空调温度控制器-模拟电子技术课程设计

1模拟电子技术课程设计课题名称：空调温度控制器班级：学号：姓名：指导教师：2目录一、引言·····························1二、设计目的·························2三、设计任务与要求···················2四、实验设备及元件···················3五、方案设计与论证···················8六、单元电路设计与实验调试···········9七、整体电路制作调试说明·············11八、调试中出现的问题·················12九、总结与心得·······················13十、设计成果展示·····················14十一、参考文献·······················153一、引言温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。文献[2]提出改进的、电路,采用主回路无触点控制,克服继电器接触不良的缺点,且维修方便,缺点是温度控制范围小,精度不高。本设计要求温度可以设定，并要求温度被控制在设定的值附近，所以该系统应该是一个闭环控制系统。实现对温度控制的方法很多，有采用模拟电路实现的，也有采用计算机构成的智能控制。模拟控制温度的方法主要有开关式控制法、比例式控制法和连续式控制法。开关式控制是将检测的温度信号和设定的温度值通过比较器比较后，驱动一开关器件（一般是继电器）控制加热器的通断。如当测量的温度低于设定的温度值时，驱动电路使继电器接通加热器的电源，使温度上升；当温度高于设定的温度时，驱动电路使继电器断开加热器的电源，停止对加热器的加热，温度将下降。这样继电器反复动作，温度将被控制在设定值附近。开关式温度控制方法的优点是电路简单，缺点是控制精度较低，并且在设定温度附近，频繁启动继电器，影响继电器的使用寿命。比例式控制是选择一个固定的时间T作为控制周期，选择控制周期的长短一般根据加热的热容量选取，热容量大的可选择控制周期长一些，一般选择T=10~15秒。当温度低于设定的温度较多时，在一个控制周期T内接通加热器电源的时间就比较长（假设为t），随着温度的升高，加热时间t逐渐减少；当温度高于设定的温度时，加热时间t等于零，温度逐渐下降，最后使温度接近稳定。该方法控制温度精度将大大提高。连续控制是根据测量温度的大小自动连续调节加热器电流的大小，当温度大于设定的温度时，可自动的控制减小加热器的电流，反之则增大电流，可使温度自动的保持在设定的温度上，该方法控制稳定的精度最高，电路也比较复杂，同时要求一个可控的功率器件实现对加热器电流大小的控制。本设计要求温度的控制精度不高，可采用控制线路较简单的开关式控制方法。4二、设计目的1通过实验调试，了解并掌握运算放大器的工作原理和使用方法及其注意事项。2学会查阅元器件资料,读电路图辨别元器件,检查并测试元器件。3学会绘制电路图并组装电路,调试电路的能力。4熟练掌握各种基本仪器的使用。5学会并熟练掌握电路仿真软件的使用(Multisim等)。三、设计任务与要求本次课程设计，是满足小型家用空调温度控制器，可通过手控预置温度。控制器可按人们的要求，将室内温度保持在一定范围内。先由环境温度作用于热敏电阻，从而改变运算放大器的电位，以达到控制具有开关作用的三极管的电位状态，继而控制继电器的工作，最后控制发动机运转。整个过程都是自动的。在设计思路上同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并使设计方案可行，效果良好。使用模拟电子元件显示空调的运行和静止状态.，显示空调的运行和静止状态.，开发同学们的发散思维。同时可以充分发挥同学们的动手操作能力。培养同学们对课程设计的兴趣。加深对各种援建的认识。