简易温度监控电路设计报告

1、华北科技学院课程设计报告简易温度监控电路设计报告、设计要求当水温小于50C时，H1、H2两个加热器同时打开，将容器内的水加热;当水温大于50C，但小于60C时，H1加热器打开，H2加热器关闭；当水温大于60C时，H1、H2两个加热器同时关闭；当水温小于40C，或者大于70C时，用红色发光二极管发出报警信号;当水温在40C70C之间时，用绿色发光二极管指示水温正常；电源：220V/50HZ的工频交流电供电。、设计作用、目的设计并制作一个温度监控系统，用温度传感器检测容器内水的温度，以检测到的温度 信号控制加热器的开关，将水温控制在一定范围之内。三、设计的具体实现系统概述设计思路：系统主要要求将温

2、度信号转化为电压信号，再将其转化为控制信号，从而 对外部加热电路进行控制，从而自动的调节水温。设计方案：采用热敏电阻根据温度的变化来引起电压的变化，再利用比较运算放大器 与设置的温度值所对应的电压进行比较，输出高电平或低电平从而对控制对象进行控制。 其可分为三大部分：测温电路，比较显示电路，控制电路。华北科技学院课程设计报告图1温度控制系统组成图由上面的拓扑图可知，本温控系统主要由三部分组成，分别是测温部分，根据所测量 的温度与给定值进行比较部分，比较后的得出的信号返至加热部分，得以让加热部分调控 水温，达到对水温控制的目的，同时也反应到显示部分，让其正确的表达温度的状态。系统工作原理：想要让

3、系统正常稳定地工作，必须要有一个关于温度的准确信号值， 为了使信号输出误差很小，可以选用桥式测压电路，这样可以得出稳定的与温度相对应的 电压值。关于运放的选用可以使用LM324或者TL082。关于比较部分可以用电位器来调节 上下限电压，通过电压的不同来开关三极管，以达到使绿色和红色二极管根据不同温度亮 灭的目的。同时也可根据第一部分输出的电压通过运算放大器的放大来控制继电器以达到 控制外电路的目的。通过对电路的通盘考虑，使用LM324比较容易实现第一部分的功能， 同时根据采购的局限，正热敏电阻可以使用50Q的滑动变阻器代替，至于继电器和外部 电路，可以用二级管将其代替，用二极管的亮灭来表示其是

4、否正常工作，这样安排可以节 省电路板的使用空间，而且可以有效且方便地调试工作。华北科技学院课程设计报告单元电路设计、仿真与分析2.1温度检测单元电路2.1.1电路结构及工作原理图2温度检测单元电路图图2温度检测单元电路图如上图所示桥式温度测量电路，检测元件可采用铂电阻，运放要选择输入电阻较大的 运算放大器，其共模抑制比必须高一点以保证运放的精度，为了使运放两输入端平衡，两 个5.6K的电阻要尽量相等5. 6KR7UO华北科技学院课程设计报告工作原理是当铂电阻(PT100)电压改变的时候会给运放部分一个电压差，这个电压差 再经过以上的规律放大后可以输出一个电压信号，此电压信号是随温度变化而正比变

5、化 的，这也为后面的比较电路提供了信号源。2.1.2电路仿真图3温度检测单元电路仿真图上图则为在设计软件下仿真的截图，在末端可以加装电压表，调节滑动变阻器可以使 输出电压改变，于是可以得出其已经具备的将温度信息转变为电压信号的能力，阻值的选 取也符合现实采购的的要求。2.1.3元器件的选择及参数的确定为了获得比较高的测量精度，电阻可以选用1%的五环金属膜电阻，或者采用电位器 调节得到两只匹配的300K电阻，尽可能实现匹配，提高电路的共模抑制比。U1A和U2B要 选择输入电阻较大的运算放大器，如TL082, U3C要选择精度较高的，输入电阻较大，共 模抑制比较高的运算放大器，如OP07, LF4

6、12等。华北科技学院课程设计报告2.2比较显示电路2.2.1电路结构及工作原理图4比较显示单元电路图上图为比较显示电路，其中U1A,U2B构成窗口比较器，假设Ur1和Ur5分别对应40C 和70C水温，Ur1和Ur5可通过调节电位器R1和R5设定，另一方面，Ur1和Ur5实际大 小可通过调节电位器测得。对水加热，测出40C和70C时的电压，将其分别置于U1A和 U2B的电压。当Ur1UOUr5时，即水温在40C到70C之间时窗口比较器输出为低电平， 绿色发光二极管点亮，红色发光二极管熄灭，指示水温正常。否则绿色发光二极管熄灭， 红色发光二极管点亮，处于报警状态。华北科技学院课程设计报告2.2.

