湿度控制器要点

1、中北大学信息商务学院课程设计说明书专 业：电子信息工程题 目：电子综合应用实践：湿度控制器的设计指导教师：张敏娟韩建宁职称:讲师副教授2015年1月4日中北大学信息商务学院课程设计任务书14/15 学年第 一 学期专业：电子信息工程课程设计题目：电子综合应用实践:湿度控制器的设计起迄 日期： 2015年1月5日2015年1月20日课程设计地点：教学楼指导教师：张敏娟系 主 任：李雪冬 TOC o 1-5 h z 一、设计目的及意义,1二、设计内容1,，I I , I-I ,1、总体设计方案简介，,，12、单元电路设计，,，23、总电路图,84、软件设计仿真，,，95、仿真结果,10三、结果分析

2、,11四、设计总结,12五、设计心得,12参考文献,14一、设计目的及意义设计一个湿度控制器，使得环境湿度控制在一定的范围 内，通过这个系统的设计使得学生将所掌握的电子技术理论 知识与实际相结合，提高学生的动手设计能力和科研创新能 力，更好的培养学生的学习兴趣。1、设计一个湿度控制器，准确地理解有关要求，独立完 成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能。(1)能在室内空气湿度低于 50%t,使加湿器自动工作。(2)当室内空气湿度达到设定湿度时使加湿器自动断电，从而将室内空气湿度控制在一个合适的范围内。2、给由设计方案，画由设计电路的电路图、写明电路工 作原理、有源元件给由芯片介绍。二、设计内容

3、1、总体设计方案简介电路以湿度检测电路为核心，按功能可划为：传感器、电 源电路、湿度检测/指示电路和湿度控制电路、加湿器、常 开开关5个部分，如图1.1示。2、单元电路设计(一)电源电路图2. 2电源电路图一般直流稳压电源都使用 220伏市电作为电源，经过变 压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定 的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看 作直流稳压电源的基础电路工作。(1)变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级 电路的电压。电源变压器由初级绕组、 次级绕组和铁芯组成。 初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输由所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是

4、一种电-磁-电转换器件。 即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭 合，次级电路有交变电流通过。 本电源电路由绕组 W1 W2进 行电压转变。(2)整流电路经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流 稳压电源中利用二极管的单项导电特性将方向变化的交流 电整流为直流电。电路采用桥式整流电路经过UR整流。(3)滤波电路交流电经过整流后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接用作电子电路的电源。滤 波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平

5、滑。电路采用电容滤波，利用电容的充放电原 理达到滤波的作用。(二)继电器(常开开关)图2.3常开开关控制加湿器简易图继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回 路）和被控制系统（又称输由回路），通常应用于自动控制 电路中 它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换 电路等作用。（1） 4098型继电器的工作原理和构造当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁力 吸动衔铁带动簧片，使触点1、2断开,1、3接通。当线圈断 电后，弹簧使簧片复位使触点1、2接通,1、3断开。我们只要把需要控制的电路接在触点1、2间（1、2称为常闭触点）

6、或触点1、3间（称为常开触点）,就可以利用继电器达到 某种控制的目的。4098型继电器线圈的工作电压有 3伏、6伏、9伏、12伏 等多种规格。吸合时线圈中通过的电流约为 50毫安左右，触 点间允许通过的电流可达 1安培（250伏）。LJ引御LJ（A1构造旧图形符号tC）底视引版图图109R型维电器示意图（三）湿度检测/指示电路m 2.5湿度总测 指示电路工作原理 湿度指示电路由湿度检测放大器和LED指示电路组成。湿度检测放大器由湿敏传感器 RS电阻器R1、R2、电位 器RP和运算放大器集成电路IC组成。其中RS与R1、R2和 RP组成应变电桥电路。LED指示电路由电阻器 R2IUR5、发 光二

7、极管LED1、LED2和晶体管VT1、VT2组成。接通电源开关S后 整机通电工作。在湿度正常时 RS 的阻值较大，IC因反相输入端电位高于正相输入端电位而 输由低电平，VT1截止，红色发光二极管 LED1不发光，VT2导通，绿色发光二极管 LED2发光，指示湿度正常。若湿度增大，RS的阻值变小，湿度超过设定值时，IC因 正相输入端电位高于反相输入端电位而输由高电平，VT1导通，LED1发光，指示棚内湿度过大，时 VT2截止，ED2熄 灭。（四）LM781212芯片介绍LM781212系列三端固定正电压稳压集成电路只有三个引脚：输入端Vi、地端GND和电源输由端Vo,以通常简称 之为三端稳压集成