四、设备及元器件代码名称规格型号数量IC1集成电路LM3241IC2集成电路CD40111VT三极管2N22221VD1二极管1N41481VD2、VD3发光二极管2EF441(R、G)2Rt负温度系数热敏电阻MF12-1-10kΩ1R1电阻RTX-0.125-3kΩ-Ⅱ1R2、R4电阻RTX-0.125-15kΩ-Ⅱ2R3、R5电阻RTX-0.125-10kΩ-Ⅱ2R6、R8电阻RTX-0.125-1kΩ-Ⅱ2R7电阻RTX-0.125-4.7kΩ-Ⅱ1RP1、RP2微调电位器329647kΩ2KR电磁式继电器JZC-12F/012-1215图1、LM324引脚图与元件图表1LM324引脚功能图2、CD4011引脚图引脚功能（v）电压引脚功能电压（v）1输出13.08输出33.02反向输入12.79反向输入32.43正向输入12.810正向输入2.84电源5.111地05正向输入2.812正向输入2.86反向输入21.013反向输入42.27输出23.014输出43.06表2、CD4011引脚功能图表图3CD4011引脚图项目原件参数VDD电压范围－0.5Vto18V功耗双列普通封装700mW工作温度范围CD4011BM-55℃-+125℃CD4011BC-40℃-+85℃表3CD4011参数表图4、2N2222型三极管引脚功能引脚功能1数据输入端8数据输入端2数据输入端9数据输入端3数据输出端10数据输出端4数据输出端11数据输出端5数据输入端12数据输入端6数据输入端13数据输入端7地14VDD正电源7表4、2N2222型三极管图51N4148二极管表51N4148二极管参数表MF12负温度系数热敏电阻外型结构和尺寸：主要技术参数：时间常数≤30S测量功率≤0.1mW使用温度范围-55～+125℃耗散系数≥6mW/℃额定功率0.5W参数管脚838电子符号2N22222N2222A单位集电极-发射极电压VCEO3040V集电极-基极电压VCBO6075V发射极-基极电压VEBO56V集电极电流-连续Ic600mA器件耗散@TA=25℃PD625mW操作和存储结温范围TJ,Tstg–55to+150℃项目参数项目参数二极管类型小信号针脚数2电流,If平均150mA总功率Ptot:500mW表面安装器件轴向引线正向电压Vf最大1V时间,trr最大4ns电流,If@Vf10mA电流,Ifsm2000A最大正向电流,If200mA结温,Tj最高200°C电流,Ifsm2000A8JZC-12F-DC5V电磁继电器：3296W微调电位器;1、逆时针旋转2、滑动片3、顺时针旋转实验设备：1、模拟电路试验箱2、万用表五、方案设计与论证图6空调温度控制器电路图该电路利用由运算放大器构成的双限比较器，控制室内的最高温度以及空调开启的温度。当空调接通电源时，由R2和R3及RP1微调电位器对直流电源分压后给U1A的同相输入端一个固定基准电压。由温度调节电路RP2、R5及R4对电源分压的微调电位器RP2调整后输出一个设定温度电压给U1B的反相输入端，这样就由U1A组成开机检测电路，由U1B组成关机检测电路。当室内的温度高于设定温度时，由于负温度系数热敏电阻Rt和R3的分压大于U1A的同相输入9端和U1B的反相输入端电压，U1A输出低电平，U1B输出高电平。由IC2组成的RS触发器其输出端输出高电平，使三极管导通，VD2(R)点亮，继电器吸合，其常开触电闭合，接通压缩机电动机电路，压缩机开始制冷。当压缩机工作一定时间后，室内温度下降，达到设定温度时，温度传感器阻值增大，使U1A的反相输入端和U1B的同相输入端电位下降，U1A的输出端为高电平，而U1B的输出端为低电平，RS触发器的工作状态翻转，其输出为低电平，从而使三极管截止，VD3(G)点亮，继电器停止工作，常开触点被释放，压缩机停止运转。六、单元电路设计与实验调试分析根据设计要求，对电路进行了Multisim软件仿真，整体仿真电路的连接见模块七。实验一：对运算放大器LM324加载电源测试实验图ALED灯亮（74LM324输出端为高电平）图BLED灯灭（74LM324输出端为低电平）实验步骤：101.