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成绩:
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温度控制系统在人们的日常生活中有着非常广泛的应用,它在冰箱、空调、电脑等电气电子设备中占着尤为重要的地位。
如果一个电器的某个关键系统温度过高,就会导致电器的烧毁,这就是需要温度监控器的原因。
随着电子科技的发展,温度监控器不仅在家电领域中起作用,更是涉及到现代自动化机械生产、医疗、核研究、宇宙探测等各个不同领域。
如果没有准确对仪表温度进行检测,会导致难以预计的后果。
这就需要温度监控设备的支持,可见温度监控电路的作用至关重要。
本设计中采用MF58热敏电阻接收当前系统中的温度,然后通过差动放大电路将热敏电阻的电压信号发送到温度控制部分,温度控制系统接收来自温度测量部分的信号,然后与所要控制的温度信号进行比较,决定是否加热升温或冷却降温。
直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路构成,选用三端集成稳压器LM78XX!
路。
差动放大电路和滞回比较器电路采用UA741集成运算放大器,通过控制继电器来控制加热丝加热或风扇散热来调节温度的变化。
关键词:
温度;
放大;
稳压电源;
继电器
第1章绪论1
1.1电子温度控制器的应用意义1
1.2电子温度控制器的设计要求及设计参数1
1.2.1设计要求1
1.2.2设计参数2
第2章方案设计和分析3
2.1方案比较3
2.1.1方案一3
2.1.2方案二3
2.2总体设计方案框图及分析4
第3章电子温度控制器的各单元电路设计5
3.1温度监测及控制电路的设计5
3.1.1测温电桥的设计5
3.1.2差动放大电路的设计6
3.1.3调温电路7
3.1.4滞回比较器的设计7
3.1.5三极管及外围控制电路的设计9
3.2±
12V直流稳压电源的设计9
第4章电子温度控制器的整体电路设计11
4.1整体电路图及工作原理图11
4.2电路参数计算11
4.3整机电路性能仿真验证12
4.4整体电路性能分析13
第5章课程设计总结14
附录I参考文献15
附录U电路图16
附录川:
器件清单
17
第1章绪论
温度控制系统在工业生产,生活娱乐,仪器运行等很多方面都有着广泛的应用。
一些工业上的自动化设备需要将温度控制在一定范围内,才能保证所制造的产品的质量。
因此,温度测量控制系统有提高自动化设备性能的重要意义。
而现今很多的温度控制系统大多数都有很多的缺点,主要的就是价格昂贵,反应速度慢或者是精度不高等。
这些缺点使得温度控制部分成为整个系统中的一个污点。
随着工业自动化的普及与发展,要求有更先进、更稳定、更可靠的检测控制系统,以完成数据的采集并控制输出设备安全运行。
1.1电子温度控制器的应用意义
如今,
温度控制器的运用越来越广泛,象电冰箱、空调、锅炉等都得用到。
日常经常用到的温度控制器主要分为机械式和电子式。
传统多为机械式控制器,但机械式较易损坏且不精确。
随着科学技术的迅猛发展,电子控制电路在日常生活中得到了更为广泛的应用,因为它使用更方便且相当精确,对人们的生活起到了深远的影响。
1.2电子温度控制器的设计要求及设计参数
1.2.1设计要求
1.分析设计要求,明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等,广开思路,构思出各种总体方案,绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较,以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较,并考虑器件的来源,敲定可行
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零,分解成若干子系统或单元电路,逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局,通常是按信号的流向,采用左进右出的规律摆放各电路,并标出必要的说明。
122设计参数
1.现设计并制作能高精度电子温度控制器
2.设计电路所需的直流稳压电源。
3.工作温度范围:
25C—+80C
4.精度土1C
第2章方案设计和分析
2.1方案比较
2.1.1方案一
采用AT89S52作为电路的控制核心,使用12位的高精度模数转换器AD574A进行数据转换,控制电路部分采用PWM控制可控硅的通断以实行对温度的连续控制,此方案精度相对较高,但价格昂贵,电路结构也相对复杂。
如图2.1.1所示,
18B20
如用于本设计,显得浪费资源。
LCD1602
图2.1.1电子温度控制器方案一
