温度控制系统项目方案.docx
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温度控制系统项目方案
温度控制系统项目设计方案
1EWB简介
EWB软件,全称为ELECTRONICSWORKBENCH,EDA是交互图像技术在九十年月初推出的EDA软件,用于模拟电路和数字电路的混淆仿真,利用它能够直接从屏幕上看到各样电路的输出波形。
EWB是一款小巧,但是仿真功能十分强盛的软件。
相对其余EDA软件而言,它是个较小巧的软件,只有16M,功能也比较单调,就是进行模拟电路和数字电路的混淆仿真,但你绝对不行小看它,它的仿真功能十分强盛,能够几乎100%地仿真出真切电路的结果,并且它在桌面上供给了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑剖析仪、数字信号发生器、逻辑变换
器等工具,它的器件库中则包括了很多大企业的晶体管元器件、集成电路和数字
门电路芯片,器件库中没有的元器件,还能够由外面模块导入,在众多的电路仿
真软件中,EWB是最简单上手的,它的工作界面特别直观,原理图和各样工具都
在同一个窗口,未接触过它的人略加学习就能够很娴熟地使用该软件,关于电子
设计工作者来说,它是个极好的EDA工具,很多电路你无需动用烙铁即可得悉它
的结果,并且若想改换元器件或改变元器件参数,只要点点鼠标即可,它也能够
作为电学知识的协助教课软件使用。
图1-1EWB启动页面
2设计的技术指标及要求
2.1设计任务及要求
2.1.1设计任务
依据技术要乞降所给条件,达成对温度控制系统的设计,装置与调试。
设计要求
一、设计任务
利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(ThermoelectricCooler,即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。
二、要求
(1)控制密闭容器空气温度
(2)容器容积>5cm*5cm*5cm
(3)测平易控温围:
0℃~室温
(4)控温精度±1℃
三、发挥部分
(1)测平易控温围:
0℃~(室温+30℃)
2.2设计思想
本次设计使用温度传感器采集目前密屋的温度,而后经过各部分电路办理,与所要控制的电路进行比较。
电路依据比较的结果断定能否对密屋空气进行降
温,假如需要制冷会自动开启半导体系冷片。
当温度低于所控制的温度后,控制部分要断开制冷电路。
在不制冷的状况下,密屋会自动升温,当温度上涨到控制
温度以下的时候电路就会依照从前的步骤从头来一遍,而后对密屋进行降温,而后周而复始履行这样一个周期性的动作,进而达到把温度控制在必定围的目的。
3选定方案的论证及整体电路的工作原理
3.1设计方案选择
3.1.1可行方案:
方案一:
经过集成运放组成的比率器,把温度传感器获取的信号放大,再将信号传输给功放,带动半导体系冷片工作,进而实现对温度的控制。
功放采纳乙类双电源互补对称功率放大电路。
测温部分经过测温度传感器输出端与基准端的电压,在转变成相应的温度值。
此中,基准端的电压有预先调试好。
方案二:
利用集成运放在非线性工作区(即饱和区)的输出端电压为正负电源电压的特征,结构温度比较器,将温度信号失散成为高电平易低电平,高电平常制冷,低电平常加热,进而实现对温度的控制。
此中功放采纳乙类双电源互补对称功率放大电路。
测温部分方案同方案一。
方案三:
用温度传感器将采集到的温度变换成电压信号,经过集成运放组成放大器,将轻微的电压信号放大成所需要的电压信号,再经过电压比较器将温度信号失散成为高电平易低电平,高电平常制冷,低电平常加热,进而实现对温度的控制,并用LED指示灯指示半导体的工作状态。
3.1.2方案的议论与选择:
方案一可行,但是存在着很多弊端,如反响慢,且温度邻近时,敏捷度也降低了。
方案二可行,它将变化的温度信息转变成失散的高电平易低电平,经过功放的作用,进而实现对温度的控制。
但是半导体系冷片向来工作在较大功率条件下,耗能许多,且加热器和制冷器一直有其一在工作中,所以会造成资源浪费,电路也相对复杂。
方案三能够很好得实现对温度的控制和丈量,固然方案三使用的电子器件许多且繁琐,电路也较复杂,但是关于控制电路来说更为正确,快速,因为不需要对电路进行加热,则这个电路是不错的。
综合考虑以后,采纳方案三作为详细实现方案。
选定方案的论证
3.2.1选定温度传感器的论证
依据设计要求,能够丈量并控制0到室温的温度,精度要达到±1℃。
也就是说基本要求为传感器能够丈量0到室温的温度,并且拥有很好的稳固性。
再联合性能以及价钱方面的原由,选择了集成温度传感器LM35。
LM35温度传感器在-55~150摄氏度以是特别稳固的。
当它的工作电压在4
到20v之间是能够在每摄氏度变化的时候输出变化10mv。
它的线性度也能够在高温的时候保持得特别好。
所以LM35完整切合设计要求。
3.2.2选定继电器的论证
继电器是低压控制高压的部分,它的开启电压以及稳固性相当重要。
因为采纳的电源电压是12V的,所以继电器的开启电压应当合适低于12V当靠近它,因
此采纳开启电压为9V的比较合适。
此外,因为加热部分的电流比较大,所以继
电器的蒙受电流要大,一般1000W的加热装置电流为,选择4.5A×2=9A以
上的比较合适。
3.2.3选定运算放大器的论证
本设计对放大器的要求不过有较好的虚短和虚断特征,作为比较器时输出能够靠近电源电压。
所以通用型的运算放大器即可知足要求。
所以采纳通用型的
ua741.
