电子温度控制器课程设计

1、辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：电子温度控制器院（系）：电子与信息工程学院 专业班级：_学 号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2014. 6. 30-2014. 7. 11程设计（论文）任务及评语院（系h电子与信息工程学院教研室:学号学生姓名专业班级课程设计题0电子温度控制器课程设计(论文)任务进程计划指导教师评语及成绩设计参数：1. 现设计并制作能高精度电子温度控制器。2. 设计电路所需的直流稳压电源。3. 工作温度范围：25°c +80°c。4. 精度土1°c。设计要求：1. 分析设计要求，明确性能指称。必须仔细分析课题要求、性能、指

2、标及应用环境等, 广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2. 确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本 的高低及制作的难易等方而作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4.组成系统。在一定幅而的图纸上合理布局，通常是按信号的流14,采用左进右出的 规律摆放各电路，并細出必要的说明。第1天：集屮学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：选 择器件进行单元电路设计；第5天：单元电路设计及仿真；第6天：整体 电路设计并仿真；第7天：电路焊接制板；第8天：焊接调试；第9天：

3、 完善设计；第10天：答辩。平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字:注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算摘要温度控制系统在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应 用。一些工业上的自动化设备需耍将温度控制在一定范围内，冰能保证所制造的 产品的质量。电子温度控制系统一般由温度测量部分、温度控制部分和直流稳压 电源部分组成。温度测量部分主耍用来接收当前系统中的温度，然后通过差动放 大电路将热敏电阻的电压信号发送到温度控制部分，本设计采用me58热敏电阻; 温度控制系统主耍是用来控制外部调温系统的,它接收来自温度测量部分的信号, 然后与所耍控制的温度信号进行比

4、较，从而决定是否加热升温或冷却降温；直流 稳压电源部分主耍是用来给电子温度控制器供电，一般由电源变压器、整流电路、 滤波电路和稳压电路构成，而我选择使用三端集成稳压器lm78xx电路。差动放 大电路和滞回比较器部分电路采用集成ua741运算放大器，而温度控制我们通过 控制继电器来控制加热丝加热或风扇散热。经过了 multisim仿真，验证了工作温 度范围：25°c +80°c、精度±1°c指标，基本满足设计耍求。关键词：温度；放大；电源；继电器。目录第1章绪论11.1电子温度控制器概况11.2本文研究内容11.2.1设计耍求11.2.2设计参数1第2章电

5、子温度控制器电路设计22.1总体设计方案框阁及分析22. 2具体电路设计22.2. 1测温电桥的设计22. 2. 2差动放大电路的设计32.2.3多级调温电路42. 2. 4滞回比较器的设计52. 2. 5三极管及外围控制电路的设计62.3 ±12v直流稳压电源的设计72.4电子温度控制器的整体电路设计82.4. 1整体电路阁82. 4.2电路参数计算92. 4.3整机电路性能仿真验证9第3章课程设计总结11参考文献12附录：器件清单13in第1章绪论1.1电子温度控制器概况温度控制系统在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都冇着广泛的应 用。一些工业上的自动化设备需要将温度控制在

6、一定范围内，才能保证所制造的 产品的质量。因此，温度测量控制系统冇提高自动化设备性能的重要意义。而现 今很多的温度控制系统人多数都冇很多的缺点，主要的就是价格昂贵，反应速度 慢或者是精度不高等。这些缺点使得温度控制部分成为整个系统中的一个污点。 随着工业自动化的普及与发展，要求冇更先进、更稳定、更可靠的检测控制系统, 以完成数据的采集并控制输出设备安全运行。1.2本文研究内容1.2.1设计要求1. 分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应 用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁 简、成

7、本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行 方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐 个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左 进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。1.2. 2设计参数1. 现设计并制作能高精度电子温度控制器。2. 设计电路所需的直流稳压电源。3. 工作温度范围：25°c +80°c。4. 精度 ±1°c。第2章电子温度控制器电路设计2.1总体设计方案框图及分析电子温度控制器是由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成的测温电桥 的，其输出经

8、测量放大器放大后由滞冋比较器输出“加热”与“停止”信号，经 三极管放大后控制加热器的“加热”与“停止”。改变滞冋比较器的比较电压，即 改变控温的范围，而控温的精度则由滞冋比较器的滞冋的滞冋宽度确定。而滞冋 比较电压是通过多个电阻档位进行分压产生参考的电压信号。总体方案框图如图 2. 1所示。电压信号外围电路电磁继电器单个滞回比较器多个电阻档位调压差动放大电路电压差值信号三极管图2. 1总体方案设计框图2. 2具体电路设计2.2.1测温电桥的设计vcc12vrw1r1100kqvcc50 %<10kokey=a1kq 50 % key=akdz 1n4735aub图2. 2测温电桥电路如图

