下限温度自动监测及加热电路的设计

1、 课程设计说明书课程设计名称： 数字电子线路 课程设计题目： 下限温度自动监测及加热电路 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 20 年 月 日 脉冲数字电路 课程设计任务书20 20 学年 第 学期第 周 周 题目下限温度自动检测及加热电路内容及要求 1、采用RT负温度系数热敏电阻，当测量的温度低于60摄氏度时自动加热。取常温下热敏电阻的电阻值为10K。 2、系统由：时基振荡电路、计数电路、继电器控制电路和自动检测电路组成 3、主要参考原件：555、CD4040进度安排1. 方案设计，绘制电路图并仿真（2天）2. 电路布线和焊接（2天）3. 电路的调

2、试（3天） 4. 课程设计总结和报告（4天）学生姓名：指导时间:指导地点： 楼 室任务下达 年 月 日任务完成年 月 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。摘要温度测量与控制电路已广泛运用于生活生产的各个方面，特别是再工业生产中自动控制已经成为一个相当成熟的技术。本次课程设计为我们创造了良好的学习机会：查阅资料将所学的数字电子技术，模拟电子技术以及相关的传感器技术的相关知识结合起来。系统了解温度检测的详细过程，为日后的工作学习增长知识积累经验。本次课程设计的的题目是：下限温度自动检测

3、及加热电路。系统主要由温度传感电路、时基振荡电路、计数电路和继电器控制电路组成。采用热敏电阻采集外界温度通过温度传感电路转化为数字信号，当温度低于60 摄氏度时自动加热 。基本电路是有556芯片，555芯片，CD4040芯片构成。经过的一系列的分析，准备，由于环境要求和条件限制，我们将温敏电阻用电位器代替，加热丝用发光二级管替代。经过焊接和调试后产品除了在美观上有所欠缺外基本达到要求。关键字：传感电路、自动检测、自动控制。目录前言5第一章 设计内容及要求6第二章 系统设计方案选择7第三章 系统原理7第四章 单元电路设计及参数确定84.1 时基振荡电路84.2 计数电路94.3 单稳态电路94.

4、4 RC积分电路104.5 自动检测电路104.6 继电器控制电路11第五章 系统调试及测试结果与分析12第六章 收获与体会.13参考文献14附录一 元器件清单15附录二 元件管脚图及内部结构162.1 555管脚图及内部结构162.2 其他芯片管脚图17附录三 系统整体电路图18附录四 实物图18附录五 系统PCB图19前言科学技术是第一生产力。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是

5、要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。电子课设是电子技术学习中非常这哦那个要的一个环节， 是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。本课题研究的意义在于为使人们现实生活或工业生产当中的控制变得自动化，从而为人们的生活带来方便，同时也能大大节省人力物力。该课题所研究的下线温度自动检测及加热电路，在经过适当改动后可以应用到家用电器的保温或者工业生产自动监测外界温度并及时报警等领域。第一章 设计内容及要求【基本要求】1、 采用RT负温度系数热敏电阻，设计一个下限温度自动监测及加热电路，通过热敏电阻来感知外界温度的变化，当测量的温度低于60度时，由监测电路输出一特定

6、信号给控制电路，控制电路开关闭合开始加热；当温度高于60度时，同样由监测电路输出特定信号给控制电路，控制电路开关断开停止加热。取常温下热敏电阻的阻值为10K欧姆。2、 系统由时基振荡电路、计数电路、单稳态电路、继电器控制电路和自动监测电路组成。3、 主要元器件：555，CD4040。【提高要求】 无。第2章 系统设计方案选择该系统实现的功能较为简单，主要由时基振荡电路、计数电路、单稳态电路、RC积分电路、自动检测电路和继电器控制电路六部分组成。考虑到555构成的振荡电路很容易起振，能够产生稳定的脉冲波形，而且电路比较简单，器件价格低廉，应用广泛，因而系统的时基振荡电路选择由555芯片构成的多谐

