水温控制系统设计书

课程设计任务书学生姓名：xx专业班级：电子信息工程指导教师：xxx工作单位：信息技术学院题目:水温控制系统设计初始条件：可选元件：温度传感器，继电器，双向晶闸管〔器件选择应满足技术指标〕。电容、电阻、电位器假设干；或自备元器件。直流电源±12V，或自备电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表要求完成的主要任务:〔1〕设计任务根据技术指标和条件，选择适宜的温度传感器、选择适宜的继电器或晶闸管。完成对水温控制系统的设计、装配与调试〔2〕设计要求=1\*GB3①设计制作可以测量和控制温度的温度控制器测量和控制温度范围：5～80℃控制精度：±1℃，控制对象：双向晶闸管或继电器，晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点〔市电220V/50Hz/2A〕。=2\*GB3②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述根本原理。〔选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真〕=3\*GB3③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。时间安排：2012年12012年1月2012年1月2012年1月24日撰写设计说明书；2012年1月25日上交课程指导教师签名：年月日系主任签名：年月日目录摘要…………………Ⅰ1绪论………………12设计的技术指标及要求……………22.1设计的任务及要求…………………2设计的任务……………………2设计要求………………………22.2设计思想……………23选定方案的论证及整体电路的工作原理…………3选定方案的论证…………………33选定变压器的论证……………23选定整流桥的论证……………23选定集成稳压块的论证…………2整体电路的工作原理……………34单元电路的设计计算、元器件选择及电路图……4电阻的计算………………………4选择电源变压器的计算…………5选择整流二极管及滤波电容的计算……………65测试结果并与理论指标进行比照分析…………65.1测试结果与理论指标的比照……………………65.1测试结果与理论指标分析………76整体电路图、元件及器件明细表…………………76.1整体电路图………………………76.1元器件及器件明细………………87成功的评价、本设计的特点和成在的问题并改良意义…………97.1成果评价…………97.1本设计的特点……………………97.1存在的问题和改良的意义………10参考文献…………10摘要水温控制系统一般由温度测量局部和温度控制局部组成。温度测量局部主要用来接收当前系统中的温度，然后发送到控制局部；温度控制系统主要是用来控制外部加热和降温系统的，它接受来自温度测量局部的信号，然后与所要控制的温度信号进行比拟，从而决定是否解热或者降温。本设计同样采用这两大局部，通过对当前与控制水温的比照决定是否进行加热，从而到达控制水温的目的。关键词：温度；测量；控制AbstractGeneralsystemfortemperature