7、2电路仿真电路仿真如上图所示，当UO在Ur1和Ur5之间时亮绿灯，当UO在U1和U2的范围外 时亮红灯，上图为Ur1UOUr2时的情况。所以此方案可行。2.2.3元件的选择及参数的确定此部分为了比较电压大小运放可以选取LM339J，两个电位器可以选10K大小，运放 的电压为正负12V，滑动变阻器的上边电压接5V，两个三极管可以使用2SC1815，更重要的 一点还需要两个3.3K的上拉电阻以保证三极管的正常运行。发光二极管LED的压降一般为1.5V2.0 ，其工作电流一般取10mA20 mA为宜。 发光二极管的反向击穿电压约5V,它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻 以控制通过管子的

8、电流。限流电阻R的计算公式为：华北科技学院课程设计报告E UFIF其中E为电源电压，Uf为LED管压降，If为其工作电流。2SC1815的VCE值为0.25V。 通过计算，137.5Q R325Q，此处R可选取300Q。2.3温度控制单元电路2.3.1电路结构及工作原理10kQ Key=A10g Key=AR5 300QK LED1R6 10kQ Key=A10g Key=AR5 300QK LED1R6 300GX 乂 LED2-12 V图6温度控制单元电路图华北科技学院课程设计报告控制电路由两个运放，晶体三极管，电位器，继电器，加热器及电阻组成，运放选用 LM339,通过改变电位器来改变电

9、压，从而控制加热器，设U1和U2分别对应50C和60C的 水温，则Ur1和Ur2分别可通过调节电位器来设定，当UOUr1时，即水温小于50C时， 继电器常开触点闭合，加热器H1和H2都工作；当Ur1UOUr2时，两个继电器都断开， 0两个加热器都停止工作。2.3.2温度控制单元仿真电路VSSVDD5V诚%卜-Key=A |UCOMP5 XXY 24 Y12VVS +LM339J2BUCOMP7 XXY 16 VSSVDD5V诚%卜-Key=A |UCOMP5 XXY 24 Y12VVS +LM339J2BUCOMP7 XXY 16 YVS +R7_l3.3kQVDDi5VR8甲33k。tR4t

10、5.1kQ匹器4001LED2R6300。Q2122SC1815LM339J2SC1815VEE-12V图7温度控制单元仿真电路图由仿真电路可得当UO的电压小于3V且大于2.5V时只有一个加热电路工作，当UO 小于2.5V时，两个加热电路都会工作，当电压UO大于3V时两个加热电路将会停止工作。 上图为UO大于2.5V小于3V时的情况。华北科技学院课程设计报告2.3.3元件的选择及参数的确定这部分元器件的选取和参数的确定和比较显示单元电路相类似，R选取300Q,上 拉电阻取3.3K，具体过程这里不再赘述。2. 4电源单元电路U1U2 LM7912CT图8电源单元电路图图8为电源电路，这个单元电路

11、可以将220V的交流电变为5V,12V,-12V的直流电， 为了给后面的电路提供稳定的工作电压，并联的电容可以滤波，防止杂波对电路的干 扰。华北科技学院课程设计报告2.5系统仿真仿真截图一VCC中12VLM339JUMiR11 3.3kQD11N4148R17 300D5 二3 LEER1630JQVCC T|2VMl2VU5BR123.3kQD21N4148R15LM339JR13-4=5.1 kQQ1 4.7kQ|2 SC181S.SC1815VEE-12VLM339JD4 21N4001-R23 r 300QVCC中12VLM339JUMiR11 3.3kQD11N4148R17 300

12、D5 二3 LEER1630JQVCC T|2VMl2VU5BR123.3kQD21N4148R15LM339JR13-4=5.1 kQQ1 4.7kQ|2 SC181S.SC1815VEE-12VLM339JD4 21N4001-R23 r 300Q咬 LED4图9系统仿真图一图9系统仿真图一由上图的电压表读数2.747V可知，电压在2V和3.5V 此时2.747V也在2V和3V之间，故只有一个加热电路工作。之间时，检测电路绿灯亮，仿真截图华北科技学院课程设计报告D12VVEE-12V10kQ Key=A10kD Key=A甲12VU4AR113.3kQD11N4148LM339Jvcc中1

