水温控制电路的设计报告
《水温控制电路的设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水温控制电路的设计报告（17页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、华北科技学院课程设计水温控制电路设计报告一 设计的具体实现 1.1系统概述 水温控制器电路的总体框图如图1所示。它由温度传感器、同相比例运算放大电路、比较电路、加热电路，显示电路和电源电路6部分组成。 图1 水温控制电路的总体框图本设计要将水温转化成电信号才能控制。所以采用温度传感器来转化,将温度信号转化成电压信号，经同相比例运算放大电路适当放大后与设定的电压比较，设定的电压就代表特定的温度值。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热，同时显示电路开始工作，进行报警提示；当实际温度低于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度在某个值或小范围波动。电源电路的功能是为上述所有电路提供电源
2、，包括直流电源和交流电源，设计中唯一用到交流电源的是加热电路，其余部分均为直流电源供电。 该设计问题可分为温度传感器模块，放大电路模块，比较器模块,继电器、加热模块，显示报警模块以及电源模块。温度传感器模块，主要负责温度信号与电压信号的转化；放大器模块，使输出电压变为原来的十倍；比较器模块，控制温度的预设定电压；继电器、加热模块，当被测温度超过设定温度时，继电器动作，是触点断开停止加热，反之被测温度低于设置温度时，继电器触点闭合，进行加热；显示报警模块，当被测温度超过设定温度时，LED灯和蜂鸣器同时工作，提示报警。 1.2 单元电路设计、仿真与分析 1.2.1温度传感器模块本设计选用LM35温
3、度传感器来转化温度为电信号。LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。其转换公式为： oC T oC （式1-1） 在0时输出为0V，每升高1输出电压增加10mV,LM35的外观如图2所示 图2 LM35外观 图3 LM35实物图常温下LM35不需要额外的校准处理即可达到1/4的准确率。此设计采用单电源供电，在25下的静默电流约50，非常省电，并且无散热问题，精度非常高。并且输入电压宽，从4V到30V都可以。所以选择LM35很合适。 1.2.2 放大器模块放大器和比较器均要用到运算放大器，这里采用LM3
4、24集成运放。LM324是4个运算放大器的集成器件，这个设计中选择其中的三个使用。LM324的接线图如图4：图4 LM324管脚连接图LM324系列器件是带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图所中示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“Vcc”、“VEE”分别为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-为反相
5、输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 下面说明放大器的原理： 此设计用正相比例放大器，使输出时正电压，考虑到控制的温度是室温到60 oC，所以取放大器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。同相比例放大器的原图如图5：图5 放大器原理图 由运放的“虚短”“虚断”的性质有这里取R=1K，则R =9K，因为输入电压为8V（电源电压为12V，为保护LM35，设计电路时，我在LM35的电源端串联了个电阻)保持10倍放大，则设定的电压值与温度的转换关系就为10 倍，比较容易控制和调节。如图6所示：图6 放大器输出结
6、果 3.2.3比较器模块 比较电路也即水温检测和水温范围测量电路。将输入的变化的电压与基准电压（上下限电压）进行比较，通过运放输出高低电平来控制后面的电路。 这里分别采用了一般单限比较器和比较稳定，抗干扰性比较强的滞回比较器，使用的运算放大器为LM324中的两个。电路图如图7： 图7 比较电路图7中24接放大器的输出电压作为比较器的输入电压，7和11分别为滞回比较电路和一般单限比较电路的输出端。此时放大器工作在非线性状态， 输出电压只有正或负两种饱和值。若集成运放的输出电压的幅值为，则当时,；则当时,。如图7所示，通过调节R4和滑动变阻器R5的阻值，可以改变的大小，即参考电压的大小。参考电压生
7、的功能是设定水温范围的上限值。在电路中，电阻R4，R5构成参考电压电路，滞回比较器构成水温测量范围电路。现在先以滞回比较电路为例进行说明，其电压传输特性如图8所示： 图8 滞回比较器的电压传输特性根据 Un=Up： 所以，即从高电平转化为低电平和从低电平转化为高电平的分界点就有了的差别。根据以上几个公式我们可以知道，参考电压瘦集成运放的正反馈的影响，在仿真时应适当调低的数值。接下来我们分析一下另一路电压比较器一般单限比较电路。我们将信号源接入运算放大器的同相输入端，将比较电压从反向输入端输入。可以运用运算放大器的“虚短”原理，则有 所以可以通过调节滑动变阻器来控制 的值。 3.2.4 继电器、
