模拟电路水温控制系统.doc

西安欧亚学院水温控制系统项目报告第三组： 夏禹谢志恒员武张彬张进步张双龙张亮张光灿项目简介及安排一、项目介绍：1、设计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：继电器，继电器触点连接：一组转换接点（市电220V/50Hz/2A）。2、选择电路方案，完成对确定方案电路的设计和仿真。使用multisim10.0仿真软件实现电路的仿真二、组员分工安排：水温控制系统相关资料的搜集和整理谢志恒 张进步模块一（温度传感模块）张亮模块二（比例放大模块）张彬模块三（电压比较模块）员武Multisim10.0仿真张双龙项目报告制作夏禹PPT制作及演讲张光灿摘要本文主要从水温的测量和控制两方面设计了水温控制系统。首先，要实现对水温的测量，需要用到温度传感器，本设计采用了具有较好准确度的LM35型温度传感器，成功地实现温度的测量问题。其次，对于温度的控制问题，可以分为三部分。第一，温度转化为电信号。只有将温度转化为电信号后才能控制，所以采用LM35型温度传感器来转化温度。第二，电信号放大。由于LM35能将温度变化线性地表征为电信号,经过放大器放大后才可用万用表测量，因此要用到比例放大器进行电信号放大。第三，电压比较。把经过放大的电信号通过电压比较器与设定的电压进行比较，设定的电压就代表特定的温度。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热；当实际温度高于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度在某个值或小范围波动。关键词：LM35温度传感器、比较器、放大器、继电器、万用表等。一、 设计分析温度控制系统可以分为二个部分，一是温度测量，二是温度控制。本文通过温度传感器实现温度的测量，并转换为电信号。再经放大器放大后与设定的电压值比较，输出正电压或负电压来实现电路的通断，从而实现温度的控制。其原理框架如下图1.1：受控水温温度传感器比例放大器继电器电压比较器图1.1二、 设计目的及思想2.1设计目的 通过模拟电子技术的学习，学习和掌握对集成运算放大器的线性和非线性应用。并基于模拟电子技术设计水温控制系统，实现水温的测量和控制。最后实现电路的仿真。2.2设计思想 通过温度传感器和正比例放大器实现温度的测量，经适当放大后与设定的电压比较，设定的电压就代表特定的温度值。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热；当实际温度高于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度的高低。三、 设计原理和方法3.1原理分析根据设计分析中的框架图来看，该设计原理可分为4个模块，即：温度传感模块、比例放大模块、电压比较模块和继电器模块。通过温度传感器的温度变化实现LED灯的亮或者灭，从而实现继电器的开关来控制温度。3.2模块设计3.2.1温度传感器模块本设计选用LM35温度传感器转化温度。LM35的输出电压与摄氏温度呈线性关系，转换公式为：在0时输出为0V，每升高1输出电压增加10mV。 LM35温度传感器图如下图1.2： 图1.2常温下LM35不需要额外的校准处理即可达到1/4的准确率。此设计采用单电源供电，在25下的静默电流约50，非常省电，并且无散热问题，精度非常高。并且输入电压宽，从4V到30V都可以。所以选择LM35很合适。3.2.2比例放大器模块比例放大器要用到集成运算放大器，本文使用正向比例放大器，使输出时正电压。考虑到控制的温度是室温到80 oC，所以取放大器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。正相比例放大器的原理图如下图1.3：图1.3由集成运算放大器的“虚短”“虚断”的性质有：取R=10K，则R=90 K，因为电源电压为12V，保持10倍放大，则设定的电压值与温度的转换关系就为10 倍。实际中取R=90.9 K。3.2.3电压比较模块本文采用简单的单门限电压比较器，仿真图如下图1.4：图1.4 放大器的输出电压作为比较器的输入电压，输出接输出电压。此时放大器工作在非线性状态，输出电压只有正或负两种饱和值。这种情况下运算放大器的输入端“虚短”不再适用。当时，=12V，当时，=。这种情况下，运算放大器的“虚短”仍然可用，则有所以可以通过调节滑动变阻器来控制的值。图中增加R1=5 K的电阻，是为了控制的最大值不超过8V，即设定的温度值不超过80 oC。当滑动变阻器的接入电阻为0时，取=10K，=5 K 即可达到要求。3.2.4继电器模块继电器是可以高温控制低温的器件，因为当低压电源端开关接通后电磁铁由于电流产生磁性，吸住磁铁使高压电源的开关接通，实现了低压控制高压。其内部构造及工作原理如图1.5：图1.5继电器选取的是额定电压为12V的常开型型号。即在无电流通过继电器时，继电器高压端开关打开，加热电路不工作，当有一定的电流通过时，继电器产生磁性使高压端开关闭合。四、 电路的仿真通过multisim10.0仿真得到如下图1.6、1.7、1.8和1.9的仿真结果（不包含温度传感器模块和继电器模块）：图1.6由于电压比较器的输出电压为正或者负的12V，当输入电压为+12V时，发光二极管导通，当输入电压为-12V时，发光二极管截止。接入三极管的目的是放大电流信号，使继电器能正常工作。由于发光二极管的导通电流与三极管的基极电流不匹配（发光二极管的导通电流大一些），故需要在发光二极管的负极接一个电阻，与基极电阻并联，这样流入基极的电流就变小，使三极管能正常工作。图1.7图1.8图1.9一般取R=10K，实际的发光二极管正向导通时有2V的压降，所以发光二极管正向导通时负极的电位约为10V，流过的电流约为6mA。三极管的基极电流为量级，所以与基极并联电阻R=2 K即可。用万用表测量LM35温度传感器输出端的电位，设为V，则有用万用表测量比较器正向输入端的电压，现在的室温在15 oC左右，调节滑动变阻器，当比较器的v为1.5V以上时，就能观察到很容易就能观察到发光二极