《模拟电子技术基础》课程设计说明书-水温控制电路.doc

武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书摘 要模拟电子技术课程设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。为了实现水温控制，我制作了一个水温控制电路，该电路采用lm35 温度传感器继电器集成运算放大器制作而成，达到了在一定温度范围内保持水温恒定的目的。本课设采用运算放大器作为核心处理器，它将温度传感器采集的温度信号准确处理后向继电器发出通断指令，从而控制加热装置的开关；温度传感器采用了lm35传感器，它可将温度转换为电信号，通过总线送至集成运放。关键词：lm35 温度传感器；集成运算放大器；继电器。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书-abstract analog electronics technology course design on the basis of theoretical knowledge learned in practice is a test process. in order to achieve temperature control, i created a water temperature control circuit, the circuit uses lm35 temperature sensor relay made of an integrated operational amplifier, reaching a certain temperature range to maintain a constant temperature of purpose. this course is located op-amp used as the core processor, it will capture the temperature of temperature sensors for accurate signal processing send-off after the relay instructions to control the heating device of the switch; temperature sensor lm35 sensor used, which can be converted to temperature an electrical signal sent through the bus, an integrated op-amp. key words: lm35 temperature sensor; integrated operational amplifier; relay. 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书11绪 论随着我国科学技术势力不段提高，以及世界科学水平也在飞速发展。大规模集成电路再不同的领域也越来越被利用，不论在工业，还是在其他方面都起着举足轻重的作用。现代电子技术的快速发展,数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中。在生活或工业领域中，我们常看到某些特定场合或某些特殊的装置环境温度，须控制在一定范围内，或保持恒定，实现该功能的电路就是温度控制装置。水温控制系统设计的形式方案很多。此设计所采用的电路设计方案是由水温监测电路，水温范围测量电路，电阻丝开关电路，以及电源电路组成。水温监测电路是采用温度传感器将温度信号转化成电信号。而水温范围测量电路是采用比较器，其中电路中采用集成运放电路。而电阻丝开关电路是由三级管和继电器组成。这样通过温度信号转化成电信号与基准电压进行比较来输出电压信号，控制继电器的开关来控制外电源，是否对水进行加热，以次来控制水的温度，使其符合预定的温度。其总体流程图如图1所示。图1 水温检测电路现代社会的电子科技的日新月异，这就要求我们独力思考，理论联系实际，并且发挥我们的创新意识，此次模电课程设计为我们提供了良好的实践平台，也为我们走向社会提供了良好的基础。我们通过此次设计能将学到的理论知识应用于实际，不仅能巩固书本上的知识，而且要求我们独立查阅资料，设计电路，焊接电路板，培养我们独立思考的能力。我希望自己能够充分利用这次机会，更加深刻的了解课本上的知识，以及培养自己的动手操作能力。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书1设计内容及要求1.1 设计目的及主要任务1.1.1 设计目的（1）学会根据已学知识设计具有某一特定功能的电路；（2）学会基本电路的组装与调试。1.1.2 设计任务及主要技术指标 设计制作可以测量和控制温度的温度控制器测量和控制温度范围：580，控制精度：1，控制对象：双向晶闸管或继电器，晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点（市电220v/50hz/2a）。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并 画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用pspice 或ewb 软件完成仿真） 安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。1.2 设计思想整个电路通过温度检测系统对温度信息进行检测、提取，送至处理系统，进行与预设温度的比较，然后将比较结果送至电路的控制系统，控制系统对结果做出反应，或加热或停止加热，以此来达到将水温控制的目的。本课设电路中应用温度传感器将温度信息转换为数字电信号，在由单片机换算处理后，并与预先设定的温度值相比较，然后将结果转化为高低电平并送至继电器控制部分以达到控制电路的目的，同时单片机将温度信息送至液晶屏，使其实时显示水温。而本实验的重点在于水温的检测，因为它决定了电路是否可以准确的达到自动控制作用。23武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书2.电路工作原理分析、方案论证和确定2.1 工作原理分析水温控制系统是实现可测温和控温的电路，就要先采集水温信息，这通常由温度传感器完成，使温度信号转换成电流或电信号，信号经放大和刻度定标后由单片机进行处理和分析，从而决定是否使电路停止工作或继续，指令发出后再由执行部分执行，这样就实现了对温度的控制。2.2 方案论证2.2.1 方案一以lm35温度传感器温度检测部分，以集成运放为水温处理器，同时通过继电器的开合控制加热装置来实现对水温的控制。