9、2. 2所示，由k、r2、r3、rw1及r,组成测温电桥，其中r,是温度传感器。其呈现出的阻值与温度呈线性变化关系ii具冇负温度系数，而温度又与流过它的工作电流冇关。为了稳定k的工作电流，以达到稳定其温度系数的0的，电路中设置了稳压管dz。rw1可决定测温电桥的平衡。热敏电阻r,采用负温度系数的热敏电阻(ntc)。负温度系数的热敏电阻乂分为普通型、稳压用、温度检测用、温度控制用等多类，根据设计要求需要检测温度， 因此采用温度检测型ntc热敏电阻。乂根据温度检测范围需要在25°c-8(tc，所以 采用mf58热敏电阻。mf58热敏电阻的阻值随温度变化如表2. 2所示。表2. 2 mf5

10、8热敏电阻阻值随温度变化表温度广c253035404550556065707580电阻/kq1.000.830.690. 570. 480.410. 340. 290. 250. 220. 190. 162. 2. 2差动放大电路的设计uaub©_6100kqkey=a50%©uo.图2. 3差动放大电路尺4 +尺7 +尺u".差动放大电路如图2. 3所示。由么,及外围电路组成的差动放大电路，将测温电 桥输出电压au按比例放大。其输出电压rrj + rw2当 =氏，（尽+心2）=尽时-"a）/<4其中i用于差动放大器调零。差动放大电路的输出电压仅取

11、决于2个输入电压之差 和外部电阻的比值。差动放人电路输出电压随温度变化如表2. 3所示。表2. 3差动放大电路输出电压随温度变化温度厂c253035404550556065707580电阻/kq1.000.830.690. 570.480.410. 340. 290. 250. 220. 190. 16/似 /mv020365161707884899296100023.65. 16. 17.09.29.610.02. 2.3多级调温电路vccra irb lrc lrd lre irf irg irh iri lrj 866q>1.37kq>2.5kf2.74ko

12、>3.01kq>3.9k4.32kq>7.15kq>4.64kq>4kqru i rv 1.43kq>1kq图2. 4多级调温电路调温电路是通过改变与差动放人电路放人的温度电压信号相比较的电压信 号，从而改变滞冋电路输入的差模信号。如图2. 4所示，该电路主要是通过电阻 进行分压调节。为了可以进行多档位调节，我们选择了拨码开关s,，s2, s3, s、 当作开关来使用，进行电阻变换。即从左向右依次对应25°c-30°c, 30°c- 35°c,35°c40°c, 40°c45°c

13、, 45°c50°c, 50°c55°c, 55°c60°c, 60°c 65°c, 65°c70°c, 70°c75°c, 75°c 80°c,共 11 个档位。调节电位器 rw4 即可 在该档位内进行调节。2. 2. 4滞回比较器的设计-12vveevee© ut图2. 5滞回比较器电路差动放人器的输出电压u()1输入由a2组成的滞冋比较器。设比较器输出高电平 为uou，输出低电平为参考电压仏加在反相输入端。当输出为高电平时，运算放大器同相输

14、入端电位u: +r2uon当减小到使=时，即/?2 + /?f r，riui = utlur此后，只要稍冇减小，输出就从高电平跳变为低电平。 当输出为低电平时，运算放大器同相输入端电位 当增大到使人吋，即u+l =/?2/?2 += uth=ur-u此后，只要稍冇增加，输出就从低电平跳变为高电平。因此，（771和（；7/为输出电平跳变吋对应的输入电平，常称为下门限电平,（7几为上门限电平，而两者的差值为"7.="伙（/,.称 为门限宽度，其人小可通过调节/?2/仏的比值来调节。调节l可改变参考电平， 也同吋调节了上下门限电平，从而达到设定温度的0的。2. 2.5三极管及外控

15、制电路的设计风扇$0加热丝图2. 6三极管及外围控制电路的设计电路如图2. 6所示，差动放人器输出电压经分压后a2组成的滞冋比较器，与反相 输入端的参考电压u相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时， 八2输出正饱和电压，三极管q,饱和导通，三极管q2反相截止；当同相输入端的电压 信号小于反相输入端的电压吋，a2输出负饱和电压，三极管q2饱和导通，三极管q, 反相截止。通过发光二极管ledjulfa的发光情况，可见负载的工作状态为加热或 制冷。当同相输入信号等于或接近于反相输入端电压吋，三极管q:和弘都截止，led: 和1上队都熄火，负载的工作状态为停止。±12v直流稳压

16、电源的设计集成稳压电源电路是由电源变压器、整流电路、滤波电路和三端稳压器等组 成的。该电路具冇性能稳定、结构简单等优点。电源变压器是将电网220v的交流 电压变为所需的电压值送入整流电路；整流电路是将交流电压变成脉动的直流电 压；滤波电路是把脉动的直流电压的文波加以滤掉，得到平滑的直流电压；三段 稳压器的作用是当电网电压波动，负载和温度变化吋，维持输出直流电压稳定。 三端稳压器常见的产品有cw78xx, cw79xx （国产）,lm78xx, lm79xx （美 国），78x x系列稳压器输出固定的正电压，79x x系列稳压器输出的为负电压。u2lm7812ctu1lm7912ct图2. 7

