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1、1自动检测与过程控制期末作业姓姓 名名 杨山奎 班班 级级 信息 082 学学 号号 200811513128 日日 期期 2011.6.03 2一一设计题目设计题目设计一个电脑机箱散热风扇比例控制电路，风扇的平均转速与气温成正比，即气温高风扇就转快一些，以加强散热；气温低则可转慢一些，以减少耗电。(注：风扇由 12V 1W 的直流电机带动)二二题目分析及设计思路介绍题目分析及设计思路介绍要实现温度控制，必须用到热敏电阻，可以是正温系数的也可以是负温系数。热敏电阻是随温度的变化而改变阻值的大小，要实现对风扇调速的要求就必须把阻值的变化转变成电流或电压的变化。所以关键是要设计一个转换和控制执行电
2、路，来实现电阻变化转变问电压电流的变化。如果要实现对风扇分级调速，即当温度低时风扇转速慢，温度达到一定值时风扇转速立马变快。而且负载是直流驱动，这样我们很容易想到利用三极管的开关特性来实现。即把热敏电阻做为三极管的基集偏置电阻，把风扇接到三极管的集电极。这样三极管的导通与否取决以热敏电阻的阻值大小。在三极管处于截止状态时，可用一电阻跟三极管并联，即一端接地一端接风扇电机，这样可以达到温度低时风扇转速慢的目的。当三极管导通电阻被旁路，风扇转速变快。如果要达到无级调速，即风扇转速随温度变化而缓慢变化。要3达到这样的目的可以用一个 PWM（脉冲宽度调制电路）来实现。利用热敏电阻阻值的变化来控制 PW
3、M 电路输出脉冲占空比的大小，再让输出信号经过一个开关元件达到对输出电压的大小的控制，从而达到对风扇调速的目的。以上两个设计方案，考虑到节能以及调速精度问题，此次设计采用后一个方案。三三方案设计说明方案设计说明风扇的调速是可行的，电路应由一个 12V 的直流电源驱动，而PWM 可用一个 NE555 时基电路来构成，通过一个震荡电路为NE555 电路提供一个震荡频率。再由热敏电阻为 NE555 的输入端提供电压，而输入电位差的变化与调制脉冲成比例。即通过测温电路测量到的温度变化来控制 PWM 电路输出脉冲占空比的大小，然后通过控制电路，可以是晶体管构成，来改变晶体管中电流的导通时间来控制电机的转
4、速。所以可以达到控制的目的。电路在工作时，由于温度低风扇转速慢，而此时没有把电功率消耗在电阻性元件上。即没有把功率变成热能形式散发，可达到节能的目的。电路原理框图电路原理框图：测温电路电源控制电路PWM 电 路负载4四四. .单元电路设计说明单元电路设计说明1.测温电路测温电路一个 MF53-1 型测温用 NTC 热敏电阻器 （负温系数） 。50时阻值变为 1K 欧常温下（25）阻值在 3K 左右。型号 MF53 种类 热敏 性能 精密 材料 合金 外形 圆柱形 具体参数具体参数：温度 阻值（欧） 偏差+-2%20 3506 4.09 6.14 25 2890 3.96 5.94 530 23
5、79 3.88 5.82 35 1971 3.75 5.62 40 1643 3.63 5.44 45 1377 3.52 5.28 50 1160 3.41 5.11 55 968.0 3.31 4.96半导体热敏电阻半导体热敏电阻：半导体热敏电阻随温度变化的特性可分为三种类型：负温系数的热敏电阻（NTC） ；正温系数的热敏电阻（PTC）和特定温度下电阻值发生突变的电阻（CTR） 。具有负温系数的热敏电阻，阻值随温度的升高而迅速下降。这是因为热敏电阻有一些金属氧化物如 Fe3O4等制成。在这些半导体内部，自由电子随温度的升高增加得很快，导电能力增加得很强。虽然原子的震动会加剧阻碍电子的运动，