2.1.2方案二
该方案也是通过热敏电阻将温度信号进行采集,然后将温度的电压信号进行差动放大,再经过滞回比较器进行比较,其次再利用滞回比较器产生的信号控制三极管的导通与截止,最后通过三极管的导通与截止控制继电器或者外围加热或降温措施。
而比较的参考电压是通过多档位电阻分压。
如图2.1.2所示。
优点:
相对于方案一,制造成本低,电路相对简单,利于广泛应用。
因此采用方案二。
图2.1.2电子温度控制器方案二
2.2总体设计方案框图及分析
电子温度控制器是由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成的测温电桥的,其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号,经三极管放大后控制加热器的“加热”与“停止”。
改变滞回比较器的比较电压,即改变控温的范围,而控温的精度则由滞回比较器的滞回的滞回宽度确定。
而滞回比较电压是通过多个电阻档位进行分压产生参考的电压信号。
总体方案框图如图2.2所示。
图22总体方案设计框图
第3章电子温度控制器的各单元电路设计
3.1温度监测及控制电路的设计
3.1.1测温电桥的设计
图3.1.1测温电桥电路
如图3.1.1所示,由R、艮、F3、Rw及R组成测温电桥,其中R是温度传感器。
其呈现出的阻值与温度呈线性变化关系且具有负温度系数,而温度又与流过它的工作电流有关。
为了稳定R的工作电流,以达到稳定其温度系数的目的,电路中设置了稳压管DZ。
Rw可决定测温电桥的平衡。
热敏电阻R采用负温度系数的热敏电阻(NTC)。
根据温度检测范围需要在25C-80C,所以采用MF5热敏电阻。
MF5热敏电阻的阻值随温度变化如表3.1.1所示。
表3.1.1MF58热敏电阻阻值随温度变化表
温度/c
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
电阻/KQ
1.00
0.83
0.69
0.57
0.48
0.41
0.34
0.29
0.25
0.22
0.19
0.16
3.1.2差动放大电路的设计
图3.1.2差动放大电路
差动放大电路如图3.1.2所示。
由A及外围电路组成的差动放大电路,将测温
电桥输出电压△U按比例放大。
其输出电压
当R^-Rs,(R7Rw2)=Re时
其中Rw用于差动放大器调零。
差动放大电路的输出电压仅取决于2个输入电压之差
和外部电阻的比值。
差动放大电路输出电压随温度变化如表3.1.2所示。
表3.1.2差动放大电路输出电压随温度变化
Uba/mV
20
36
51
61
78
84
89
92
96
100
U01/V
2
3.6
5.1
6.1
7.0
7.8
8.4
8.9
9.2
9.6
10.0
3.1.3调温电路
VCC
12V
R1020kQ
Uo2
Rw4
100kQ
Key=A
图3.1.3调温电路
调温电路是通过改变与差动放大电路放大的温度电压信号相比较的电压信
号,从而改变滞回电路输入的差模信号。
如图3.1.3所示,该电路主要是通过改变滑动变阻器Rw4勺阻值得到参考电压的阻值,改变Rw4阻值温度的变化范围从25C—80T之间变化。
3.1.4滞回比较器的设计
图3.1.4(a)滞回比较器电路
差动放大器的输出电压UO1输入由A2组成的滞回比较器。
设比较器输出高电平
为UOH,输出低电平为UoL,参考电压UR加在反相输入端
当输出为高电平U°
H时,运算放大器同相输入端电位
此后,只要Ui稍有减小,输出就从高电平跳变为低电平当输出为低电平Uol时,运算放大器同相输入端电位
rfr2
uLuiUoL
LR2+Rfir2rfoL
当Ui增大到使Ul=Ur时,即
此后,只要Ui稍有增加,输出就从低电平跳变为高电平。
因此,Utl和Uth为输出电平跳变时对应的输入电平,常称Uth为下门限电平,
Utl为上门限电平,而两者的差值为厶Ut=Utr-Utl=R2;
RfUoh-Uol。
厶5称为门限宽度,其大小可通过调节r2/rf的比值来调节。
图3.1.4(b)电压传输特性
由上述分析可见差动放大器输出电压Uoi经分压后,在A?
组成的滞回比较器,与反相输入端的参考电压宀相比较。
当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时,A输出正饱和电压,三极管Q1饱和导通。
通过发光二极管LED1的发光情况,可见负载的工作状态为加热。
反之,为同相输入信号小于反相输入端电压时,A输出负饱和电压,三极管Q2饱和导通,LED2熄灭,负载的工作状态为制冷。
调节FW4可改变参考电平,
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