17、±12v直流稳压电源电路图中元件选择：lsts-pcm-uv变压器，它将交流电从220v下降到几伏或 几十伏。整流二极管d,、d2、d:i、采用in4007, c, c2滤波电容选取人小lmf的 电解电容，c5、c6为缓冲负载突变，选取大小为loonf的电解电容，c3、c,、c5、 匕的作用为消除三端稳压器可能发生的自激。对于三端固定式集成稳压器l、u 选用lm7812, ia17912,可得到± 12v的直流电压，这样就得到了（ + 12v，1a）、 （-12v, 1a）两组电源。2.4电子温度控制器的整体电路设计2.4. 1整体电路图xin4735a嫩0 50%:r11

18、00kfl32 :>r420kqr6410kqrtr7vv v10kq220 vrm$j 50 hzj50°ts p16v12.4.2电路参数计算测温电桥部分，当rt滑到最上端，即热敏电阻在室温环境时，差模电压最小值13a min 一vccvcc12v12vrw j + /?2 + /?3 r' + rt+ 220q 100q + ikd=0当rt滑到最下端，即热敏电阻在高温环境时，差模电压最大值zminaxvccvcc12v12vrw j + a + a r' + rf + 220q 100f2 +1602= l00tnv集成运算放人器的电源电压为±

19、 12v,所以差动放人电路放人的电压应该在-12v 到+12v之间。假设放大的最大电压为12v,则最人放大倍数vcc12vmax"必職100.120因此我们选择放大倍数为100倍，即因此我们选择100kq电位器，910kq和10kq电阻。对于多级调温电路电阻阻值的计算，可以先设同一档位的电阻分别为xkq，ykq,中间电位器rw4的电阻选择为lkq吋，则可以得到下面的方程：wmin_ 12xyvt max _12x + 1x+y + 1通过该方程组就可以得到多级调温电阻阻值，具体阻值如表2.5所示。表2. 5多级调温电阻阻值位罝rkr1rmrnrorprqrrrsrurv阻值/k q5

20、4.324.533.322.772.491.431位罝rarbrcrdrerfrgrhrirj阻值/k q0.8661.372.52.743.013.94.327.154.6442.4.3整机电路性能仿真验证假设需要控制温度在53°c,则需要将拨码开关从左向右第6个开关闭合，电路就接入了电阻re和rp,调节使温度控制在53°c左右。调节电位器rt使它 在1kq,即热敏电阻在温度为25"c的环境中，用电压表测量电压uol,得到电压 如图2. 8所示，并且led,亮，lfa火；调节电位器rt使它在0. 25k q ,即热敏电 阻在温度为65

21、76;c的环境中，用电压表测量电压uol,得到电压如图2. 9所示，并 且 led,火,led2 亮。图2. 8 25°c环境电路电压u01xmm1图2. 9 65°c环境电路电压u01第3章课程设计总结电子温度控制系统一般由温度测量部分、温度控制部分和直流稳压电源部分 组成。温度测量部分主要用来接收当前系统中的温度，然后通过差动放人电路将 热敏电阻的电压信号发送到温度控制部分，本设计采用mf58热敏电阻；温度控制 系统主要是用来控制外部调温系统的，它接收来自温度测量部分的信号，然后与 所要控制的温度信号进行比较，从而决定是否加热升温或冷却降温；直流稳压电 源部分主要是用来

22、给电子温度控制器供电，一般由电源变压器、整流电路、滤波 电路和稳压电路构成，而我选择使用三端集成稳压器iai78x x电路和lm79x x电 路，输出电压约为12. 5v。差动放大电路和滞冋比较器部分电路采用集成ua741 运算放人器，差动放人器将测温电桥输出电压!；按比例放人。调温电路是通过 改变与差动放大电路放大的温度电压信号相比较的电压信号，从而改变滞冋电路 输入的差模信号。滞冋比较器通过改变参考电平来控制温度，温度控制我们通过 控制继电器来控制加热丝加热或风扇散热。经过了 nml tksim仿真，验证了工作温 度范围：25°c+80°c,精度±1 °c指标，基本满足设计要求。参考文献1 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京：高等教育出版社，2005.2 华成英主编.模拟电子技术基本教程.北京：清华大学出版社，2009.8.3 李杰等编著.电子技术基础.北京：清华大学出版社，2008.4 百度网站5 http:/www.g 谷歌网站附录：器件清单元件序号元件名称器件名称型号/标称值备注1rt热敏电阻mf58ikq2r.电阻100kq1/8w3电阻20k 01/8w