温度控制系统报告

电子技术课程设计

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温度控制系统

一．设计任务和要求

课题简介：温度是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关，也是仪器科学和各类工程设计中必须精确测定的重要物理量。随着科学技术的发展，使得测温技术迅速发展，测温范围不断拓宽，测温精度不断提高，新的温度传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器等。由于检测温度的传感器种类不同，采用的测量电路和要求不同，执行器、开关等的控制方式不同，所以相应的硬件和软件也就不同。

但对于初次涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下传感器选择与测控电路的设计、制作的基本过程是很有必要的。由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的《传感器原理及应用》，《测控电路》，《模拟电子技术基础实验与课程设计》，《电子技术实验》等书的有关章节。

应用二极管的温度传感器与集成运放设计温度测量与控制控电路，测量温度的范围为-65℃～200℃，工作电路输出二值输出；电路输出控制继电器工作，实现加热与制冷的转换控制，把控制对象温度控制在要求的范围之内（40℃～60℃）。要求测控电路具有加热和制冷的指示功能。培养综合应用所学知识来指导实践的能力。

设计一个具有温度检测，放大与控制的功能的温度监测系统。用负温度系数热敏点去其作为温度传感检测加热装置—（实验中的加热装置可用一个100欧姆每瓦的电阻Rt模拟）的温度。用检测到的温度信号控制加热器的开关K，将加热装置Rt的温度控制在一定范围内，具体设计要求为：

1.当加热装置R1的温度小于50摄氏度时，开关K接通，加热器升温；

2. 当加热装置R1的温度大于60摄氏度时，开关K断开，加热器降温；

3.当加热装置R1的温度小于40或大于70摄氏度时，用发光二级管发光报警；二．设计目的

1.学习电桥在温度信号在采集中的应用，掌握由双臂电桥和差分输入集成运算放大电路构成的桥式电路。

2.掌握滞回比较器的性能和调试方法。

3.学会温度监测系统的测量和调试方法。

三．设计原理

温度控制系统设计原理框图如图所示。它由五部分组成，即测温电桥、测量放大器、滞回比较器、警报指示电路和加热控制电路。温度电桥中的热敏电阻作为温度传感器检测加热R，温度电桥的输出加到测量放大器，经过放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，再经三极管放大后控制加热器的“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压V可改变控温的范围，温度控制的精度由滞回比较器的会回差决定。

四．通过课程设计的教学环节，学生应达到如下基本要求：1.综合运用模拟电子技术课程中所学到的理论知识，结合课程设计任务要求适当自学某些新知识，独立完成一个课程设计的理论设计。

2.运用EDA工具（如multisim、Pspice等），对设计理论进行模拟仿真测试，进一步完善理论设计。

3.通过查阅手册和文献资料，熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理运用元器件的原则。

4.掌握模拟电路的安装、测量与调试的基本技能，熟悉电子仪器的正确使用方法，能独立分析实验中的现象（或数据），独立解决调试中所遇到的问题。

5.学会撰写课程设计报告。

6.培养求是、严谨的工作态度和严肃认真的工作作风。

五．设计的具体实现

1.系统概述

主要根据老师所给的实验原理电路图以及过程方框图，对电路进行初步的了解。利用软件对电路图进行正确的连接。设计时应选用成熟的电路进行改进，若选用新型的电路，要综合考虑其性价比，所选电路尽量减少电瓶转换次数，尽量用统一供电，提高电路的可靠性，设计时。不仅单元电路本身要设计合理，各元间也要相互配合，要注意各部分的输入信号，控制信号和输出信号之间的关系。本实验主要引用了差动放大电路，电压比较器，以及滞回比较器。设计共分为三个等级，每个等级都就有相应的作用，各等级之间环环相扣已达到温度控制的作用。

电路设计原理图：

具体如下：

应用1N4148二极管的温度传感器与集成运放设计温度测量与控制控电路，测量温度的范围为-40℃～125℃，工作电路输出二值输出；电路输出控制继电器工作，实现加热与制冷的转换控制，把控制对象温度控制在要求的范围之内（-40℃～125℃）。要求测控电路具有加热和制冷的指示功能。

