電路課程設(shè)計(jì)--- 溫度測量域控制器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目名稱： 溫度測量域控制器的設(shè)計(jì) </p><p>　　班 級： 自動化0902班 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　日 期： 11.06.22 </p><p>　　題目 溫度測量與控制器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b>

3、</p><p>　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)研究中，經(jīng)常需要對某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測量，并能自動地控制、調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的溫度。下面設(shè)計(jì)并制作對某一系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測量與控制的電路。電路要求為：</p><p>　　① 被測溫度和控制溫度均可數(shù)字顯示。</p><p>　?、?測量溫度范圍為~，精度為。</p><p>　　③ 控制溫度連續(xù)可調(diào)，精度為。&

4、lt;/p><p>　?、?溫度超過額定值時，產(chǎn)生聲、光報警信號。</p><p><b>　　題目分析和內(nèi)容摘要</b></p><p>　　溫度測量與控制器的設(shè)計(jì)是主要涉及到對信號的采集，放大，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，譯碼器，編碼，顯示，以及在現(xiàn)實(shí)生活常常出現(xiàn)危險等情況的預(yù)測的綜合處理實(shí)驗(yàn)。整個實(shí)驗(yàn)的目的和過程都和現(xiàn)實(shí)都有著密切的關(guān)系。整個電路

5、可分為①溫度采集電路②恒溫控制電路③高溫報警電路④溫度顯示電路這四部分組成。</p><p>　　溫度采集電路：又有熱敏電阻會因溫度變化而變化，那么熱敏電阻的電壓也隨之變化，通過對熱敏電阻電壓變化量放大達(dá)到測量溫度的目的。</p><p>　　恒溫控制電路：溫度信號轉(zhuǎn)化為了電壓信號，那么恒溫控制即就</p><p>　　是保證熱敏電阻兩端的電壓不變，通過電壓比較控制

6、加熱電路，反饋控制熱敏電阻的電壓。</p><p>　　高溫報警：設(shè)置高溫相對應(yīng)的電壓值，達(dá)到時啟動報警電路，從</p><p><b>　　而避免危險。</b></p><p>　　溫度顯示電路：涉及到編碼，譯碼，顯示等數(shù)字電路問題，將采集到的電壓信號（0V~6V）依次編碼，譯碼之后顯示溫度為0~100.顯示采用四位lcd顯示</p&g

7、t;<p><b>　　3.總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　(1) 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　① 對溫度進(jìn)行測量、控制并顯示，首先必須將溫度（非電量）轉(zhuǎn)換成電量，然后采用電子電路實(shí)現(xiàn)課題要求?？刹捎脺囟葌鞲衅鳎瑢囟茸兓D(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號，并通過放大、濾波后送A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后進(jìn)行譯碼顯示。&

8、lt;/p><p>　?、?恒溫控制，將要控制的溫度所對應(yīng)的電壓值作為基準(zhǔn)電壓，用實(shí)際測量值與進(jìn)行比較，比較結(jié)果（輸出狀態(tài)）自動地控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度。</p><p>　?、?報警部分，設(shè)定被控溫度對應(yīng)的最大允許值為，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際溫度達(dá)到此對應(yīng)值時，產(chǎn)生報警信號。</p><p>　?、?溫度顯示部分，采用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可分別顯示系統(tǒng)控制溫度對應(yīng)值和報警溫度對應(yīng)值<

9、/p><p>　　(2) 原理框圖：在圖1所示框圖中：</p><p>　　圖1 設(shè)計(jì)思路原理框圖</p><p>　?、?傳感器可采用鉑電阻、精密電阻和電位器組成測量電橋，如圖所示，電橋的輸出電壓作為運(yùn)放構(gòu)成的差動放大器的雙端輸入信號，將信號放大后由低通濾波器將高頻信號濾除。</p><p>　　設(shè)計(jì)思路電路圖 （熱敏電阻由滑動變阻器R4替