8、块。LM7812的输由电压值约为12V,入电 流1.5A,芯片自带一散热片，用时应用螺钉将其固定在铝质 散热器上，利散热。三端集成稳压电路的最小输入、输由电 压差约为2V,则不能输由稳定的电压，般应使电压差保持在 4-5V,经变压器变压，极管整流，容 以器滤波后的电压应 比稳压值高一些。【781233飞2时入出1咀.塔池跑正卜2-3-阳丸6重建三端稳用图弓I膨图（五）以A741芯片介绍741型运算放大器具有广泛的模拟应用。宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电 压特点在积分器、加法器和一般反馈应用中能使电路具有优良性能。此外 它还具有如下特点：（1）无频率补偿要求

9、C （2）短路保护。（3）失调电压调零。（4）大的共模、差 模电压范围。（5）低功耗。一端H 3T周三 m m in fti图Z 7 741型运算放大器封装图741型运放双列直插封装的俯视图如图4示。紧靠缺口下方脚编号为1,逆时针方向，脚编号依次为 2, 38。其中，脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，脚6为输由端， 脚7为正电源端，脚4为负电源端，管脚8为空端，脚1和5为调零端。通常，两个调零端接一几十千欧的电位器，滑动端接负电源。调整电位器，使失调电压为零，41型运算放大器的典型性能参数如表示（ =25C, U=+15M U-15V）。看电弊到件 1小 k总* ,.T璃三!等 6V人

10、失0电就200融入归电表SOOoA2人电日10. 32QMQ电春.支的电0整行第+ 15bY共，愉人电k苴密r 12J11V0才 1JV70,90电乘扣* ,吃VS* 于3 J L)0.qV/V开舒才三甲）At tov020*7VK W，专 H应圣. ._ ;l0V镭率KX 4 Jt M/0一电用V(H) I(H)Q曾“应第三多25咽L j功我.- T *50,&工i证JI蒙大器沁二利田（六）元器件选择R倒R3均选用1W金属膜电阻器，R剧R9选用1/4W碳膜电阻器 或金属膜电阻器。RS选用MS01-B型湿敏电阻器 在环境湿度为70%寸 其阻值为 40kQ左右。RP1和RP2均选用多圈电位器。C

11、1选用耐压值为25V的铝电解电容器；C冬UC4均选用耐压值为 16V的铝电 解电容器。VD倒VD5均选用IN4001型硅整流二极管，VD6选用IN4148 型硅 开关二极管。VS1和VS2 土匀选用1/2W或1W6.2V的硅稳压二极管。例如2CW14 IN4735 等型号。VL选用3mm的发光二极管。UR选用IA、50到100V的整流桥堆。V选用C8050或58050型硅NPN晶体管。IC1选用LM7812型三端稳压集成电路，IC2选用A74l型运算 放大器集成电路。K选用4098型12V直流继电器。T选用3到5W二次电压为8V和15到17V的电源变压器。PA选用50PA电流表。3、总电路图图

12、2.9一本旗理困电源电路由电源变压器T、整流桥堆UR滤波电容器C1、C2、电阻 器R&发光二极管LED和三端稳压集成电路IC1组成。湿度检测/指 示电路由电源变压器T的W3绕组、电阻器R1到R4稳压二极管VD7 VD8电位器RPL湿敏电阻器RS整流二极管VD倒VD4电容器C3C4 和电流表PA组成。湿度控制电路由运算放大器IC2 ,电阻器R旗氏7、 R9K二极管VD5 VD6晶体管VT和继电器侬成。交流220V电压一路经T降压、UR整流、C1滤波及IC1稳压后， 产生+ 12Vt压供给湿度控制电路，同时将LED点亮；另一路经T降压、 R1和R2限流及VD7 VD8稳压/削波变成平顶式交流电压。