6、但对导电性能的影响远小于被释放改变导电性能的电子的作用。负温系数的电阻被广泛应用，电阻值与温度的关系可表示为：RT=R0 exp B()1-10式中的 RT、R0 分别为温度 T（K）和 T0=273.15K 是的阻值；B 为热敏电阻的材料常数，通常 B=20006000K2.PWM2.PWM 电路电路由 NE555 电路、稳压电路、震荡电路构成1） 、NE55562 2） 、稳压电路、稳压电路稳压电路由电阻、稳压二极管和电容组成。利用电阻的降压特性、稳压管的稳压特性（直流）以及电容两端电压不能突变的特性（交流）进行稳压，为 NE555 电路提供一个合适的输入电压。接到555 电路的第 8 脚
7、。元器件元器件：9V 稳压管 VS、1K 电阻 R3、0.047uF 电容 C33 3） 、震荡电路、震荡电路由电阻电容构成一个多谐震荡电路，为 NE555 电路提供一个合适的震荡频率，由 2、6 引脚输入。元器件元器件：2.7K 电阻 R1、100K 电阻 R2 R3、100uF 电容 C13 3、控制电路、控制电路控制电路由电阻、晶体管、续流二极管组成，电阻为三极管提7供一个稳定的导通电压。二极管 D1 起到续流的作用，限制电流的瞬间的通断而产生的大电流，避免烧坏负载电机。由输出的方波脉冲来控制三极管基极以发射极的通断，根据方波占空比的大小决定三极管的导通时间长短，达到控制电机转速的快慢。
8、元器件元器件：三极管 9013、1K 电阻 R5、二极管 VD15 5、 完整电路原理分析完整电路原理分析原理图原理图：8电路工作原理分析电路工作原理分析：该电路由测温元件、稳压电路、多谐震荡电路以及控制电路组成。电路中 NTC 为热敏电阻。稳压电路由电阻 R4、稳压二极管 VS以及电容 C3 组成。震荡电路由电阻 R1 R2 R3、电容 C1 C2、热敏电阻 NTC、集成电路 NE555 构成。控制电路由 R5、NPN 型三极管Q1 、二极管 D1 组成。电路通电后，由 PWM 电路 产生的可调方波脉冲信号，使三极管触发导通，驱动负载电路工作。震荡电路产生的工作频率大小由R3、C2 决定，通
9、过 2、6 脚输入。方波的占空比由 5、7 脚之间的点位差决定，而 5 脚电位由热敏电阻的阻值决定。当温度升高时，热敏电阻阻值变小，5 脚电位升高，由 555 电路产生的方波脉冲占空比提高，三极管的导通时间变成长，电机 M 在单位时间内通电时间变长，运行时间延长，转速加快，从而达到降温的目的。反之，当温度降低时，输出方波脉冲占空比下降，电机 M 单位时间内通电时间变短，转速变慢，从而使温度升高。与电机并联的二极管 D1 起到续流的作用，由于电机存在瞬间的通放电，直流电机通电线圈的作用使得电流变得很大，加上续流二极管可使通放电的过程缓慢进行，以免烧坏电机。电路输出波形电路输出波形：常温下(25左
10、右)NTC 阻值 3K 左右9输出波形：50时，NTC 阻值在 1K 左右输出波形：6 6、 使用说明使用说明（1） 、该电路可用做电脑机箱散热风扇的驱动电路。电路10焊接好后首先接到 12V 的直流电源上检查电路是否出错，避免出现短路的情况。（2） 、接上 12V 1W 的风扇后，让其在常温下（热敏电阻阻值在 3K 左右）工作，用万用表测量输出端的电压值，然后加上风扇自身的参数可初步算出风扇的转速。再让电路在50（热敏电阻阻值 1K 左右）下工作，又可测量出一个输出电压值。根据输出电压值的大小，可标定电路在常温和在高温下的工作性能。若要改变其工作性能，可在热敏电阻上串一个变阻器，或者改变 R2 的阻值大小。11
