恒温控制系统电子技术设计.docx
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恒温控制系统电子技术设计
课程设计说明书
课程名称:
电子技术课程设计
题目:
恒温控制报警系统
摘要
在现代工业的发展中,恒温箱在很多领域都得到应用。
本次课程设计,我们组基于LM35温度传感器的恒温控制报警系统。
普通的温度计只具有温度测量及报警功能,如果人为的调整温度,可能因为延误造成不必要的损失,我们组设计的恒温控制报警系统具有温度测量(温度产生模块、数模转换模块),超范围报警(报警模块),加热(加热模块)等功能。
本系统电路简单,调试方便,工作简单,具有一定使用价值。
关键字:
温度测量、数码管显示、LM35、报警
目录
第一章概述………………………………………………………………………3
1.1设计的主要内容和意义……………………………………………………3
1.1.1设计的主要内容………………………………………………………3
1.1.2设计的意义…………………………………………………………3
第二章主要模块及器件…………………………………………………………3
2.1主要模块……………………………………………………………………3
2.1.1温度产生模块………………………………………………………3
2.1.2信号处理模块………………………………………………………3
2.1.3数字显示模块………………………………………………………3
2.1.4报警模块……………………………………………………………3
2.1.5加热模块……………………………………………………………3
2.1.6模块框图……………………………………………………………4
2.2主要器件……………………………………………………………………4
2.2.1LM35…………………………………………………………………4
2.2.2其他器件……………………………………………………………5
第三章模块仿真…………………………………………………………………5
3.1温度产生模块…………………………………………………………………5
3.2信号处理模块…………………………………………………………………6
3.3数字显示模块…………………………………………………………………7
3.4报警模块………………………………………………………………………8
3.5加热模块………………………………………………………………………9
第四章遇到问题及解决方法……………………………………………………9
附录………………………………………………………………………………10
器件引脚图………………………………………………………………………10
参考文献及网站…………………………………………………………………11
第一章概述
1.1设计的主要内容和意义
1.1.1设计的主要内容
本设计提出的“温度测量控制”的方案的实现方法是由LM35温度传感器、显示模块、报警器、加热器等模块组成的电路。
LM35温度传感器测量环境温度,经过放大电路,滤波电路,压频转换电路对信号进行处理,在数码管上显示。
并且设置一个合理温度范围(30℃-40℃),测量的温度超过这个范围,蜂鸣器报警。
温度范围可以改变。
1.1.2设计的主要意义
现代工业高速发展,恒温箱的应用随处可见,包含农业、纺织业、生物制药业、食品加工业、机械制造业、化工业等诸多领域。
所以我们组根据现有实验室条件及现阶段所学知识设计并制作一个简易的温度控制系统,在实验中巩固和应用模数电知识,尽可能做出一个稳定工作的产品。
第二章主要模块及器件
2.1主要模块
2.1.1温度产生模块
利用LM35温度传感器将温度转换为电压信号,此模块电路较为简单。
2.1.2信号处理模块
此模块由三部分组成:
信号放大电路、滤波电路以及压频转换电路。
信号放大电路采用同向比例放大电路,将输入的电压信号放大10倍。
滤波电路采用有源一阶低通滤波电路。
压频转换电路采用电荷平衡式电压-频率转换电路,由积分器和一个滞回比较器组成。
2.1.3数字显示模块
此模块由两部分组成:
555多谐振荡器部分以及数码管显示部分。
555多谐振荡器与教材中所给电路一致。
数码管显示电路采用74HC160十位计数器、若干逻辑门以及数码管组成,器件颇多但不复杂。
2.1.4报警模块
此模块由逻辑门、蜂鸣器和LED组成。
十位数码管的4位二进制数进行逻辑运算,若此四位二进制数为0011,则不报警,否则蜂鸣器和LED小灯进行报警。
2.1.5加热模块
此模块由减法器和加热电阻组成。
由滤波电路输出与设定标准温度电压进行减法运算,若温度低于设定标准温度,则电压差值作为加热电阻的输入电压。
2.1.6整体框图
2.2主要器件
2.2.1LM35
温度传感器采用的是NS公司生产的LM35,他具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围,他的输出电压与摄氏温度线性成比例,且无需外部校准或微调,可以提供±1/4℃的常用的室温精度。
LM35的输出电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示,0℃时输出为0V,每升高1℃,输出电压增加10mV。
其电源供应模式有单电源与正负双电源两种,其接法如图3与图4所示。
正负双电源的供电模式可提供负温度的测量,单电源模式在25℃下电流约为50mA,非常省电。
本系统采用的是单电源模式。
2.2.2其他器件
本系统所需其他器件为:
运算放大器KF347、二极管、稳压管、555、十位计数器74HC160、以及电压、电阻、导线若干。
第二章模块仿真
3.1 温度产生模块
由于multisim里面没有办法进行温度仿真,经过查阅datasheet,我们采用大概同样大小、数量级的电压源产生模拟信号。
电路图如下:
仿真结果(产生的波形):
经过反向比例放大电路,输出在-1.2V和-1.6V之间波动。
3.2 信号处理模块
因为信号是直流,所以直接将信号进行低通滤波以及压频转换就可以利用闸门信号进行计数再进行数字显示。
各部分电路图及仿真波形如下:
(1)低通滤波电路:
低通滤波后的电压为反向比例放大后的二倍,波形如下:
(2)压频转换电路:
压频转换后的波形如下:
3.3 数字显示模块
数字显示部分电路图如下:
555振荡电路:
振荡波形:
3.4 报警模块
报警温度为30度以下及四十度以上,所以直接用门电路处理十位显示就可以,当十位不为三时报警,实际仿真利用蜂鸣器报警。
在电路图中只给出门电路关系如下:
输入由上到下为高位到低位3.5 加热模块
加热由于是在面包板上仿真,无法设计实际的加热器,只用了一个电阻代替。
展现负反馈调节温度的设计思路,在此无法给出multisim仿真,只能用实际仿真代替结果。
第四章遇到问题及解决方法
我们在设计过程中,遇到很多问题。
(1)要实现什么功能,我们开始想法是单纯的温度测量加报警。
后来觉得功能比较单一,便加上加热功能。
(2)报警模块也遇到设计上的问题,最初设计是直接在滤波器后接到比较器上,后来因为新加的加热功能,使传感器周围温度并不是恒定的,我们担心报警和显示不同步,所以讲报警模块的原理改掉,从数码管的输入进行数模转换后,再进行比较。
但是转换过程过于繁琐,需要将十进制转换为二进制,然后再通过模数转换芯片进行转换。
我们想,设定的范围是30℃至40℃,我们可以让看表示十位的二进制数是否为0011,不是就进行报警。
(3)加热模块也思考了一番。
首先我们担心加热的过快或者冷却的过慢,使温度超过40℃。
我们就把是否需要加热的上限设为32℃,即低于30摄氏度开始加热,加热至32摄氏度便停止加热。
(4)在电路仿真中,也遇到一些问题,例如线性性不好,波形不理想等,均通过改变参数等方法解决。
实际中会遇到什么问题,我们会根据实际搭接电路的情况进行解决,会在终结报告中写明。
附录
器件引脚图
四输入与非门74HC0074HC160
六输入反相器74HC04四运放KF347
温度传感器LM35
555芯片构成多谐振荡器
参考文献及网站:
《模拟电子技术基础》(第四版)华成英童诗白主编——高等教育出版社
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- 关 键 词:
- 恒温 控制系统 电子 技术设计