7、振荡电路来完成。计数电路则使用十二位二进制计数器CD4040来完成。第三章 系统原理系统通过由热敏电阻将外界温度的变化转化为其阻值的变化，从而使其所构成的多谐振荡电路能够输出不同频率的脉冲信号，作为CD4040的计数脉冲，而另外一路多谐振荡电路输出的1HZ固定频率脉冲输入到CD4040的清零端，从而为输入的计数脉冲设定一比较参考值，当CP端输入脉冲频率高于4096HZ时，计数器的Q12输出端会产生一个负跳变脉冲，再经过反相器，输出到由555组成的单稳电路，触发单稳电路进入暂稳态，输出高电平，驱动继电器使控制电路开关闭合，实现加热；当CP端输入脉冲频率低于4096HZ时，计数器的Q12输出端恒定

8、输出低电平，经由反相器输入到单稳电路，使其恒定输出低电平，无法驱动继电器，从而使控制电路的开关断开，停止加热。最终实现自动监测外界温度变化，并根据外界温度的变化控制加热电路工作与否。第四章 单元电路设计及参数确定4.1 时基振荡电路该系统需要设计两路振荡信号产生电路，其中一路为固定的1HZ脉冲信号作为计数电路的定时清零信号，另外一路则为计数器提供计数信号，并通过热敏电阻感知外界温度改变计数脉冲的频率，两路皆可由555构成的多谐振荡电路完成。其具体电路如下图所示。 图4.1-1 计数脉冲产生电路 图4.1-2 清零信号产生电路为减少元器件的数量，该电路使用一块556代替两块555。图4.1-1为

9、计数脉冲产生电路，按题目要求可知当温度为60度时应输出频率为4096HZ的脉冲，输出波形的频率f1计算公式为： f1=1/0.7(RP1+R1+2RT)C1 经查资料可知外界温度为60度时，热敏电阻阻值RT=3K欧姆，由上述公式可取RP1=25K欧姆，R1=3.9K欧姆，C1=C2=0.01uF。图4.1-2为清零信号产生电路，按方案要求可知该电路产生频率为1HZ的固定信号。其输出波形的频率f2计算公式为： f1=1/0.7(RP2+2R2)C3 故而可取电位器阻值RP2=4K欧姆，电阻R2=150K欧姆，电容C3=4.7uF，C4=0.01uF。4.2 计数电路 该部分电路由十二位二进制计数

10、器CD4040组成，其CP端接计数脉冲，清零端接频率为1HZ的脉冲信号，对计数器的输出进行定时清零，由Q12端输出。其具体电路如图4.2-1所示。 图4.2-1 时基振荡电路及计数电路4.3 单稳态电路该单稳态电路由555构成。主要功能：与前述计数电路共同作用对检测的信号进一步转化，进而得到我们希望得到的控制信号。其电路图如图4.3-1所示。该电路中元器件的参数确定时要与前述产生的1HZ固定频率信号相匹配。因而要求单稳态电路输出波形暂稳态的时间T1s。输出波形的暂稳态时间T的计算公式为： T=1.1R6*C6因而可选取R6为阻值为100K欧姆的电位器，C6=10uF，C7=0.01uF。这样既

11、可以满足题目要求，而且利于系统调试。4.4 RC积分电路电路图如图4.4-1所示。作用：对波形进行整型。R5取10K欧姆，C5取100uF。4.5 自动检测电路自动检测电路由热敏电阻组成的多谐振荡电路完成。热敏电阻的阻值会随着外界温度的变化而变化，从而将外界温度的变化反映为电阻阻值的变化，而多谐振荡器输出的脉冲波形的频率与热敏电阻的阻值有关，因而输出信号的频率也会 随之变化，再经过后续电路对其进行转化，得到想要的相应的控制信号，输入到 控制电路，实现对控制电路的控制。其电路图如图4.5-1所示。 图4.3-1 单稳态电路 图4.5-1 自动检测电路4.6 继电器控制电路其电路图如图4.6-1所

12、示。 图4.6-1 继电器控制电路上图中的前一部分为继电器的驱动电路，后一部分为控制电路。继电器的工作原理：当驱动电路的输入端即三极管的b端输入高电平时，三极管导通，驱动继电器，控制常开开关K2闭合，加热丝R10工作，开始加热。当输入低电平时，三极管断开，无法驱动继电器，开关K2断开。当自动检测电路和信号转化电路检测到外界温度变化输出高低电平时就能控制开关K2的闭合与断开，实现自动加热与否的功能。第5章 系统调试及测试结果与分析在确定电路各元器件参数并领完元器件后，我们先对电路进行了整体的布局，总体思路是使元器件位于焊接板的中心，各元器件之间保证一定的空间并尽量靠拢，这在保证美观的同时也利于焊