10、）</p><p>　　具體思路：由于multisim中沒有熱敏電阻，故采用滑動變阻器代替作用。在時，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，使顯示器顯示。溫度在10，調(diào)節(jié)放大器的增益(調(diào)節(jié)滑動變阻器R13)，使顯示器顯示100攝氏度。滑動變阻器R13主要用來調(diào)節(jié)增益的大小。然后經(jīng)過U1放大器、電容C2、C3組成的低通濾波器濾波，消除高頻信號。注意放大器的輸出電壓不允許大于A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入的電壓值。輸出電壓U1在0V~6V。&

11、lt;/p><p>　　② 被測溫度信號電壓加于比較器1與控制溫度電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果通過調(diào)溫控制電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動作，使被控系統(tǒng)升溫或降溫。</p><p>　　具體思路：U1是經(jīng)過體統(tǒng)濾波去濾波的信號，Vref是人為根據(jù)溫度顯示器在Tref時，測量的電壓值。經(jīng)過電壓比較器U1和Uref比較，在輸出端得到+12V或者—12V的電壓，經(jīng)過二極管D3來確定是否超過控制溫度，而控制加熱電路

12、的通或不通。當(dāng)溫度高于Tref時，啟動加熱電爐，從而使溫度升高，反之；加熱電路不通，停止加熱，溫度逐漸降低。</p><p>　　③ 當(dāng)控制電路出現(xiàn)故障使溫度失控時，使被控系統(tǒng)溫度達(dá)到允許最高溫度對應(yīng)值，用聲、光報警電路發(fā)出警報，值班人員將采取相應(yīng)的緊急措施。</p><p>　　具體思路：U1是溫度檢測電路輸出信號，同樣是U1和Umax比較，如果高于最高電壓，就會輸出一個高電平，從而三級

13、管Q1開關(guān)導(dǎo)通，導(dǎo)致蜂鳴器U2蜂鳴和顯示燈X1亮起。顯示燈和蜂鳴器都由U2供電壓驅(qū)動。</p><p>　?、?開關(guān) 可分別鍵合系統(tǒng)溫度、控制溫度電壓 和報警溫度電壓，通過A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示器顯示出相應(yīng)的溫度數(shù)值。</p><p>　　具體思路：A /D轉(zhuǎn)換電路采用的是雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器AME7106。由于AME7106功能強(qiáng)大，可以直接驅(qū)動LCD顯示器，只需要配上

14、五個電阻和五個電容就可以構(gòu)成基本量程的直流數(shù)字溫度計(jì)，且轉(zhuǎn)化精度達(dá)，轉(zhuǎn)換速率2.5次/s，具有自動調(diào)零，自動判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查，可迅速判定其質(zhì)量的好壞。</p><p>　　LCD顯示器采用的是四位顯示，最低位為小數(shù)位。由于此電路中線路相對復(fù)雜，所以在此電路中采用了總線布置。</p><p><b>　　4.總體電路圖：</b></p>

15、<p><b>　　相關(guān)數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　R1:3ΚΩ R2:1.5ΚΩ R3:600Ω R4:1KΩ R5:1KΩ R6:1KΩ R7:100Ω R8:24KΩ R9:24KΩ R10,R11.R12:1KΩ R13:20KΩ R14:15KΩ R15/R16:1KΩ R17:100Ω</p><p>　　V1：6V V3:

16、12V </p><p>　　U1,U2,U3,U4:三腳放大器</p><p>　　D1，D2，D3，D4，D5，D6：二極管（multisim理想條件）</p><p>　　C1:10uF C2，C3，C4，C5:1.0uF </p><p>　　Vref:4.5v Vmax:6.10v （人工根據(jù)溫度計(jì)調(diào)試溫度測得的電

17、壓值）</p><p>　　U5 蜂鳴器 1000Hz 最大電壓 9v 最大電流 0.05A</p><p>　　X1 顯示燈 最大電壓 12v</p><p>　　Q1 NPN三極管 （做開關(guān)用）</p><p>　　AME7106：A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　LCD_DISPLAY_4D

18、IGIT ：顯示器（四位顯示）</p><p><b>　　5.定量計(jì)算：</b></p><p>　　1.溫度采集信號放大計(jì)算：</p><p>　　假設(shè)總反饋電阻是Rf，放大器正端輸入電壓為V+，負(fù)端輸入電壓為V—。</p><p>　　由電阻分壓得：=V1 =V1 (V1 為電源電壓)</p>

