简易温度控制器制作(热敏电阻作为温度传感器)

电子技术综合训练

设计报告

题目：简易温度控制器制作

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摘要

我们本次课程设计的主题是做一个简易温度控制器。具体方法是采用热敏电阻作为温度传感器，将温度模拟量转化为数字量，再利用比较运算放大器与设置温度值进行比较，输出高或低电平至电路控制元件从而对控制对象进行控制。整个电路分为四个部分：测温电路，比较电路，报警电路，控制电路。其中后三者为技术重点。

目录

第一部分：任务要求 (4)

第二部分：概述 (5)

第三部分：技术要求及方案 (6)

第四部分：工作原理 (7)

第五部分：单元电路 (8)

第六部分：参考文献 (10)

第七部分：总结及体会 (11)

第八部分：附录 (12)

一：任务要求

2010 年春季学期

二：概述

设计并制作一个温度监控系统，用温度传感器检测容器内水的温度，以检测到的温度信号控制加热器的开关，将水温控制在一定的范围之内。具体要求如下：

1、当水温小于50℃时，H1、H2两个加热器同时打开，将容器内的水加热，；

2、当水温大于50℃，但小于60℃时，H1加热器打开，H2加热器关闭；

3、当水温大于60℃时，H1、H2两个加热器同时关闭；

4、当水温小于40℃，或者大于70℃时，用红色发光二极管发出报警信号；

5、当水温在40℃～70℃之间时，用绿色发光二极管指示水温正常；

6、电源：220V/50HZ的工频交流电供电。

（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室稳压电源调试）

按照以上技术完成要求设计出电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行必要的仿真，仿真通过后购买元器件，用万用板焊接电路，然后对制作的电路完成调试，撰写设计报告，通过答辩。设计电路时，应考虑方便调试。

三：技术要求及方案

主要技术要求为将得到的数字温度信号转化为控制信号，对报警电路和控制电路进行控制。任务要求有四个温度控制点（分别存在各个器件的控制）.如下（H1.H2均为加热器）：

通过查阅资料，可采用555集成逻辑电路、比较运算放大器和555集成逻辑电路的组合电路、纯比较运算放大器电路、单片机。

对555集成逻辑电路而言，可控制两个温度点，输出一个电平控制信号。并且555电压传输特性为施密特传输特性，其对温度控制有延时性，不宜采纳。

对组合电路而言，一个组合只能完成一个温度控制点的控制，成本较高并且非常不实用。

对于单片机而言，由于现阶段专业知识有限，单片机还不能完全掌握，并且其成本较组合电路更高。

综合考虑成本、焊接难度和任务要求后选用了纯比较运算放大器电路.其有以下优点：输入输出规则、元件体积小、管脚少焊接简单、价格低廉。

四：工作原理

原理方框图如下：

原理如下：

通过测温部分对水温进行测量的测量值与给定值在比较部分进行比较，利用比较过后的输出值对加热部分进行控制，从而实现对水温的控制。

五：单元电路

A、测温电路：一个1KΩ的热敏电阻及控压电阻组成。水温改

变热敏电阻的电阻值，从而改变R12电阻下端点电压.实现

模拟信号向数字信号的转变.

B、比较电路：主要由4个比较运算放大器、1KΩ的可控电阻

及控压电阻组成。通过运放对测温部分的输出电压和设置

电压的比较所输出的电平来控制报警电路和控制电路。

VCC与地间串联的电阻为温度设置电阻。通过从中取得电

压获得温度比较点。

C、报警电路：由一个与门、红绿LED和限流电阻组成。由比

较部分输出的电平在与门进行逻辑运算，从而实现报警灯

的设计。U1为40℃温度比较，当水温低于40℃，热敏电

阻上端电压高于设置电压则输出低电平，通过与门输出低

电平后红灯发光。U3为70℃温度比较，当水温高于70℃，热敏电阻上端电压低于设置电压则输出低电平，通过与门

输出低电平后红灯发光。当水温高于40℃，低于70℃则

U1和U3都输出高电平，通过与门输出高电平后绿灯发光。

由此实现电路报警。

D、控制电路：由晶闸管、加热器和限流电阻组成。由比较部

分输出的电平控制晶闸管的开断，从而实现对加热器工作

状态的控制。同上，对U2而言，当水温高于50℃，热敏

电阻上端电压低于设置电压，则输出低电平，三极管D1

断开，H2停止工作；当水温低于50℃，热敏电阻上端电

压高于设置电压，则输出高电平，三极管D1导通，H2开

始工作。同理，U4亦是如此。电路图解如下：

直流稳压电源电路:

集成低频运算放大电路内部结构图：

与门的结构图：

六：参考文献

1、《555时序逻辑电路的原理及应用》电子工业出版社，陈永甫

2、《数字电子电路毕业设计指导》电子工业出版社，陈有卿

3、《模拟电子技术基础》高教出版社，童诗白

4、《数字电子技术基础》高教出版社，阎石

七：总结及体会

通过本次数字电路的课程设计，使我掌握了一些芯片的使用方法、元件件连线、电路焊接等。课程设计能帮助我们除了掌握课本上的理论知识外，更能帮助我们提高我们的动手实践能力。我们的学习定位于技术型本科，所以我们也应该加强我们的实际应用能力。对于数字电路这门课程，平时上理论课可能会有些抽象，难以理解。所以课程设计通过实践让我们有了更深一步的理解。在这三个星期中，我为能够准时完成任务而感到高兴。虽然过程中付出了相当的努力，找资料，做仿真，动手实践，写报告，甚至把手都烫糊了。但是看到自己的成果，我无比欣慰。这是值得的。

回顾整个过程，实在是受益匪浅。从课设第一天开始，听取老师的课舍题目讲解到自己选取课题，再到后来的基本构思，查询资料，电路设计，软件仿真，器件购买，电路板的焊接，艰难的调试，以及电路板的验收，每一步都是一点一点的前进着，在很多方面我们通过此次课设由原来的茫然无措到后来的逐步深入了解器件特性。

对于电路设计方案的问题，由于我们参考的资料比较多，另外电路原理和要求都比较简单，所以我们早在课设开始的第二天就已经确定方案了。只是在加热器和继电器环节出现了一些问题，导致电路焊接和器件购买都出现了滞停的后果。后来在老师的提示下在第二周的第三天把所有电路全部焊接完成。但是这次是不成功的焊接，电路焊接点出现松动导致元件管脚的损坏。可惜的是，第二次焊接还未完成答辩就已经开始了。组内人员因此不得不退票延迟回家的时间。在充分的找寻失败的经验之后，第二块电路板很快焊接完成。至此整个课程设计宣告结束。

最后，感谢学校为我们提供这次课设的平台。

特别的，由衷的感谢杨老师给予我们耐心的教学和指导。

八：附录

450Ω电阻14个

1KΩ可变电阻4个

热敏电阻1个

7408J与门1个

Ua741cn运放4个

红LED 1个

绿LED 3个

三极管2个

继电器2个