13、接。焊接的时候我们采取的方法是分模块焊接，依次分别焊接时基振荡电路、计数电路、单稳电路和继电气控制电路，焊接每个模块的时候先固定主要元器件的位置，再将其他器件依次焊接到板子上并连接起来，各模块焊接完毕后再将模块之间连接起来。进行系统调试的时候，同样采用先对各个模块进行调试，然后再整体调试。对于时基振荡电路，只需按照既定参数检测输出端产生的脉冲波形的频率是否符合要求，由于是采用由555构成的多谐振荡器，其电路比较简单，因而只要按照计算所得参数选择元器件，基本都能得到想要的波形，调试主要目的是检查有无因焊接原因导致结果不正常的。计数电路、单稳态电路、RC积分电路和继电器控制电路也是比较简单，首先需

14、要对线路的焊接逐一进行检查，看是否有明显虚焊、短路或者漏接等现象，排查完毕后将其与前面的时基振荡电路进行连接，然后测试输出信号的正确与否。其中的单稳电路中须调节电位器直至RC积分电路输出较稳定的高低电平，而继电器控制电路需要注意其驱动电压和控制电压，只有按要求设置好，方能正常工作。总体该系统的调试还是比较简单。但在调试过程中也遇到了一些问题，因为在仿真阶段电路无法仿真，因而没能验证电路的正确性，在经过模块信号的分析当中发现最开始的信号转化电路并不能得到我们想要的控制信号，因而在进一步分析后增加了一个反相器和一个RC积分电路，在经过修改后，测试结果表明该方案是可行的，最终得到了需要的控制信号，并

15、能与控制电路一起正常工作。 第六章 收获与体会这次数字电路课程设计，主要目的是让我们利用已经学习过的理论知识自主设计一套完整的系统，一方面是作为一次理论与实践相结合的实践，检验我们理论知识学习的成效；另一方面则给我们提供了一个机会，在这个过程中，通过对系统的分析、设计以及最后的调试，进一步提高我们包括电路的设计、资料的查找和分析问题解决问题的能力，甚至对我们的焊接技术和审美观念也是一个考验。因而在开始前就必须认识到这一点，端正自己的态度，牢牢抓住这次机会去提高自己相关方面的能力，而不是随便照抄一些电路将其焊接，否则，就失去了这次课设的意义。总体来说，这次课设选择的题目要求还是比较容易实现的，但

16、在做的过程中并不像预想中那样顺利。因为电路总体比较简单，我们很快就完成了焊接，但在调试的时候花了很长时间却仍然得不到正确的结果，于是我们重新对电路做了一次分析，结果发现所设计的电路中的信号转化电路无法完成预想的功能，因而始终得不到想要的控制信号，于是对该电路输出的信号和需要得到的信号进行了比较分析，最终得到了解决的方案，在计数电路输出和单稳电路输入之间加了个反相器，在单稳电路输出加了一个RC积分电路再输出，最终得到了所需的控制信号，整个系统也能正常工作。出现这种情况主要是因为在设计电路的时候没能考虑周到，没能进行严谨的验证，还有对理论知识掌握不够熟练等。这些原因都是值得自己深思，谨记的。但同时

17、通过这次事故也锻炼了自己分析问题、解决问题的能力。虽说最终算是比较顺利地完成了，但是过程中还是暴露了自己很多的问题，像这样能够检验自己的平台机会，希望自己以后能够更好的利用从而不断提高自己相关的能力。参考文献 1.陈永甫. 新编 555 集成电路应用 800 例. 成都电子科技大学出版社.1992 2.陈有卿，叶桂娟. 555 时基电路原理、设计与应用. 电子工业出版社. 2007 3.赵珂， 彭嵩. 脉冲与数字电路实验指导书. 南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心. 2008 4.王毓银. 数字电路逻辑设计. 高等教育出版社. 2005 5.郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京：高等教育出版社，1995.5 6.阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006.5 附录