本课题中测量控制电路组成框图如下所示：

二

极

管

温

度

传

感器

反向比较器

制热

继电器2

驱动电路1

驱动电路2

制冷

继电器1

同相比较器

差动放大器

转换电路

指示电路2

指示电路1

电路工作过程为：由二极管IN4148作为温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，继电器2动作，控制制冷器开始制

冷。当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，继电器全断开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。

注意事项

为避免测温二极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过1mA。

电路的安装与调试

模拟电子电路设计要考虑的因素和问题很多，由于点冷酷在计算机上进行模拟时所采用的元器件参数和模型与十几元件有差别，所以对经计算机仿真过的电路还是要进行实际试验。通过实验才可以发现问退，解决问题，若性能指标达不到要求，应分析出在哪些单元或元器件上，在对它们重新设计和选择，直到性能完全满足要求为止，作为课程设计，一般可采用面包板插接和通用印制电路板焊接

1，元器件的安装

所有的电子元器件在安装前都要进行测试，集成电路引脚必须插在面包板中央凹槽两边的孔中，插入时所有引脚应稍向外偏，使引脚与差孔中的簧片良好接触，集成电路在插入与拔出时要收礼均匀，一面引脚弯曲或断裂。有极性的元器件的（如电解电容）标志最好方向一致，所有集成电路的方向也要一致，缺口朝左，以便于正确布线和查线。

2，正确合理布线

布线时一般选直径的单股导线，先将两头绝缘皮剥去7~8mm，然后把导线两头完成直角，用镊子夹住导线，垂直插入相应的孔中。

为避免或减少故障，面包板上的电路分布与布线必须合理且美观。

3.调试要点

A.检查电路

安装完毕后不要急于通电，而应首先对照电路图仔细检查电路连接线。在检查无误后，要先调好所需电源电压，然后才能给电路通电。

B.分块调试

分块调试顺序可按信号的流向进行，包括静态和动态的调试。

C.整机联调

各单元电路调试好后，应该将各单元连接起来进行整机联调，把测量结果于设计指标注意比较，然后对电路进行调整直指符合设计要求。

如下方案与方案一进行比较：

火警报鸣系统设计

设计任务和目的要求

（1）设计任务

设计一个具有温度检测、放大与控制功能的温度检测系统。用负温度系数热敏电阻器作为温度传感检测加热装置（试验中的加热装置可用一个100Ω/2W的电阻R模拟）的温度，用检测到的温度信号控制加热气的开关K（实验中为一个继电器），将加热装置R的温度控制在一定范围内。设计要求如下：

①当加热装置R温度小于50℃时，开关K接通，加热升温；

②当加热装置R 温度大于60℃时，开关K 断开,J 加热器自然降温；

③当加热装置R 温度小于40℃或小于70℃时，用发光二极管发光报警指示。 （2）设计目的

①学习电桥在温度信号采集中的应用，掌握有双臂电桥和差分输入集成运算放大器构成的桥是放大电路；

②掌握滞回比较器的性能与调试方法； ③学会温度检测系统的测量与调试方法

实验内容

1 设计方案的选定与说明

结构图

根据传感器的原理构成和设计需要，各部分元件分别选用下列元器件：

测温电路由敏感元件、转换元件和测量电路构成，测量电路选用电桥，辅助电源选用直流电源。

敏感元件:负温度系数热敏电阻。

转换元件：负温度系数热敏电阻将温度转换成电量 。 测量电路的种类：电桥。电桥法方便、准确。

辅助电源的种类：15伏特直流稳压电源、220交流电源。

测温电路

报警电路 比较放大器 辅助电源

2 论述方案的各部分工作原理

当温度上升时，Rt电阻阻值减小，电桥不平衡，输出电压量减小，送给比较放大器，当送给比较放大器的电压量低于给定值时，比较放大器输出电压为低电平，晶闸管关断，原来被短路的报警回路工作，电路灯亮、铃响，报警电路报警。

3 设计方案的图表；

1）温度测量

+

-

当温度变化时，Rt电阻阻值也随之变小，电桥对臂乘积不等，电桥不平衡，输出电量增加，由公式{ U0=(U i/4)*(△R t/R1) ，U i=[15/(R5+R6)]*R6 }算得输出电压U0，送入比较放大器，进行比较。