按图接线，将ui-与2连接，ui+与3连接，u+与+12V连接，u-与-12V连接，uo与图1-21中Vcc连接。2.调节电源输入，观察LED灯状态。3.灯亮为“1”，熄灭为“0”。实验一小结：①当ui+ui-即ui0时uo为高电平②当ui+ui-即ui0时uo为低电平实验二：对运算放大器LM324加载电阻测试实验图C带电阻的LED灯灭当R6阻值增大到一定值时，U-U+,运算放大器LM324输出为低电平，此时，发光二极管灭。11图D带电阻的LED灯亮当R6阻值减小到一定值时，U-U+,运算放大器LM324输出为高电平，此时，发光二极管亮。实验步骤：1.先定下来u-的电位，用示波器观察。2.调节Rt阻值，使输出处于临界状态，用示波器观察u+的电位。小结：①RT变阻器部件位于电子箱的“整流滤波”模块，另一变阻器于“互补功放”模块，LED灯位于“观点耦合”模块。②调试时要注意正确接线，注意防止led灯发生耦合。七、整体电路制作调试说明完成单元电路设计与调试试验后，步入整体电路设计与分析调试阶段，总结单元电路设计经验，在小组队员的一致努力下，团结协助，成功设计出可行的整体电路图，仿真如下图：12图E整体电路设计仿真图实物调试步骤：1、检验各器件是否完好无损2、正确按图焊接电路板3、调试各元器件参数4、在模拟电子试验箱进行通电实验5、观察LED灯是否正确显示，跳变八、调试中出现的问题在实验过程中，林林总总的问题频繁出现在调试中。本小组遇到许多典型性问题，如焊接问题中的虚焊，导线焊接不牢等基本错漏。此类问题需要组员细心协作、检查。又诸如调试间的LED灯亮息问题，如：只亮红灯，只亮绿灯，亮灯皆亮的代表性问题。此类问题，比较难以段时间内攻克，此问题往往是由于接线错误导致的问题，属于知识理论出错范畴，尤其需要全体组员重新对整个电路进行检查推倒。据本小组经验所得，两灯只亮其一，往往是在芯片CD4011中与非门的错误连接上导致，而且，问题隐蔽性较高，难于通过检查发现。而红灯与绿灯皆亮，往往是因为芯片CD4011芯片中的输出端漏接导致。其中，一比较普遍的问题值得引起调试者关注：如滑动变阻器滑动端漏接导致变阻器未能起作用，因而导致调试失败，此问题发生现象极为普遍，本小组深有体会。这不属于理论知识的缺乏，完全是疏忽所致，因此，细节尤显重要，导师的名言在此完美体现：细节决定成败。另一较重大的问题出现在本课程设计中，乃本课程关键所在。由于热敏电阻变化室温下变化十分缓慢，导致RT阻值变化极小，难于实现其功能，导致LED灯跳变难于实现，使调试失败。此问题的解决方法在导师的指导13下得到有效攻克。由于热敏电阻的作用乃是通过改变阻值大小使比较器输入端电压U-U+导致红灯启亮，所以，完全可以直接给U-加上一个可调变电压源来代替热敏电阻的作用。至此，热敏电阻的问题得到圆满解决。天妒英才，由于本小组过于杰出，所遇问题非常人所遇，导致实验成果一波三折，实为老天之过。在线路正确连接，焊接精准无误，理论占据高点的情况下，依然在验收电路板时受挫不前，不能于当天圆满完成任务，实乃本组一大遗憾，深深感到一件成功作品的问世是充满坎坷与崎岖的。最终，披荆斩棘，历经万难，在宿舍的友好氛围下，意外性的解决了问题。原来，实乃芯片CD4011发生故障所致，由于本小组态度勤勉，反复试验，为求真理，是芯片操劳过去，中途憾死，间接导致本设计夭折，天可怜见。呜呜…此后，通过本课程设计，再次论证了导师的名言：细节决定成败，小心使得万年船。九、总结和心得历经为期四周的不殆学习，本小组深刻体会到了丰富知识的同时还要注重细节的求证。在这次模拟电子技术基础课程设计中，同时也让本组员学会了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，使我们受益匪浅，不仅锻炼了大家的动手能力，巩固了至大一以来multisim仿真软件的应用与使用。实践证明，设计一个很