13、此交流电 压经RP1调整取样、RS降压及VDVD4整流变成直流电压，再通过 C& R3和C4滤波限流后，加至电流表PA1。RS的阻值随着湿度的 变化而变化。环境湿度越高，RS的阻值越小，流过PA勺直流电流就 越大。在湿度较低时，流过R4的电流也较小，IC2因反相输入端的电压 低于正相输入端的基准电压儿输出高电平，使 VT导通，K吸合，具 常开触点接通，使加湿器通电工作。随着空气湿度的不断加大，RS的 阻值也开始逐渐增大，IC2反相输入端的电压也不断上升。当湿度达 到设定湿度时，IC2因反相输入端电压高于其正相输入端电压而输出 低电平，使VT截止，K释放，其常开触点将加湿器的工作电源切断。 如此

14、反复地工作，即可使环境湿度控制在设定的湿度范围内。4、软件设计仿真湿度控制器若用于实际，需要接220V交流电，所以需要设计一个 变压滤波整流装置来做直流电源。 同时，也为湿度检测部分和加湿器 部分提供了电源。通过多次计算和调试，我们选取了合适的变压器， 并且将变压器的两个副线圈与原线圈的比例分别定为 0.681818和 0.363636 ,这样能为后续的电路提供恰当的偏置电流和工作电流。由于在Multisim 软件中没有湿度传感器、继电器和加湿器等，故 仿真过程中我们使用了可变电阻代替湿敏电阻， 开关代替继电器，用 一发光二极管与电阻串联代替加湿器。在调节可变电阻时，经多次计算和调试，知需要将

15、在电位器R10的 滑片处于95%寸，后续电路才能正常工作。仿真电路图如下图所示彳4侬曲 由1仃R12. 10中uhisid仿真电路图5、仿真结果m 2. 12变压黑变压波形./金端茂波后跳出波再图a 13整流泄波纹檐小波形经过调试电路知 在电位器R10的滑片处于95%寸，后续电路才能正 常工作。当R11的滑片位于0%-30喷间时，LED1不会亮，即湿度处 于正常范围，当滑片划过30%寸，LED1亮，进行提示。同时通过“继 电器”作用，合上开关J2,则LED2灯亮，表示加湿器工作。仿真截 图如下。% 2.11由电，】选定葩周内处1捕片虻通的仿钱闻 BM% 2.11由电，】选定葩周内处1捕片虻通的

16、仿钱闻 BM182. IS温度在于提定值时 虚口清片处于3ftl的仿真假闻三、结果分析通过此次仿真可知本设计方案可行。虽然设计方案可行但还是 和我们预期的实验结果有一定的差距，我们刚开始设计的是需要湿度 传感器或者湿敏电阻、继电器等。但是由于在 Multisim 程序中，没 有对应的元件，在老师的指导下我们选择将湿度电阻由滑动变阻器代 替，并用开关代替继电器。由于仿真软件并非我们所预期的实物设计， 所以仿真结果与我们预期的还是有一定的误差。从原理上来看我们 最后的仿真结果还是正确可行的。四、设计总结两周的课程设计已经接近了尾声， 在这两周中，我们感到几许失 落、几许感慨，更多的是感到几许兴奋、

17、几许期待，但现在充斥在我 心间的是拼搏、奋斗、永争第一的激情。在收获知识的同时，还收获 了阅历，收获了成熟，在此过程，我们通过查找大量资料，请教老师， 以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其 它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程设计中，我们学会了很 多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会 的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识， 也培养了我如 何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设 计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监 督。学会了合作，学会了运筹帷幄，

18、学会了宽容，学会了理解，也学 会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会 从事职业工作前一个必不少的过程, 千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名 言的真正含义，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一 步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。本次的电子课程设计，将书本上学到的知识应用于实践，学会了 一些电子电路仿真设计能力，虽然过程中遇到了一些困难，但是在解 决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。 原计划想对参考资料上已有的原理图进行改进，但由于多种因素限 制，我们的设想虽然有所实施，但并未得到预期的结果，最后我们又 不得不回到原点。不过相信如果时间和精力允许的话， 我会将我们的 想法落实，并进一步提高自身专业素质。五、设计心得这一次电子课程设计给我的总体感觉很好， 因为我学到了很多的 东西。虽然在这次设计和仿真电路中我们遇到了不少的问题， 但是最 终通过我们的努力都一一解决了。 无论是什么样的学习途径，只要自 己能够找到不同的学习方法，在学习的过程中不断的努力，那么学到 的东西肯定会有很多，我相信我是能够做好这样的。在这次课程设计中，我更加体会到与队友合作更是一件快乐的事 情，只