该电路通过温度传感器采集温度信号并把它转化成电信号，再由lm324运算放大器将微弱的电信号放大并同时送至比较器。预先设置的固定电压进行比较，由比较器输出电平高低变化来控制执行机构的工作，从而实现温度的自动控制。 图2.2.1 系统框图32.2.2 方案二以at89s52 单片机为控制核心、以ds18b20 温度传感器为测温元件，同时通过继电器的开合控制加热装置来实现对水温的控制。at89s52 单片机具有完善的内部结构、优良的性能和强大的中断处理能力，决定了该控制系统的特点：电路结构简单、程序简短、误差范围小、系统可靠性高等。一线制的数字温度传感器将水温转化为十六位数字信号，送至单片机io 口，经单片机处理后与预设的温度值相比较，利用单片机中断处理完成对电路的自动控制；若水温小于预设温度下限5 度，则单片机与继电器相接的引脚输出高电平，驱动继电器使其闭合，加热装置启动；若水温大于预设温度上限80 度，则单片机与继电器相接的引脚输出低电平，继电器断开，加热装置关闭。利用at89s52 单片机成熟的液晶显示处理功能，还可以通过点阵式1602 液晶屏实现水温的实时显示。作为扩展，本课设还可以利用单片机的io 口驱动蜂鸣器，实现水温过高或过低时的声音报警。系统框图如图2.2.2所示：图2.2.2 系统框图42.3 方案确定方案一具有电路结构简单易懂，适合我们初步入门的学生焊接并且价格方面便宜；但是电路中的温度传感器，集成运算放大器等器件对线性度的要求较高，电路不易调试成功，误差较大。方案二涉及到了很多我们还没学到的知识，焊接难度更不用提了，但是at89s52 单片机、ds18b20 温度传感器在数据处理时十分精确，真正达到了控制效果。其实真的很想用第二种方案，但由于目前不具备相应的知识，无从下手，只能用第一种方案来完成课程设计，但在不久，我们会想单片机方面进军的向5武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书3.单元电路设计、参数计算及器件选择3.1 单元电路的设计及参数计算3.1.1 电源电路此文差控制系统控制电路由直流12v 供应电流，加热装置由交流220v 供应电流，电源分为直流部分和交流部分。通过交直流的共同供应来实现电路的正常运转.3.1.2 温度传感电路温度控制器是由lm35 数字温度传感器构成，lm35 温度传感器具one-wire特点，焊接简单。把中间的脚与集成运算放大器相连，并把两端的脚接入直流12v电压即可，温度传感电路如图3.1.2所示： 图3.1.2 温度传感电路67777武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书3.1.3 继电器电路继电器是自动控制加热装置的核心，当被测温度超过设定温度时，继电器动作，使触点断开停止加热；反之被测温度低于设置温度时，继电器触点关闭，电流通过继电器线圈控制衔铁与触点接触来实现加热回路的通断。3.2 器件选择lm35系列是一种得到广泛使用的温度传感器，由于它采用内部补偿，所以输出可以从0开始。该期间采用所料封装to992，工作电压430v，所以一看来，他似乎是无需校准的lm335.。在上述电压范围以内，芯片从电源吸收的电流几乎是不变的(约50ua)，所以芯片自身几乎没有散热的问题。这么小的电流也使得该芯片在某些应用中特别适合，比如在电池供电的场合中，输出可以由第三个引脚取出，根本无需校准。目前，已有两种型号的lm35可以提供使用。lm35dz输出为0-100，而lm35cz输出可覆盖-40110，且精度更高，两种芯片的精度都比lm335高，不过价格也稍高。3.2.3 继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。在此次试验中所选用的的继电器为12v 继电器，有5 个管脚，最大交流耐压值为250v，最大直流耐压值为30v。本实验中所加直流电源为12v，所加交流电源为220v，故此继电器完全符合要求。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书4.程序流程图调节电位器设置温度开始温度传感器将温度转化为电信号运放对信号放大十倍比较器对两端电位进行比较通过控制发光二极管通断再控制继电器工作控制电热丝是否加热程序流程图5.电路安装与调试5.1 电路安装首先我通过网络和多方面的综合参考知料，设计出了水温控制电路图，然后我对买回的原件用万用表逐一测量，看看是否有坏掉的原件，结果都在误差范围之内，然后根据电路图对实物进行了模块分割，逐级焊接，这大大减少了我的焊接工作量，从电路最左边开始一级一级焊接，每焊接一级便用万用表测试一下此级中是否连线错误。焊接完成后发现电路并没有工作，检查发现并没有与电路图不否的地方，经过进一步仿真，发现有一电阻过大，发光二极管因电流过小不能正常发光。安装时注意不要将太多锡丝弄到电路板上，以免出现短路的情况，避免虚焊，尽量一次到位，以免电路板上的镀铜脱落影响后面的焊接工作。尽量用给出的电阻引脚的铁丝不要刻意去找外面的导线焊，且布线时尽量让线横竖有一定的布局，保持电路板的整体美观。将多出的线一定整理干净，以免造成短路，发生危险。5.2 调试调试过程中发现电路中的发光二极管不会因为温度的变化而熄灭，当时很闹心，但经过仿真，再对照电路图检查焊接情况，发现我们所买用的一个电阻过大，只好重新买完又换上。我是用锡代替导线的，虽然焊的不怎么美观，但用了好长时间，真怕出现短路现象，也许只有敢于尝试才能学会更多的东西。6. 电路的特点和改进意见此电路只采用了比较器，集成运算放大器和继电器，虽然电路比较简单，但还是达到了温差控制系统所要达到的目的，以后要好好学会单片机和编程，运用单片机来控制继电器是否工作，加装k-变换，温度设置，数字显示器等，使电路能够按照所需的温度精确的工作，达到一个真正成品的标准。7.课程设计心得体会本次课程设计至此已经接近尾声，两周的时间虽然很短暂，但在这两个星期的设计过程中收获颇丰。这和真正的制作有着很大的差别。选定课题时我就很为难，应为以前没有做过类似的东西，而且网上很难找到有关温差控制系统的电路图，这些天我翻过了许多相关的书籍，查阅了许多网上资料，最后终于制作出了实物，虽然不是很复杂，但其中的心酸真的很难概括。由于期末考试和课设的时间有些冲突，在这段时间里，既要复习考试，又要做课程设计，搞得自己疲惫不堪，甚至有过不想做的念头，可是最后还是克服困难，在和同学互相帮助中继续。最后在有经验的学长和同学的帮助调试了电路，当实物制作出来并调试成功后非常有成就感。通过此次课设，我认识到自己还有很多不足，同时也对以前的知识是一个很好的巩固，由于我的计算计水平不太高，有些图不会做电子档，上网去搜，然后截屏。从这次课设后，我要认真学习计算机相