水温控制电路的设计报告水控制电路的设计报告.doc

华北科技学院课程设计 PAGE \* MERGEFORMAT16 目 录 一 设计要求1 二 设计作用 目的 1 三 设计的具体实现 1 系统概述1 2 设计原理及方法1 3 PCB版电路制作10 四 心得体会12 五 元器件明细表 六 参考文献 13 附图 水温控制电路设计报告 一 设计要求 1、要求控制电路能够对室温22~60℃有非常敏感的反应。 2、有温度设定功能，例如限制温度为40℃，对应4V电压值。 3、当温度超过设定值时，指示灯点亮进行报警提示。 4、总体设计画出电路原理框图。 5、单元电路设计。 6、原理图设计并绘制原理图。 7、利用仿真软件进行电路仿真，列出元件明细表。 8、撰写设计说明明书。 二 设计作用 、目的 1、设计制作一个可以测量和控制温度的水温控制电路，该电路能够将水温控制在一个合适的范围内，实现对水温范围的改变。 2、温度控制器是实现可测温和控温的电路，通过对温度控制电路的设计安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路中的应用。进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性的应用。 3、能够使用电路仿真软件进行电路调试。 4、学会用protel软件绘制电路的设计原理图和制做PCB板。 5、充分利用模拟电子技术基础的知识进行实践设计。 三 设计的具体实现 3.1系统概述 本设计要将水温转化成电信号才能控制。所以采用LM35温度传感器来转化,将温度信号转化成电压信号，经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；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。 3.2 设计原理及方法 根据设计任务及要求有以下原理方框图图1 ，该设计问题可分为温度传感器模块，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。由于电路中含有运算放大器，需接入±12V直流稳压电源。 图1 控制原理方框图 3.3 单元模块设计 3.3.1温度传感器模块 本设计选用LM35温度传感器连转化温度。LM35的输出电压与摄氏温度呈线性关系，转换公式为： oC T oC 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。 3.3.2 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LM324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两个使用。LM324的接线图如图4： 图4 LM324接线图 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80 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。正相比例放大器的原理图如图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=10K，则R=90 K，因为电源电压为12V，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。实际中取R=90.9 K。 3.3.3比较器模块 这里采用简单的单限电压比较器，使用的运算放大器为LM324中的一个。电路图如图6： 图6单限电压比较器 图6中1接放大器的输出电压作为比较器的输入电压，3接输出电压。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。这种情况下运算放大器的输入端“虚短”不再适用。当V+V_时，=12V，当V+V_时，=。这种情况下，运算放大器的“虚短”仍然可用，则有 V i = V_ V+ = V4 = V11 所以可以通过调节滑动变阻器来控制的值。 图中增加R=5 K的电阻，是为了控制的最大值不超过6V，即设定的温度值不超过60 oC。当滑动变阻器的接入电阻为0时， 取=5K，R=5 K 即可达到要求。 3.3.4 继电器模块 继电器是可以高温控制低温的器件，其内部构造及工作原理如图7： 图7 继电器构造及原理图 当低压电源端开关接通后电磁铁由于电流产生磁性，吸住磁铁使高压电源的开关接通，实现了低压控制高压。 下面要解决的问题就是怎样在电路中实现低压电源端的开关自动打开和闭合。考虑到比较器的输出电压为正或负的12V