部電路處理，與所要控制的電路進展比擬。電路根據(jù)比擬的結(jié)果斷定是否對密室空氣進展降溫，如果需要制冷會自動開啟半導(dǎo)體制冷片。當溫度低于所控制的溫度后，控制局部要斷開制冷電路。在不制冷的情況下，密室會自動升溫，當溫度上升到控制溫度以下的時候電路就會依照以前的步驟重新來一遍，然后對密室進展降溫，然后循環(huán)往復(fù)執(zhí)行這樣一個周期性的動作，從而到達把溫度控制在一定圍的目的。3選定方案的論證及整體電路的工作原理3.1設(shè)計方案選擇可行方案：方案一：通過集成運放構(gòu)成的比例器，把溫度傳感器獲得的信號放大，再將信號傳輸給功放，帶動半導(dǎo)體制冷片工作，從而實現(xiàn)對溫度的控制。功放采用乙類雙電源互補對稱功率放大電路。測溫局部通過測溫度傳感器輸出端與基準端的電壓，在轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度值。其中，基準端的電壓有事先調(diào)試好。方案二：利用集成運放在非線性工作區(qū)〔即飽和區(qū)〕的輸出端電壓為正負電源電壓的特性，構(gòu)造溫度比擬器，將溫度信號離散成為高電平和低電平，高電平時制冷，低電平時加熱，從而實現(xiàn)對溫度的控制。其中功放采用乙類雙電源互補對稱功率放大電路。測溫局部方案同方案一。方案三： 用溫度傳感器將采集到的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過集成運放構(gòu)成放大器，將微弱的電壓信號放大成所需要的電壓信號，再通過電壓比擬器將溫度信號離散成為高電平和低電平，高電平時制冷，低電平時加熱，從而實現(xiàn)對溫度的控制，并用LED指示燈指示半導(dǎo)體的工作狀態(tài)。方案的討論與選擇：方案一可行，可是存在著許多缺點，如反響慢，且溫度相近時，靈敏度也降低了。方案二可行，它將變化的溫度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的高電平和低電平，通過功放的作用，從而實現(xiàn)對溫度的控制。但是半導(dǎo)體制冷片一直工作在較大功率條件下，耗能較多，且加熱器和制冷器始終有其一在工作中，所以會造成資源浪費，電路也相對復(fù)雜。方案三可以很好得實現(xiàn)對溫度的控制和測量，雖然方案三使用的電子器件較多且繁雜，電路也較復(fù)雜，但是對于控制電路來說更加準確，迅速，因為不需要對電路進展加熱，則這個電路是不錯的。綜合考慮之后，采用方案三作為具體實現(xiàn)方案。3.2選定方案的論證選定溫度傳感器的論證根據(jù)設(shè)計要求，可以測量并控制0到室溫的溫度，精度要到達±1℃。也就是說根本要求為傳感器可以測量0到室溫的溫度，并且具有很好的穩(wěn)定性。再結(jié)合性能以及價格方面的原因，選擇了集成溫度傳感器LM35。LM35溫度傳感器在-55～150攝氏度以是非常穩(wěn)定的。當它的工作電壓在4到20v之間是可以在每攝氏度變化的時候輸出變化10mv。它的線性度也可以在高溫的時候保持得非常好。因此LM35完全符合設(shè)計要求。3.2.2選定繼電器的論證繼電器是低壓控制高壓的局部，它的開啟電壓以及穩(wěn)定性相當重要。因為選用的電源電壓是12V的，所以繼電器的開啟電壓應(yīng)當適當?shù)陀?2V當接近它，因此選用開啟電壓為9V的比擬適合。另外，由于加熱局部的電流比擬大，所以繼電器的承受電流要大，一般1000W的加熱裝置電流為4.5A，選擇4.5A×2=9A以上的比擬適合。3.2.3選定運算放大器的論證本設(shè)計對放大器的要求只是有較好的虛短和虛斷特性，作為比擬器時輸出可以接近電源電壓。因此通用型的運算放大器便可滿足要求。因此選用通用型的ua741.3.3整體電路的工作原理電路設(shè)計的總體思想是測溫——比擬——控溫如圖3.1所示圖3.1電路設(shè)計的整體框圖4單元電路的設(shè)計計算、元器件選擇及電路圖4.1測溫單元圖測溫單元電路圖溫度傳感器需要放入水中，所以應(yīng)該在電路中引出一個出口來接溫度傳感器。LM35有三個引腳，其中0接正電源，2接地，這樣在1腳就會輸出隨溫度而現(xiàn)行變化的電壓。