整体电路的工作原理
电路设计的整体思想是测温——比较——控温如图3.1所示
图电路设计的整体框图
4单元电路的设计计算、元器件选择及电路图
测温单元
图测温单元电路图
温度传感器需要放入水中,所以应当在电路中引出一个出口来接温度传感
器。
LM35有三个引脚,此中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。
详细是每变化1摄氏度,输出电压变化10mV。
信号采集单元电路如图4.1.1所示。
信号办理单元
LM35输出端的电压因温度改变1摄氏度而改变10mv,很难检测。
所以一定经过必定的办理方可成为丈量以及控制部分所使用的信号。
办理方法也就是将它无损的放大必定的倍数。
因控制或丈量温度在30摄氏度的时候,LM35输出电压为300mv。
温度在0摄氏度的时候输出为0mv。
经下边计算:
Vmax×Av
12V
Vmin×Av
0V
0VAV
12V
得Vmax
即0 考虑计算的方便,以及最后输出丈量的方便,放大倍数为20为宜。 电路如图 图信号办理单元电路 温度比较单元 知道了所输出的电压的大小,而后与所给的电压进行比较,进而知道电压是 偏高仍是偏低,即温度是偏高仍是偏低。 当控制温度为 30度时, V=300mv*20=6V, 所以,比较电压就选择6V。 图比较单元电路图 控制单元 控制单元的作用是经过接收来自传感器办理后的信号,鉴别能否需要对目前 的水体进行加热。 所以控制电路处的比较基准电压应当从负电源中讨取。 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1.5mA以下,选择固定电阻R为2k。 控制温度需要达到30摄氏度,而温度传感器是将1°的温度装换为10mV的电压,而经过放大器后,又电压放大20倍,所以最后输出电压值为6V,比较器比较的电压也为-6V。 Vo=300mV×20=6V 所以电位器选择10k为宜。 详细电路图如图 图4.4.1控制单元 控制电路是一个比较器,如图所示。 输出为6V,而继电器没有正负, 所以一定使比较器输出负电压的时候继电器截止,所以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 在继电器两头并联一个二极管,以使继电器断电后它的保存电流能够在二极管和 电阻中快速消完。 5单元电路的仿真及结果 信号放大电路 U1 XMM2 V2 OPAMP_3T_VIRTUAL 0.4V R2 R1 19.1k|? 1k|? 图信号放大电路仿真图 在输入电压为0.1V时,输出电压为, 在输入电压为0.4V时,输出电压为,如图所示 图输入电压为0.1V和0.4V时,输出电压的值 所以,放大电路实现了放大20倍的功能。 控制电路 控温为30度,所以比较电压为-6V,与放大器输出的电压相加,放大器输出 大于6V,就输出负电压,负电压的大小由稳压管两头的电压大小决定,放大器 输出的电压小于6V,就输出正电压。 图5.2.1正式放大器输出电压小于6V时, 比较器输出电压为。 XMM3 V1 10k|? U2 R4 R6 6V R3 U1 2k|? 10k|? OPAMP_3T_VIRTUAL V2 OPAMP_3T_VIRTUAL D1 1N5758 0.1V R2 R119.1k|? 1k|? 图控制电路仿真图 仿真时,输入电压为0.1V时,输出值为20.79V; 输入电压为0.4V时,输出值为-20.97V。 结果如图5.2.3所示。 图5.2.3输入电压为0.1v和0.4V时的输出结果 仿真结果与实质值符合 隔绝及指示电路 隔绝电路是一个射极跟从器,输入阻抗很大,能将前后级电路分开,免得 后边的指示电路影响控制电路的输出电压。 因为发光二级管的只有在 电压和电流下才能正常工作,所以需要一个保护电阻。 