ismadeofthepartofmeasuringtemperatureandthepartofcontrolingtemperature.Thepartof

measuringistoreceivethesignalofcurrenttemperature.Andthen,itwilltransforthissignaltothepartofcontroling,whichistocontorlifitshouldbeheateduporcooled.Thepartofcontrolingcompareittothecontroledtemperatureafterreceivingthesignalfromtheforward.Then,itisgoingtodetermineisthesystemneedtobeheateduporcooled.Thisdesignforwatertemperatureisalsomadeoftheseparts.Thissystemcontrolthetemperatureofwaterbycomparingtemperatureofwatertotemperaturetocontroltodecideiftoheatup.Sothatwecangetthedestinationofcontrolingtemperatureofwater.Keywords:temperatureofwater;measure;control1绪论水是生命的源泉，人类生活永远也离不开说。而水的比拟大的比热容以及它的流动性使它成为我们日常生活中和工业生产中那个得力的助手。许多系统中需要通过控制水的温度从而到达控制或者测量其它局部温度的目的。对水的温度的测量和控制已经成为系统中很重要的局部，并且也已经在我们的日常生活和工业生产中占据了很重要的地位。而现今很多的水温控制系统大多数都有很多的缺点，最主要的就是价格昂贵，反响速度慢或者是精度不高等。这些缺点使得水温控制局部成为整个系统中的一个污点。本设计通过本人自身的所学知识，以及所考虑到的问题，尽量设计比拟完美的水温控制系统，希望通过设计这样一个简单而价格廉价的水温控制系统到达抛砖引玉的目的。当然，现今应该是存在比我的系统更加完美的设计，如果可能，仅希望提供另外一种设计思路，也许会有某些火花的碰撞。2设计的技术指标及要求设计的任务及要求设计的任务根据技术要求和条件，完成对水温控制系统的设计，装配与调试。设计要求=1\*GB3①设计制作可以测量和控制温度的温度控制器测量和控制温度范围：5～80℃控制精度：±1℃，控制对象：双向晶闸管或继电器，晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点〔市电220V/50Hz/2A〕。=2\*GB3②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述根本原理。〔选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真〕=3\*GB3③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。本次设计使用温度传感器收集当前水体的温度，然后经过各局部电路处理，与所要控制的电路进行比拟。电路根据比拟的结果断定是否对水体进行加热，如果需要加热会自动开启加热局部。当温度超过所控制的温度后，控制局部要断开加热电路。在不加热的情况下，水体会自动降温，当温度下降到控制温度以下的时候电路就会依照以前的步骤重新来一遍，然后对水体进行加热，然后循环往复执行这样一个周期性的动作，从而到达把水温控制在一定范围内的目的。3选定方案的论证及整体电路的工作原理3.1选定方案的论证.1选定温度传感器的论证根据设计要求，可以测量并控制5～80℃的温度，精度要到达±1℃。也就是说根本要求为传感器可以测量5～80℃的温度，并且具有很好的稳定性。再结合性能以及价格方面的原因，选择了集成温度传感器LM35。这样温度传感器在-55～150摄氏度以内是非常稳定的。当它的工作电压在4到20v之间是可以在每摄氏度变化的时候输出变化20mv。它的线性度也可以在高温的时候保持得非常好。因此LM35完全符合设计要求。3.1×2=9A以上的比拟适合。3.1本设计对放大器的要求只是有较好的虚短和虚断特性，作为比拟器时输出可以接近电源电压。因此通用型的运算放大器便可满足要求。因此选用通用型的ua741.3.2整体电路的工作原理电路设计的总体思想是测温——比拟——控温如图3.1所示加热温度比拟传感器接收信号加热温度比拟传感器接收信号信号处理显示控制图3.14单元电路的设计计算、元器件选择及电路图测温单元图Vcc温度传感器需要放入水中，所以应该在电路中引出一个出口来接温度传感器。LM35有三个引脚，其中0接正电源，2接地，这样在1脚就会输出随温度而现行变化的电压。信号采集单元电路如图4.1所示。Vcc信号处理单元LM35输出端的电压因温度改变1摄氏度而改变20mv，很难检测。所以必须经过一定的处理方可成为测量以及控制局部所使用的信号。处理方法也就是将它无损的放大一定的倍数。因控制或测量温度在80摄氏度的时候，LM35输出电压为800mv。温度在5摄氏度的时候输出为50mv。经下面计算Vmax×Av<=12VVmin×Av>=0V得12V/Vmax>=Av>=0即15>=Av>=0VccVee考虑计算的方便，以及最后输出测量的方便，去放大倍数为10为宜。电路图如图.VccVeeVinVcc-Vee图VinVcc-VeeVeeVee温度显示单元温度显示单元承当两个主要的任务，主要是显示当前以及控制的温度，如果没有它就不知道自己到哪里了。温度显示实质上就是电压显示，主要是设计一个可以表征温度的电压表。因低温区的电压比拟小，因此为了提高测量和控制的精度，需要设置两个量程。电阻选择计算：：万用表内阻Ro=250欧姆满量程为所以假设使其测量10V电压，串联电阻R1需要满足：(R1+Ro)/Ro=Vg/Vo带入数据可算出R1=10K假设使其测量5V电压，串联电阻R2需要满足：(R2+Ro)=5K因此可以通过设置一个开关来到达改变量程的目的。另外控制和测量温度都需要使用一个表头来显示。如图当单刀双掷开关S2打到左边的时候，可以通过调节电位器R7来调整控制电压，具体的会在控制单元中说明。当开关S2打到右边的时候，表头用来显示当前传感器传过来的经过处理的信号，也就是表征温度的电压量。图4.4控制单元控制单元的作用是通过接收来自传感器处理后的信号，判别是否需要对当前的水体进行加热。因为初级放大电路是反向放大电路，所以，电压会变成负电压。因此控制电路处的比拟基准电压应该从负电源中索取。电位器选择计算：为了使电位器在阻值最小的时候电路中电流在1mA以下，选择固定电阻R9为2k虽然控制温度需要到达80摄氏度，但是为了适应实际，同时以防被毁，控制电压设置最大为100摄氏度。Vo=100mV×100=10V因此电位器选择10k为宜。具体电路图如图图控制电路是一个比拟器，如下图。输出为正负12V，而继电器没有正负，所以必须使比拟器输出负电压的时候继电器截止，因此把继电器和一个二极管串联，这样当电压为负的时候继电器就会很快地断开了。继电器内部是一个磁线圈，在断电的时候会有很大的电流，为了保护电路需要在继电器两端并联一个二极管，以使继电器断电后它的保存电流可以在二极管和电阻中快速消完。图5测试结果并与理论指标进行比照分析测试结果与理论指标的比照温度测量局部结果与理论指标〔表.1〕温度/摄氏度5205080理论值/V-2-5-8实测值/V-0.52-温度误差%4相对1摄氏度误差表.1温度控制局部结果与理论治标〔表〕预设控制温度/摄氏度5205080实际控制温度/摄氏度52050805.2测试结果与理论指标分析在实际电路中，电阻并不是理想电阻、导线中和其它的元器件都不是理想的电子器件。在实际连接电路是，虽是用万用表测着元器件和串并联电阻使其尽量接近计算值，但使用的测量仪器有一定的测量误差，同时，在测量最后的输出结果时，测量结果也有一定的误差，所以，最后的测试值与理论指标之间有一定的差异。误差分析入表.1所示理论值〔V〕-2-5-8测试值〔V〕误差值〔V〕4%1.5%0.2%0.5%表.1由表.1可得最大误差不超过，在误差范围之内，所以测试值符合理论值，所以设计到达要求。6整体电路图、元件及器件明细6.1整体电路图电路如下图6.2实物图展示6.3元件及器件明细元件及器件明细如表6.所示元件器件明细温度传感器LM351个二极管1N4007LED灯4个3个uA7413个继电器1个双刀双掷开关及普通开关3个表头1个电阻假设干