具體是每變化1攝氏度，輸出電壓變化10mV。信號采集單元電路如圖所示。4.2信號處理單元LM35輸出端的電壓因溫度改變1攝氏度而改變10mv，很難檢測。所以必須經(jīng)過一定的處理方可成為測量以及控制局部所使用的信號。處理方法也就是將它無損的放大一定的倍數(shù)。因控制或測量溫度在30攝氏度的時候，LM35輸出電壓為300mv。溫度在0攝氏度的時候輸出為0mv。經(jīng)下面計算：得即0<Av<40考慮計算的方便，以及最后輸出測量的方便，放大倍數(shù)為20為宜。電路如圖圖信號處理單元電路4.3溫度比擬單元知道了所輸出的電壓的大小，然后與所給的電壓進展比擬，從而知道電壓是偏高還是偏低，即溫度是偏高還是偏低。當控制溫度為30度時，V=300mv*20=6V,所以，比擬電壓就選擇6V。圖比擬單元電路圖4.4控制單元控制單元的作用是通過接收來自傳感器處理后的信號，判別是否需要對當前的水體進展加熱。因此控制電路處的比擬基準電壓應(yīng)該從負電源中索取。電位器選擇計算：為了使電位器在阻值最小的時候電路中電流在1.5mA以下，選擇固定電阻R為2k。控制溫度需要到達30攝氏度，而溫度傳感器是將1°的溫度裝換為10mV的電壓，而經(jīng)過放大器后，又電壓放大20倍，所以最后輸出電壓值為6V，比擬器比擬的電壓也為-6V。Vo=300mV×20=6V因此電位器選擇10k為宜。具體電路圖如圖圖控制單元控制電路是一個比擬器，如圖所示。輸出為6V，而繼電器沒有正負，所以必須使比擬器輸出負電壓的時候繼電器截止，因此把繼電器和一個二極管串聯(lián)，這樣當電壓為負的時候繼電器就會很快地斷開了。繼電器部是一個磁線圈，在斷電的時候會有很大的電流，為了保護電路需要在繼電器兩端并聯(lián)一個二極管，以使繼電器斷電后它的保存電流可以在二極管和電阻中快速消完。5單元電路的仿真及結(jié)果5.1信號放大電路圖信號放大電路仿真圖在輸入電壓為0.1V時，輸出電壓為2.035V，在輸入電壓為0.4V時，輸出電壓為8.062V，如圖所示圖輸入電壓為0.1V和0.4V時，輸出電壓的值所以，放大電路實現(xiàn)了放大20倍的功能。5.2控制電路控溫為30度，所以比擬電壓為-6V，與放大器輸出的電壓相加，放大器輸出大于6V，就輸出負電壓，負電壓的大小由穩(wěn)壓管兩端的電壓大小決定，放大器輸出的電壓小于6V，就輸出正電壓。圖正式放大器輸出電壓小于6V時，比擬器輸出電壓為19.98V。圖控制電路仿真圖仿真時，輸入電壓為0.1V時，輸出值為20.79V;輸入電壓為0.4V時，輸出值為-20.97V。結(jié)果如圖所示。圖輸入電壓為0.1v和0.4V時的輸出結(jié)果 仿真結(jié)果與實際值相符5.3隔離及指示電路隔離電路是一個射極跟隨器，輸入阻抗很大，能將前后級電路分開，以免后面的指示電路影響控制電路的輸出電壓。由于發(fā)光二級管的只有在1.1-1.3V電壓和0.5mA電流下才能正常工作，所以需要一個保護電阻?？傮w電路如圖所示，電壓表測得是二極管兩段的電壓，到達了預(yù)定值。輸入電壓為0.1V時，表示室溫為10°，低于30°，此時要控制加熱裝置發(fā)熱，并且加熱時指示燈發(fā)光，由仿真圖可以看出，此時二極管發(fā)光，復(fù)合預(yù)期結(jié)果。輸入電壓為0.4V時，表示室溫為40°，高于30°，此時要控制加熱裝置制冷，并且制冷時指示燈不發(fā)光，由仿真圖可以看出，此時二極管不發(fā)光，復(fù)合預(yù)期結(jié)果。圖輸入電壓為0.1V時電路仿真圖圖輸入電壓為0.4V電路仿真圖6整體電路圖、元件及器件明細6.1整體電路圖電路如圖所示圖溫度控制系統(tǒng)整體電路圖6.2元件及器件明細元件及器件明細如表所示表元件及器件明細元件器件明細繼電器1個，9V開啟，28A二極管1N40074個LM351個，每1攝氏度輸出變化10mVLED3個，2個黃，1個紅uA7413個電位器1個，10k普通開關(guān)1個電阻〔10kΩ，100kΩ，5kΩ，1kΩ，2kΩ……〕假設(shè)干，有的需要串并聯(lián)得到7設(shè)計小結(jié)7.1成果的評價在電路的設(shè)計和制作中，使我無形中加深了對模擬電子技術(shù)根底的理解和運用能力，對課本及以前學(xué)過的知識有了一