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1、学号：脅程设计專题目学院专业班级姓名指导教师课程设计任务书学生姓名： 专业班级：指导教师： 工作单位：题 目：温度控制的设计初始条件：电阻、二极管、正负12V电源、UA741、电位器、LED、半导体制冷片，温度 传感器LM35、开关要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明 书撰写等具体要求)一、设计任务利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectrie Cooler,即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。二、要求(1) 控制密闭容器内空气温度(2) 容器容积5cm*5cm*5cm(3) 测温和控温范围：0C室温(4) 控温精度土 1C三、发挥部分(1
2、) 测温和控温范围：0C (室温+10C)时间安排：(1)第 18 周理论讲解。(2) 第 19 周理论设计、实验设计及安装调试。地点：鉴主 13 楼通信工程综合实验室、鉴主 15 楼通信工程实验室(1)指导教师签名：年 月 日系主任(或责任教师)签名目录摘要 IAbstract II1 EWB 简介12 设计的技术指标及要求22.1 设计任务及要求22.1.1 设计任务22.1.2 设计要求22.2 设计思想23 选定方案的论证及整体电路的工作原理33.1 设计方案选择33.1.1 可行方案：33.1.2 方案的讨论与选择：33.2 选定方案的论证43.2.1 选定温度传感器的论证43.2.
3、2 选定继电器的论证43.2.3 选定运算放大器的论证43.3 整体电路的工作原理44 单元电路的设计计算、元器件选择及电路图54.1测温单元54.2 信号处理单元54.3 温度比较单元64.4控制单元75 单元电路的仿真及结果95.1 信号放大电路95.2 控制电路95.3 隔离及指示电路106 整体电路图、元件及器件明细126.1 整体电路图126.2 元件及器件明细127 设计小结137.1 成果的评价137.2 本设计的特点137.3 存在的问题和改进的意义13参考文献14温度控制的设计摘要控制系统一般由温度测量部分和温度控制部分组成。温度测量部分主要用来 接收当前系统中的温度，然后发
4、送到控制部分；温度控制系统主要是用来控制外 部降温系统的，它接受来自温度测量部分的信号，然后与所要控制的温度信号进 行比较，从而决定是否降温。本设计同样采用这两大部分，通过对当前与控制温 度的对比决定是否进行加热，从而达到控制温度的目的。关键字：控制 测量 温度AbstractControl system is general by temperature measurement part and temperature control parts. Temperature measurement part mainly used to receive the current system o
5、f temperature, and send to the control part; Temperature control system is mainly used to control external cooling system, it accepted from temperature measurement part of the signal, and then to the temperature of the control signal is, to decide whether to cool. This design is also used the two mo
6、st, based on the current and control temperature contrast to decide whether to heat, so as to achieve the purpose of temperature control.Key word: control measure temperatures1 EWB 简介EWB软件，全称为ELECTRONICS WORKBENCH EDA,是交互图像技术 有限公司在九十年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真， 利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB是一款小巧，但是仿 真
7、功能十分强大的软件。相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单 一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但你绝对不可小瞧它，它的仿真 功能十分强大，可以几乎 100%地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供 了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑 转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和 数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电 路仿真软件中， EWB 是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种 工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，
