温度控制电路设计说明

1、温度控制电路设计一、设计任务设计一温度控制电路并进行仿真。二、设计要求基本功能：利用AD590作为测温传感器，Tl为低温报警门限温度值，Th 为高温报警门限温度值。当T小于Tl时，低温警报LED亮并启动加热器；当T 大于Th时，高温警报LED亮并启动风扇；当T介于Tl、Th之间时，LED全灭， 加热器与风扇都不工作（假设 Tl = 20 C , Th = 30 C）。扩展功能：用LED数码管显示测量温度值（十进制或十六进制均可）。三、设计方案AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，具输出电流与绝对温度成比例。在 4V至30V电源电压范围内，该器件可充当一 个高

2、阻抗、恒流调节器，调节系数为 1仙A/K。AD590适用于150 C以下、目 前采用传统电气温度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时，无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。主要特性：流过器件的电流 （卜A）于器件所处环境的热力学温度 （K）度 数；AD590的测温范围为-55 C+150 C； AD590的电源电压范围为 430 V ,可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件 即使反接也不会被损坏；输出电阻为 710m Q;精度高， AD590 在-55 C +-15

3、0 C范围内，非线性误差仅为 士 0.3 C。基本使用方法如右图AD590的输出电流是以绝对温度零度（-273 C）为基准，每增加1 C,它会增加1 pA输出电流，因此在室温25c时，其输出电流Iout= （273+25 ）=298 a AVo的值为Io乘上10K，以室温25 C而言，输出值为10Kx 298A=2.98V 。测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。温度控制电路设计框图如下：温度控制电路框图温度控制电路框图由于Multisim 中没有AD590温度传感器，根据它的工作特性，可以采用包流源来替代该传感器，通过改变电流值模拟环境温度变化。 通过温度校正电路得到实际摄氏温度电

4、压值（可适当放大到几伏特，不超过5V）,再送温度判决电 路判决，需根据报警温度确定门限比较电压值，电路均可用运算放大器及电压比 较器来实现。可采用三极管和继电器（RELAY）来控制驱动风扇与加热器，在 仿真中用DC MOTOR代替风扇、HEATER代替加热器，并加上发光二极管来 指示其是否工作。温度显示部分可采用 ADC模数转换芯片来实现，将实际温度 电压值通过ADC芯片转换成数字逻辑信号再通过数码管显示。四、电路仿真与分析1、测温电路1、测温电路在仿真中，测温电路由恒流源代替温度传感器，通过 R1变为电压量，并且经过一个电压比较器构成射极跟随器稳定电压， 使得测量Uo时不分出任何电流，避免造

5、成测量值不准确。Uo=I*R12、2、温度校正电路在温度校正电路中，采一个电压比较器构成一个减法器，也就是把热力学温度温度转变成摄氏温度。具体的计算为uo=R3/R6(u1-u2)，其中=i*10K Q =2.73V ,由电阻分压得到的，因为 R3/R6=10 ,也就是温度每上升一度，输出电压增加0.1V 0控制电路这是用集成运放构成两个电压比较器，一个比较上限 30摄氏度，一个比较下限20摄氏度，换算为电压就是3V和2V。3V和2V通过电阻分压得到，分别接在两个比较器的反相端和正向端。当2V时，灯LED GREEN 亮，低温报警，启动加热器。当2V3V时，灯LED1 RED 亮，高温报警，启

6、动风扇。后面的部分即为工作电路，由继电器驱动。当温度低于20,绿色LED亮，heater工作加热。当温度高于30摄氏度，红色LED亮，motor工作散热。显示电路显示电路采用ADC0809经过模数转换，然后通过单片机控制数码管显示相应的温度值。在仿真时，改变电流源的值得大小，得到相应温度显示。五、原理图与PCB1、根据得出正确结果的仿真图连接了 DXP的原理图，并且进行了检查(1)进入DXP ,新建原理图文档schematic document(2)在原理图元件库找元件，常用的有protel Dos schematic libraries.ddb(3)连接电线，器件之间的电路必须要连通。(4)

7、修改元器件属性。注意：双击左键打开属性对话框，修改相关属性和参数。左键+空格键可以修改元件方向。(6)保存文件，至此原理图以设计完毕2、然后根据实际的元件大小进行测量和画封装在画封装的过程中，除了真实脚距，考虑到三极管三个引脚之间距离太小不利于焊接，所以自己重新画了一个封装把引脚之间的距离适当变大，因为实物的引脚是可以用力来改变的。这个做法也得到了老师的认可。在画封装的过程中，也发现了芯片是集成在一起的四个运放，所以又改变了 原理图中的运放的引脚，使用几个芯片即可实现，节约成本！3、 PCB 图画这块PCB,用了我三天的时间！芯片周围的电阻很多，但是只要按照对应的位置来摆放，接线是不难的。我先