19、<p>　　輸出電壓： U0=V1+×V1</p><p><b>　　增益大?。?+×</b></p><p>　　調(diào)節(jié)Rf20kΩ 時，輸出信號調(diào)節(jié)電壓范圍：0V~6V</p><p>　　2.溫度恒溫控制，溫度超限報警計(jì)算</p><p>　　設(shè)加在反向端的電壓為限制電壓，本電路中主要

20、有恒溫電壓Vref，Vmax。</p><p>　　加在同向端電壓為測量電壓Uin。</p><p>　　由于是采用電壓比較器，且采用了過流保護(hù)電路，因此有：</p><p>　　據(jù)此可以通過二極管開關(guān)電路，或者是三極管開關(guān)電路控制加熱電路或者是報警電路的通與不通。當(dāng)電路輸出高電平時，高電平是電路導(dǎo)通，從而使加熱電路啟動，高電平使三極管導(dǎo)通，通過集電極到射極導(dǎo)通，使

21、蜂鳴器開始工作，達(dá)到高溫報警的目的。</p><p><b>　　6.收獲和體會</b></p><p>　　1，現(xiàn)實(shí)生活中我們認(rèn)為很簡單的電路原來包囊著很多的知識，不管是數(shù)點(diǎn)還是模電，這些都在生活中普遍出現(xiàn)，電路實(shí)驗(yàn)和生活密切相關(guān)。不論從一個溫控系統(tǒng)到智能汽車，都是由很簡單的電路一步一步組合而成。</p><p>　　2.，實(shí)驗(yàn)總是不可能一蹴

22、而就的，在試驗(yàn)過程中總是遇到很多問題，需要保持耐心和理智的頭腦思考其中出現(xiàn)的問題。比如在此次中，multisim軟件中，有好多元器件根本無法在元件庫中找到，尋找替代品就是一個不錯的選擇。</p><p>　　3，廣泛的資料能夠擴(kuò)展你的視野，從而在實(shí)驗(yàn)中想到更多，也更容易從中選取某些好的做法，優(yōu)化自己的電路。吸收別人的優(yōu)點(diǎn)，該進(jìn)自己的缺陷，從而讓自己做得更好。</p><p>　　4，基礎(chǔ)很

23、重要。這次實(shí)驗(yàn)充分的考察了模電數(shù)電的知識，沒有平時的良好的基礎(chǔ)是無法設(shè)計(jì)出簡單而又實(shí)用的電路的，實(shí)驗(yàn)從每一個小的電阻，大到一個芯片都要從許多之中做出選擇，每一個電阻的大小都影響著實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)果。</p><p>　　5，團(tuán)隊(duì)之間的交流對實(shí)驗(yàn)有很大的幫助。合作是一個團(tuán)隊(duì)的根本，只有團(tuán)結(jié)的團(tuán)隊(duì)才能做出一個很棒的作品，數(shù)學(xué)建模，電子設(shè)計(jì)都要求團(tuán)隊(duì)和作，一個人可以做的事情是有限的，考慮的事情也不可能是面面俱到的，幫助別人

24、也是幫助自己。</p><p>　　6，實(shí)驗(yàn)的根本還是在實(shí)驗(yàn)上而不在理論上，像調(diào)試電阻的大小以獲得得想的放大倍數(shù)過程中理論就幫不上很多的忙，雖然從算式上能夠推出相關(guān)的關(guān)系，但具體的大小還是要在實(shí)驗(yàn)上運(yùn)行了才知道結(jié)果會怎樣。以后要注重自己的實(shí)驗(yàn)動手能力，當(dāng)然理論分析能力也是不可或缺的。</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p&

25、gt;　　宋家友 張友漢 新編電子線路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊 福建科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社</p><p>　　王彥朋 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)與應(yīng)用 中國電力出版社</p><p>　　吳建國 數(shù)字電子技術(shù) 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　黃根春 電子設(shè)計(jì)教程 電子工業(yè)出版社