8、 对于电子设计工作者来说，它是个极好的 EDA 工具，许多电路你无需动用烙铁 就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可， 它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用。Version 5.0cEducational NetworkLicensed to:Center for Engineering ComputingS erial N umber EW-01 -00240-1018The purchaser is responsible for any copy of this software found in violation of the license agr
9、eement. Unauthorized copying or distribution of this software program, or any portion of it, is illegal and will be prosecuted to the full extent of the law.Copyright ? 1989,1992-1996 Interactive Image图 1-1 EWB 启动页面2 设计的技术指标及要求2.1 设计任务及要求2.1.1 设计任务根据技术要求和所给条件，完成对温度控制系统的设计，装配与调试。2.1.2 设计要求一、设计任务利用温度传
10、感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectrie Cooler,即半 导体致冷器)等设计一个温度控制器。二、要求(1)控制密闭容器内空气温度(2) 容器容积5cm*5cm*5cm(3) 测温和控温范围：0C室温(4) 控温精度土 1C三、发挥部分(1)测温和控温范围：0C(室温+30C)2.2 设计思想本次设计使用温度传感器收集当前密室的温度，然后经过各部分电路处理， 与所要控制的电路进行比较。电路根据比较的结果决定是否对密室空气进行降 温，如果需要制冷会自动开启半导体制冷片。当温度低于所控制的温度后，控制 部分要断开制冷电路。在不制冷的情况下，密室会自动升温，当温度上升到控制 温
11、度以下的时候电路就会依照以前的步骤重新来一遍，然后对密室进行降温，然 后循环往复执行这样一个周期性的动作，从而达到把温度控制在一定范围内的目 的。3 选定方案的论证及整体电路的工作原理3.1 设计方案选择3.1.1 可行方案：方案一：通过集成运放构成的比例器，把温度传感器获得的信号放大，再将信号传输 给功放，带动半导体制冷片工作，从而实现对温度的控制。功放采用乙类双电源 互补对称功率放大电路。测温部分通过测温度传感器输出端与基准端的电压，在 转化为相应的温度值。其中，基准端的电压有事先调试好。方案二：利用集成运放在非线性工作区（即饱和区）的输出端电压为正负电源电压的 特性，构造温度比较器，将温
12、度信号离散成为高电平和低电平，高电平时制冷， 低电平时加热，从而实现对温度的控制。其中功放采用乙类双电源互补对称功率 放大电路。测温部分方案同方案一。方案三：用温度传感器将采集到的温度转换成电压信号，通过集成运放构成放大器， 将微弱的电压信号放大成所需要的电压信号，再通过电压比较器将温度信号离散 成为高电平和低电平，高电平时制冷，低电平时加热，从而实现对温度的控制， 并用LED指示灯指示半导体的工作状态。3.1.2 方案的讨论与选择：方案一可行，可是存在着许多缺点，如反应慢，且温度相近时，灵敏度也降 低了。方案二可行，它将变化的温度信息转变为离散的高电平和低电平，通过功放 的作用，从而实现对温
13、度的控制。但是半导体制冷片一直工作在较大功率条件下， 耗能较多，且加热器和制冷器始终有其一在工作中，所以会造成资源浪费，电路 也相对复杂。方案三可以很好得实现对温度的控制和测量，虽然方案三使用的电子器件较 多且繁杂，电路也较复杂，但是对于控制电路来说更加准确，迅速，因为不需要 对电路进行加热，则这个电路是不错的。综合考虑之后，采用方案三作为具体实现方案。3.2 选定方案的论证3.2.1 选定温度传感器的论证根据设计要求，可以测量并控制0到室温的温度，精度要达到1C。也就是 说基本要求为传感器可以测量 0到室温的温度，并且具有很好的稳定性。再结合 性能以及价格方面的原因，选择了集成温度传感器 L
14、M35。LM35温度传感器在-55150摄氏度以内是非常稳定的。当它的工作电压在 4到20v之间是可以在每摄氏度变化的时候输出变化10mv。它的线性度也可以 在高温的时候保持得非常好。因此LM35完全符合设计要求。3.2.2 选定继电器的论证继电器是低压控制高压的部分，它的开启电压以及稳定性相当重要。因为选 用的电源电压是 12V 的，所以继电器的开启电压应当适当低于 12V 当接近它， 因此选用开启电压为 9V 的比较适合。另外，由于加热部分的电流比较大，所以 继电器的承受电流要大，一般1000W的加热装置电流为4.5A,选择4.5AX2=9A 以上的比较适合。3.2.3 选定运算放大器的论
15、证本设计对放大器的要求只是有较好的虚短和虚断特性，作为比较器时输出可 以接近电源电压。因此通用型的运算放大器便可满足要求。因此选用通用型的 ua741.3.3 整体电路的工作原理电路设计的总体思想是测温比较控温如图 3.1 所示图 3.1 电路设计的整体框图4 单元电路的设计计算、元器件选择及电路图4.1 测温单元LM35R21K图 4.1.1 测温单元电路图温度传感器需要放入水中，所以应该在电路中引出一个出口来接温度传感 器。LM35有三个引脚，其中0接正电源，2接地，这样在1脚就会输出随温度 而现行变化的电压。具体是每变化1摄氏度，输出电压变化10mV。信号采集单 元电路如图 4.1.1 所示。4.2 信号处理单元LM35输出端的电压因温度改变1摄氏度而改变10mv，很难检测。所以必 须经过一定的处理方可成为测量以及控制部分所使用的信号。处理方法也就是将 它无损的放大一定的倍数。因控制或测量温度在30摄氏度的时候，LM35输出电压为300mv。温 度在0摄氏度的时候输出为0mv。经下面