8、画好了芯片及其周围电阻的摆放连接。 但 是，由于VCC和GROUND必须各处都是接在一起的，要使左边的和右边的接 在一起要绕开许多元件，所以继电器和与它相连的 LED和二极管、三极管的位 置我换了好多次才找到最完美的位置和接线方式！ 而且，三极管的焊盘是椭圆的， 而且距离比较近，焊线不能太粗不然违反规则，所以我就在连接三极管中间一脚 时细化了焊线。其余的焊线都适当的粗，防止短路，焊盘也尽量大，为打孔和焊 接提供方便！六、制版、焊接与调试1、转印、腐蚀、打孔在制作电路板的过程中，碰到了许多困难。1）首先是，由于打印机的问题，打印效果不好，中间总有一部分被抹了，应 该是从打印机出来时压到了那里。所

9、以我们思考后决定先转印，然后再用 笔补！花费了很多时间和精力！但是可行。我们还发现，用笔补之后，再 用什么都没有的转印纸包好再热转印几次，可以把补上的笔墨烘干压紧， 效果和打印机里的墨一样。2）第一次板子转印用笔补充后腐蚀时，由于热转印次数不够，墨不够压紧， 在腐蚀过程中导线都脱落了，真的很可惜，一块板子就这么费了。所以在 第二次制版多热转印了两次，最后顺利制作出了板子。大约转印了10多次。腐蚀时间很长，要耐心等待。3）接下来打孔，我们去的时候只有一毫米的打孔机有针头了，但焊盘直径只有2mm ,幸好把焊盘画大了一点，很小心的打孔才没有让焊盘被打掉。2、焊接腐蚀完，已经晚上12点了，我和其他组的

10、负责做板子的人决定通宵把板子 焊出来，所以在实验室里完成了板子。焊接过程很顺利，是由于之前金工实习时 练习过焊接还有做电源的经验，因此这次焊接也得心顺手。只有有些引脚，因为 打孔有点歪，铜很细的地方不上锡，多补了几次才好。3、调试在调试过程中，很困难很困难！由于我们班没有面包板，没有在制作电路板之前搭建元件做过调试，所以只能直接制版看效果。我们班没有AD590 ,我们只能用直接加电压的方式来调试板子还是因为经验不足，我没有在板子上留出调试点，又因为板子做的很小，电压夹线很难夹在元件引脚上，所以很困难。我思考之后，决定 在板子底层需要加电压的焊盘位置焊上导线，然后加电压。在加+-12v时，发现，

11、夹子靠近导线时有电火花产生，吓了一跳，第一次看到这种情况，好害怕会烧了，但是其实没有什么大碍。在加好+-12v, GROUND和待测电压后，发现灯并没有如预期中亮起来，这时，我思考可能实验是失败了。所以，我这时就反应过来要 检查芯片，发现芯片是有热度的，证明它在工作，我又怕它是烧了， 所以先断开电压，等到恢复室温我再加上电压，发现芯片还是会热， 证明没有被烧，芯片是好的在工作的。那么没有灯亮，是其他原因造成的。为了找出失败的原因吗，我决定用万用表测量各点电压，看是从哪一部分开始较大偏离了理论值。后来发现，从最后一个运放输出的电压都是没有问题的，前面的电路都是正常通的，但是通过继电器之后的电路出

12、现了异常，电压变得很小很小，原因可能是： 1）继电器有问题，没有在电流通过下通过电磁将开关导通到另一边2）电阻值太大,使通过LED的电流太小不足以让它发光。七、元件清单Bill of Material for 温控.PcbDocOn 2015/5/14 at 23:24:19CommentPatternQuantityComponents2N3903三极管2Q1, Q2DiodeIN40482D1, D21N4148Header 3HDR1X31P1LED1LED2GREEN1, RED1RelayJZC-23F2K1, K2R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9

13、, R10, R11, R12Res1AXIAL-0.317R13, R14, R15, R16, R17TL084ACNTL084CN1U1八、实验总结在本次实验中，仿真方面，我并没有按照老师给出的流程毫无思考直接进行 搭建，而是经过了自己的思考，比如：老师在讲解的时候，说先经过一个反相减 法器再经过一个反相器来实现对温度的调整， 当时我就想，为什么要反两次，不 能一次完成呢？所以在仿真中我就直接用了一个正向减法器来实现了同样的功 能。这使我明白，方法有很多，但是也有更优的选择。在试验中，要有自己的思 考，如果只是一味的为了完成任务而实验就失去了实验的意义，实验就是要让你发现些什么新的东西，得到一些新的思考和理解。本次实验，使我积累了许多制板的经验和教训。我都详细写在了上面的第五 六部分，我会在以后也牢牢谨记，不犯同样的错误。同时，我也明白了理论和实 践之间是有很大差别的，而我们所追求的是在实践中的实现