整体电路如图 所示,电压表测得是二极管两段的电压,达到了预约值。 输入电压为0.1V时,表示室温为10°,低于30°,此时要控制加热装置 发热,并且加热时指示灯发光,由仿真图能够看出,此时二极管发光,复 合预期结果。 输入电压为0.4V时,表示室温为40°,高于30°,此时要控制加热装置 制冷,并且制冷时指示灯不发光,由仿真图5.3.1能够看出,此时二极管不发光, 复合预期结果。 XMM1 V1 10k|? U2 R4 U3 R6 6V R3 R5 U1 OPAMP_3T_VIRTUAL 2k|? 3.5k|? 10k|? OPAMP_3T_VIRTUAL LED2 V2 D1 OPAMP_3T_VIRTUAL 1N5758 0.1V R2 R1 19.1k|? 1k|? 图输入电压为0.1V时电路仿真图 XMM1 V1 10k|? U2 R4 U3 R6 6V R3 R5 U1 2k|? 3.5k|? 10k|? OPAMP_3T_VIRTUAL OPAMP_3T_VIRTUAL LED2 V2 D1 OPAMP_3T_VIRTUAL 1N5758 0.4V R2 R1 19.1k|? 1k|? 图输入电压为0.4V电路仿真图 6整体电路图、元件及器件明细 整体电路图 电路如图6.1.1所示 温度控制系整体路 6.2元件及器件明细 元件及器件明如表所示 表 元件及器件明细 元件 器件明 器 1 个,9V开启,28A 二极管1N4007 4 个 LM35 1 个,每1氏度出化10mV LED 3 个,2个黄,1个 uA741 3 个 位器 1 个,10k 一般开关 1 个 阻(10kΩ,100kΩ,5kΩ,1kΩ,2k若干,有的需要串并获取 Ω⋯⋯) 7设计小结 成就的评论 在路的和制作中,使我无形中加深了模子技基的理解和运用能力,本及从前学的知有了一个更好的。 在路的物接中出了一些,需要不停的解决,所以几周下来,我的排能力有了很 大的提升;再次,经过此次课程设计,我对设计所用到的集成块有了更为深刻地 认识,这对我们此后的工作和学习的帮助都很实用途。 本设计的特色 本设计中采纳的是价钱廉价且又有较好的线性度的温度传感器LM35,并采纳运算放大器几乎无损放大,特别准群反应了所丈量的温度。 此外因为比较器比较好的开关特征。 存在的问题和改良的意义 温度的调控能力和传感器的反响速度有特别大的关系。 假如温度传感器对温度的敏感速度特别低,控制器就没法实时得在欲控制温度处停止降温,这样就起不到控制温度的目的了。 LM35的反响速度也不是特别快,当我用热水进行试验的时候,温度滞后能够达到3到4度。 于是我使其贴附在散热片上,这样它对温度的反响速度才提升到控制精度为1度以。 但是,假如控制的密屋温度上涨速度再快点,或许密屋再大点,控制的精度就又会降下来的。 所以,在温度传感器方面一定进行改良。 我的改良建议是加大传感器的表面积,或许是跟换成效更好的传感器,这样就会在更苛刻的条件下也能够有较大的精度了。 参照文件 [1]吴友宇.模拟电子技术基础.: 清华大学,2009. [2]康华光.模拟电子技术基础.: 高等教育,2005.7. [3]舒庆莹,凌玲.模拟电子技术基础实验.: 理工大学,2008.2. [4]徐.电子技术实训教程.: 航空航天大学,2006 [5]自美.电子线路设计.第三版.: 华中科技大学,2006 [6]万嘉若,林康运.电子线路基础.: 高等教育,2006 本科生课程设计成绩评定表 姓名性别 专业、班级 课程设计题目: 温度控制系统 课程设计辩论或怀疑记录: 成绩评定依照: 最后评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定) 指导教师署名: 年月日
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