简易温度控制器的设计

页U2=5×(100Ω/2100Ω)VU0=（U1-U2）R2/R1=K(U1-U2)(其中K=R2/R1)=5K×[(100OΩ+0.386Ω/℃t)/(2100Ω+0.386Ω/℃t)-100Ω/2100Ω]V≈5K×0.386Ω/℃t/(2100Ω+0.386Ω/℃t)≈5K×0.386t/2100令t=100℃时,U0=5V,则K=54.4,故有R2/R1=54.4,取R1=5.6KΩ，则有R2=304.64KΩ，故有R1=R2=5.6KΩ，取R2=R4=300KΩ。工作原理是当铂电阻阻值改变时,会给运放部分一个较小的电压，这个电压再经过运算放大器放大后输出一个电压信号，此电压信号是随铂电阻阻值变化即温度值而变化。这个输出电压为后面的比较电路提供一个比较值,从而控制显示电路和加热电路。3.1.2电路仿真图2图2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将温度值转变为电压信号的能力[3]。用滑动变阻器代替热敏电阻，调节滑动变阻器模拟热敏电阻阻值随温度的变化，由公式R=100+0.386tΩ可以得30℃、40℃、50℃、70℃80℃以及低于30℃和高于80℃水温对应的滑动变阻器的阻值，从而控制输出电压。3.1.3、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，使阻值尽可能实现匹配，提高电路的共模抑制比，A1和A2要选择输入电阻较大的运算放大器，如TL082，A3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，LF412等[6]。3.2比较/显示电路3.2.1电路结构及工作原理图3图3为比较/显示电路，其中A4,A5两个运放构成窗口比较器，连接两个滑动变阻器,通过调节电位器来设定40℃和70℃相对应的电压值。假设UR1和UR2分别对应40℃和70℃水温，则UR1和UR2可通过调节电位器R1和R2设定。另一方面，UR1和UR2实际大小可通过实验测得。对水加热，使得在水温为100℃时测温电路输出电压为5V，然后测得水温为40℃时A3输出电压UO即为UR1，水温为70℃时的输出电压即为UR2。显示电路由两个三极管和红、绿发光二极管及其电阻组成。当UR2>U0>UR1时，即水温在40度到70度之间时,窗口比较器输出为高电平，绿发光二极管点亮，红发光二极管熄灭，指示水温正常。否则绿发光二极管熄灭，红发光二极管电亮，处于报警状态。3.2.2电路仿真图4电路仿真如图4所示当U0在UR1和UR2之间时即水温在40℃和70℃之间，绿发光二极管点亮，表示水温正常。在U1和U2的范围外时亮红灯，因此符合要求。3.2.3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LM339，两个电位器可以选10k大小，运放的电压为正负12v，滑动变阻器的上边电压接5v，两个三极管使用2sc1815,构成驱动电路,更重要的一点两个比较器还需要两个3.3k的上拉电阻以保证三极管的正常运行。3.3、温度控制单元电路3.3.1电路结构及工作原理图5如图5所示控制电路由两个LM339运放，晶体三极管，电位器，继电器，加热器及电阻组成。通过调节电位器来改变电压，从而控制加热器。设UR3和UR4分别对应50℃和60℃的水温，则UR3和UR4可通过调节电位器来设定。另一方面，UR3和UR4的大小可通过实验测得。利用加热电路对水进行加热，使得水温为100℃时测温电路输出电压U0为5V，然后测得水温为50℃时测温电路输出电压U0即为UR3，水温为60℃时测温电路输出电压U0即为UR4。当U0<UR3时，即水温小于50度，两个继电器常开触点闭合，加热器H1和H2都工作。UR3<U0<UR4时即水温在50到60度之间,继电器K2的常开触点闭合，加热器H2工作，H1断开。当U0>UR4时两个继电器都断开,两个加热器都停止工作[5]。3.3.2温度控制单元仿真电路图6[2]由图6仿真电路可得当U0的电压小于3v且大于2.5v时只有一个加热电路工作，当U0小于2.5v时，两个加热电路都会工作，当电压U0大于3v时两个加恩电路将会停止工作。上图为大于3v时的仿真图。由仿真图可以看出，水温小于50℃时，两个加热器同时对水进行加热；水温在50℃和60℃之间时，只有一个加热器工作；水温高于60℃时，两个加热器都停止加热。因此电路设计符合题目要求。3.4电源部分图7[2]如图7所示直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波、稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电源。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定[7]。滤波电容为C1、C2选用较大值电容，要求不高的地方可以选用较小的电容；且选用三端集成稳压器来输出稳定的直流电源；整流电路采用桥式连接方式[4]。系统仿真[2]仿真截图图8由电压表读数2.57ｖ可知其电压在3.5ｖ和2ｖ之间的检测电路故应该亮绿灯，2.57v也在3v在2.5v之间，故只有一个加热电路工作。进行系统仿真时,用滑动变阻器代替热敏电阻,在控制电路部分用两个发光二极管代替继电器和加热器。当两个发光二极管同时发光,则表示两个加热器同时工作；有一个发光则表示一个加热器工作；两个均不发光则两个加热器都关闭[6]。结论通过仿真软件对所设计的电路进行仿真，其结果与电路要求相符合。再通过电路板的焊接及其调试，能完全实现电路功能。用滑动变阻器模拟热敏电阻，调节滑动变阻器来改变输出电压，再利用比较器与设置温度值对应的电压值进行比较，从而对后边电路进行控制。水温小于40摄氏度时，红色发光二极管发出报警信号且H1和H2两个加热器同时加热；水温在40至60摄氏度之间时，绿色发光二极管指示水温正常，且一个加热器工作，另一个加热器关闭；水温在60到70摄氏度之间时，绿灯亮且两个加热器都停止工作。显示电路和加热电路完全按照测温电路的温度变化而有规律的变化，满足设计要求。致谢电子技术综合训练为我们提供了一个理论与实践相结合的平台，使我们从掌握单纯的理论知识到学会用理论知识分析解决问题，通过这两周时间的努力学习，通过老师和同学的帮助顺利完成老师布置的任务，同时这次训练也使我们的知识更加丰富，而且开拓了我们的思维，培养了独立实践、创新精神。参考文献[1]《模拟电子技术基础》北京:高等教育出版社董诗白[2]《电子技术实验与课程设计（第三版）》北京:机械工业出版社毕满清[3]《电子线路设计、实验、测试（第二版）》北京:高等教育出版社谢自美[4]《模拟电子技术基础》北京:高等教