2）比较放大器

正端电压由测量电路送来，即电桥输出电压U 0 ，当U 0大于负端时，比较放大器高电平导通，当正端电压低于负端时，比较放大器低电平截止。

3

） 报警电路

22V

BELL

R 90.5 K

R 10 1 K

LAMP

R9、R10为分压电阻，避免晶闸管短路时烧毁电源及元器件。声光报警元件分别为蜂鸣器、LED ，与R9串联成报警回路。正常工作时，比较放大器信号送来后，触发晶闸管道通，报警回路被短路，当温度升高时，比较放大器输出低电平，晶闸管VD 截止，报警回路导通，灯和铃导通，报警。

课程设计的要求及技术指标

1.设计、组装、调试测控电路

2.温度控制范围：40～70℃

3.使用环境温度：常温

4.输出信号：二值输出控制继电器工作

5.温度范围控制，制热和制冷指示功能

6.非线性误差：±1％

总方案及原理框图

方案一：

方案二：本课题中测量控制电路组成框图如下所示：

电路工作过程为：由二极管IN4148作为温度传感器采集温度信号，经差动放大后，送到预先调试好的相关温度控制比较电路进行比较，当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，继电器2动作，控制制冷器开始制冷。当温度在设定温度上下限之间时，红色和绿色发光二极管全熄灭，继电器全断开，不加热也不制冷。因此从以上不同的状态显示就可以知道温度情况及温度控制情况。

注意事项

为避免测温二极管本身通电产生的温度升高对测温的影响，电路设计时注意不要使通过测温元件的电流超过1mA。

各组成部分的工作原理

转换电路：将二极管IN4148采集的温度信号转换成电信号。

差动放大器：由于电信号非常微弱，需要将电信号放大处理。

同相比较器：当温度低于控制温度下限值时，红色发光二极管亮，继电器1动作，控制加热器开始加热。

反向比较器：当温度高于控制温度上限值时，绿色发光二极管亮，继电器2动作，控制制冷器开始制冷。

电路的设计、电路各部分工作特性及元件的作用仔细分析产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、方法。

1.设计总体方案

2.设计单元电路、选择传感器、测量电路元器件、根据需要调整总体方案

3.计算电路（元件）参数。

4.绘制总体电路初稿

5.上机在EDB（或EDA）电路实验仿真

6.绘制总体电路

特性：LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是或+16V。

1.短跑保护输出

2.真差动输入级

3.可单电源工作：3V-32V

4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）

5.每封装含四个运算放大器

6.具有内部补偿的功能

7.共模范围扩展到负电源

8.行业标准的引脚排列

9.输入端具有静电保护功能

9013三极管特性：

9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管。

1.集电极电流Ic：Max 500mA

2.工作温度：-55℃to +150℃

3.集电极-基极电压Vcbo：40V

4.主要用途：放大电路

IN4148特性：

1.反向漏电流小

2.开关速度快

3.最大功率耗散500mW

4.高稳定性和可靠性

5.封装: DO-35 玻璃封装

6.极性: 色环端为负极

7.安装位置: 任意

8.极限值和温度特性TA = 25℃除非另有规定

改进意见、收获、体会、设计总结

经过一个多星期的课程设计，从电路设计到电路板的焊接，调试到最终的完成，我的感受颇多。电路的设计就不是太容易，电阻电容的选取和参数设置，都要经过仔细的计算，焊接电路板时既要保证质量，又要美观，同时我们也要做到又快又好，都要之前做好充分的准备和计划，否则实施起来会出现很多意想不到的错误。之前的所有工作相比接下来的电路调试，都相差很多了。调试电路时，什么情况都会出现，改变滑动变阻器的阻值时，我们就遇到LED灯毫无变化，自己又实在找不出原因，知道请教其他的同学，才得以解决，遇到困难时，心理还是没底，我们还得继续努力学习，解决各种困难，收获成功！

元器件明细表

1.直流稳压电源

2.万用表一台

3.型号EDR201A05的芯片

4.运放LM324 3个

5.红、绿发光二极管各一个

6.温度传感器1N4148一个

7.万能电路板一块

8.导线若干

9.电阻2K 5个

20K 1个

10K 5个

100K 1个

滑动变阻器5欧姆1个

电容ｕF 1个

参考文献：

《模拟电子技术基础》房国志国防生工业出版社