温度控制器课程设计要点

郑州科技学院《模拟电子技术》课程设计题目温度控制器学生姓名专业班级学号院（系）信息工程学院指导教师完成时间2015年12月31日郑州科技学院模拟电子技术课程设计任务书专业14级通信工程班级2班学号姓名一、设计题目温度控制器二、设计任务与要求1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光；2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭；3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程；4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单；5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书.三、参考文献[1]吴友宇.模拟电子技术基础[M].清华大学出版社,2009.52~55.[2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M].高等教育出版社,2005.25~28.[3]徐国华.电子技能实训教程[M].北京航空航天大学出版社,2006.13~15.[4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25.[5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13.[6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M].高等教育出版社,2006.27~29.四、设计时间2015年12月21日至2015年12月31日指导教师签名：年月日摘要本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。关键词：温度传感器比较器继电器目录1课程设计的目的...........................................................................错误!未定义书签。2课程设计的任务与要求...........................................................错误!未定义书签。3方案论证...........................................................................................错误!未定义书签。3.1方案比较.................................................................................错误!未定义书签。3.2方案论证................................................................................................................54设计原理及功能说明................................................................错误!未定义书签。4.1工作原理.................................................................................错误!未定义书签。4.2结构框架................................................................................................................84.2.1放大电路..............................................................................................................84.2.2电压比较器电路.................................................................................................94.2.3温度控制电路.....................................................................................................94.3工作流程..............................................................................................................105仿真结果...........................................................................................错误!未定义书签。6硬件的制作与调试......................................................................错误!未定义书签。7总结.....................................................................................................错误!未定义书签。参考文献................................................................................................错误!未定义书签。附录1：电路原理图....................................................................................................15附录2：实物图..............................................................................................................16附录3：元器件清单....................................................................................................17温度控制器设计11课程设计的目的模拟电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，通过课程设计，要求达到以下目的。（1）通过温度控制器的设计，使我们能够巩固和加深对模拟电子电路基本知识的理解，了解日常电子产品的设计与应用；（2）培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）了解与课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。温度控制器设计22课程设计的任务与要求任务：设计一个温度控制器要求：1.设计制作可以测量和控制温度的温度控制器测量和控制温度范围：5～80℃，控制精度：±1℃，控制对象：双向晶闸管或继电器，晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点（市电220V/50Hz/2A）。2.选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。3.安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。温度控制器设计33方案论证3.1方案比较方案一本系统的设计可以用于热水器温度控制系统和饮水机等各种电器电路中。它以单片机AT89S52为核心，通过3个数码管显示温度和4个按键实现人机对话，使用单总线温度转换芯片DS18B20实时采集温度并通过数码管显示，并提供各种运行指示灯用来指示系统现在所处状态，如：温度设置、加热、停止加热等，整个系统通过四个按键来设置加热温度和控制运行模式。图3-1单片机AT89S52控制的温度控制器原理框图方案二整体电路图如图，按照设计图，可以分为四个部分。温度转换单元是将0-100摄氏度的水温变化通过传感器（用直流信号源代替）转换成0-5V的电压信号变化。恒压设计单元是通过直流源、电位器输出恒定电压4V（对应控制水温为80摄氏度）。信号处理单元是用电压比较器比较恒温设计单元和温度转换单元的电压信号大小，从而控制是否进行加热。温度控制单元是通过分析电压比较器输出的电压信号正负，从而选择导通的支路，当水温为0-80温度控制器设计4摄氏度之间时，加热支路会导通，加热指示绿灯会亮，进行加热。当水温为80-100摄氏度之间时，报警支路会导通，报警红灯会亮，并且蜂鸣器会发出报警的声音。图3-2直流信号控制的温度控制器原理图方案三本设计以89C52单片机为核心，采用了温度传感器AD590，A/D采样芯片ADC0804，可控硅MOC3041及PID算法对温度进行控制。该水温控制系统是一个典型的检测、控制型应用系统，它要求系统完成从水温检测、信号处理、输入、运算到输出控制电炉加热功率以实现水温控制的全过程。本设计实现了水温的智能化控制以及提供完善的人机交互界面及多机通讯接口，系统由前向通道模块（即温度采样模块）、后向控制模块、系统主模块及键盘显示摸块等四大模块组成。温度控制器设计5图3-3A/D芯片控制的温度控制器原理图此部分是电路的核心部分，系统的控制采用了单片机89C52。单片机89C52内部有8KB单元的程序存储器及256字节的数据存储器。因此系统不必扩展外部程序存储器和数据存储器这样大大的减少了系统硬件部分。3.2方案论证以上三种方案都能达到设计目的。采用单片机来设计电路，编程能实现温度控制，易于实现温度的显示，并能达到较高的控制精度，而且用单片机实现温度控制灵敏度更高。但是单片机编程比较复杂。采用模拟电路来设计，虽然系统所得结果的精度不高，很难实现温度的显示，系统精度受外界温度变化而变化，但是电路简单易懂，很适合。采用运放等模拟电路搭建一个控制器，用模拟方式实现PID控制，对于纯粹的温度控制，这是足够的。但是附加显示、温度设定等功能，还要附加许多电路，稍显麻烦。同样，使用逻辑电路也可实现控制功能，但总体的电路设计和制作比较烦琐。比较以上三个方案可知，采用单片机来实现本题目，不管是从结构上，还是从工作量上都占有很大的优势，但是对于我们来说过于复杂，综合上述方案的优缺点，选择本次方案来实现温度控制电路的设计。温度控制器设计6本次方案用LM35温度传感器、放大电路、指示器、比较器、发热元件、控制温度设置等元器件组成的单电源温度控制检测电路。它由温度检测电路、比较电路、电阻丝开关电路，显示电路和电源电路5部分组成。图3-4方案论证原理框图温度控制器设计74设计的原理及功能说明4.1工作原理温度控制器原理如图所示，本电路由温度传感器、放大电路、指示器、比较器、发热元件、控制温度设置等部分组成。温度传感器的作用是把温度信号转化为