13、2VUSBVEE-n-12 VLM339JR12D2一-1N4148VEE-12VUGALM339J VEELED1SC1815R135.1kQLED33.3g5.1 kQ2SC1815R1730QR1S 30QDL上 1N4001Q1 4.7kDVSSIvss仿真截图华北科技学院课程设计报告D12VVEE-12V10kQ Key=A10kD Key=A甲12VU4AR113.3kQD11N4148LM339Jvcc中12VUSBVEE-n-12 VLM339JR12D2一-1N4148VEE-12VUGALM339J VEELED1SC1815R135.1kQLED33.3g5.1 kQ2S

14、C1815R1730QR1S 30QDL上 1N4001Q1 4.7kDVSSIvss0l2VR152SC1815VDD 5VR233UOOr5.1KQSC1B15LM339J-o -12 VD4 21N40013.3kJ300QLED4图10系统仿真图二上图是模拟水温低于40c的情况，第一部分的输出电压UO为591.536mV,小于2V,此 时检测电路红灯亮，同时591.536mV小于2.5V，故两个加热电路都工作。由以上两例可以证明此仿真电路方案可行。华北科技学院课程设计报告PCB制版平面图栏里的T ransfer,单击下拉菜单中的栏里的T ransfer,单击下拉菜单中的-I二f ,选择

15、其中的Eo Transfer to Uftiboard 11.0口,、e、“，一 土即可将Multisim文件导入Ultiboard里进仃制版。制版既可自动布局也可手动布局，自动布局过程如下：单击工具栏中的=，选择下拉菜单宏 StartAutoolacement中的一开始自动布局。鉴于个人习惯，我采用手动布局法。布局工作完成后开始布线，单击 Q (start autorouter trace optimization)完成布线工作，此 时制版工作就完成7。华北科技学院课程设计报告3D图华北科技学院课程设计报告四、心得体会及建议这次电子电路课程设计对我来说是个很大的挑战。初学模拟电子技术基础这门

16、课程，我个人感觉有点抽象，对知识的掌握不是很全 面，也不能将其和现实用途联系起来，所以拿到课程题目我后无从下手，没有一点头绪， 什么是温度监控，怎么才能把温度和电子电路知识联系起来呢？商老师提供的信息给我指 明了方向：“以铂电阻PT100作为温度传感器监测容器内水的温度”，我以此为线索开始在 书籍和网上查找有关资料，在前人的基础上得出了这份课程设计报告。我认为对电子电路知识的学习应该认真和谨慎，并保持一个积极的心态去面对它，要 不怕苦不怕累。我们知道，理论知识学起来有时很枯燥，但我们不能就此放弃，而应该问 老师、同学或者查资料把不懂的知识融会贯通，让自己的电子电路知识丰富起来。接触了这门课程后

17、我认为有两点需要我们学生注意：首先，要懂得把理论知识和实际 生活联系起来。众所周知，学习理论的最终目的是为了实践，同时，也只有实践才能检验 理论的准确与否。理论联系实际是一个很艰辛的过程。理论课中的元器件大多数都是在理 想状态下工作的，而我们生活中的诸多环境因素对元器件或多或少都是有影响的，所以这 给实际应用带来了不便。通过学习后我们会了解到，电子电路里的很多参数都是取近似值 的，这也给我们学生带来了一个挑战，到底什么情况下该取近似值呢？我认为，只有掌握 了足够多足够全面的知识后，我们才能懂得里面的奥秘，才能灵活地运用它。其次，善于 运用 EDA（Electronic Design Autom

18、atic，电路设计自动化）软件，比如 PROTEL，MULTISM， ORCAD，PSPICE，EWB，VISIO，WINBOARD，WINDRAFT 和 IVEXSPICE 等等。运用 EDA 软件 设计电路图是电子电路设计的一个重要环节，一旦电路的仿真结果正确，那么我们再做出 制版图，然后加工成品，设计工作就完成了。EDA软件是国外软件，这就要求我们学生有 扎实的英语水平去认识并运用它们，汉化软件虽说容易操作，可是汉化结果会使软件本身 缺少部分功能，所以我们学生尽量使用英文版较好。课程设计历时近一个月，我要特别感谢商丹老师对我的悉心指导。如果没有商老师的 指点，这次课设可能无法进展下去，老师的宝贵意见我会铭记在心。我建议我们的电子电路设计课程能穿插于平时的模数电子课程中，这样理论联系实际 的教学会让我们学生更好地掌握有关