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1、电子技术课程设计报告 题目： 温度自动控制指示电路 姓名： 学号： 班级： 成 绩：_2011年 12月23日2目录1、引言（1）1.1 选题的意义及目前国内外的状况（1）1.2 电路设计的用途及实际应用情况（1）1.3电路设计旨在解决的关键问题（2）2、总体方案设计（3）2.1 设计思路及框架（3）2.2 设计方法（3）3、电路的工作原理（4）3.1 电路原理图（4）3.2 电路元器件及工作原理（4）3.3 电路工作原理（5）3.4 电路参数计算（5）4、仿真设计结果（6）5、结论（7）6、课程设计的体会（8）7、参考文献（9）1、引言1.1选题的意义及目前国内外的状况 现代电子技术日新月异
2、，各种新型的自动控制系统也越来越多地运用到人们的日常生活、工业生产等领域，它不但可以提高劳动生产率，而且可以使控制的设备或执行的操作更加精确。在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着十分重要的作用。目前，自动控制技术已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是21世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。温度是工业对象中的主要被控参数之一。在工业企业中，如何提高诸如电炉这样的温度控制对象的运行性能一直
3、是现场技术人员努力解决的问题。由于这类对象的热惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。温度是表征物体的冷热程度最基本的物理量。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。对于不同场合、不同工艺、测温方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因此。对温度的测控方法多种多样。目前国内温度自动控制的发展，相对国外而言在性能方面还存在一定的差距，他们之间最大的差别主要还是在控制算法方面，具体表现为国内温度自动控制在全量程范围
4、内温度控制精度比较低，自适应性较差。这种不足的原因是多方面造成的，如针对不同的被控对象，由于控制算法的不足而导致控制精度不稳定。1.2电路设计的用途及实际应用情况 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测已经应用于诸多领域。在一些运用场合必须保证温度在一定的范围内，如何来保证这一要求是人们研究的一个课题。最初是认为地通过观察温度计来确定温度是否在要求范围内，当低于要求值时，接通加热设备的电源，进行加热；当超过要求时，切断电源，停止加热。这种操作，不仅浪费人力资源，还存在很大的误差。因此，如何解决这一问题就成了一个迫切的问题。开发出能够随时进行温度检测的恒温自动
5、控制系统成了人们追求的目标，也符合智能时代发展的要求。温度自动控制技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机等技术领域的一门综合性技术。同时，温度自动控制技术也促进了工业的进步，如今温度自动控制技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度自动控制占有着极为重要的地位，特别是在冶金、化工、建材、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度自动控制，所采用的加热方式、燃料、控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的
6、各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度自动控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。温度控制是工业控制中发展最早、最重要的分支之一，其应用已涉及社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等。而控制温度的对象也多种多样，大到炼钢炉，小到加热器。在工业控制领域，温度通常也是控制的主要被控物理量之一，尤其一些对运行环境要求苛刻的场合，温度更是一个主要的控制参数。为保证生产过程正常进行，提高产品的数量与质量，减轻工人的劳动强度以及节约能源，常要求被控对象的工作环境温度按某种指定规律变化。温度测量与控制电路广泛应用于生产生活中
7、的各个方面，特别是在工业生产中，温度自动控制已经成为一个相当成熟的技术。随着人们生活现代化水平不断提高，国民经济的快速发展，温度已经成为工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应都与温度密切相关。1.3电路设计旨在解决的关键问题温度自动控制系统运行可靠、稳定，节省人力，节省电力，使用方便。温度自动控制技术的应用与发展，是工业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展方向。电子信息技术发展的主要目标是实现高度智能化，在减少以至不需要人为干预下使机器能独立处理各种工作，智能化温度控制也是如此。用自动装置代替人工控制，控制生产中的温度等参数，实现生产自动化，从而将人们从繁重复杂的劳动中解放出来
8、。完成人工无法完成的任务，实现各种科技创新。在很多生产过程中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术经济指标相联系。2、总体方案设计2.1 设计思路及框架在本课程设计中，将温度自动控制系统的总体设计及其主要的功能特点进行简单的分析，并给出它的特点。 传感器控制器执行受控对象象传感器给定值干扰控制量操作量被控量图11 自动控制系统基本组成框图（1） 受控对象，简称对象，被控设备或系统即“受控对象”；如电机、加热炉、化学反应器。（2） 监测装置，简称传感器，相当于人的耳和目，“观察”设备原件，测量干扰和被
9、控量实际值（对象的输出量）。（3）控制器，相当于人脑，承担分析比较、计算决策任务，根据预期目标给定值（被控量的希望值）、被控量实际值及干扰等信息，经计算，输出控制决策控制量。（4）执行器，相当于人手、工具，接收控制信号（控制量），输出操作量，使被控量等于或接近给定值。2.2 设计方法 具有负温度系数的热敏电阻R5作为测温元件，并以电阻R1、R2、电位器R4构成电桥电路,通过电压比较确定晶体三极管的导通状态。若VT2、VT3导通，则继电器R9吸合，加热器R14通电加热，彩色指示灯U2发光指示；若VT1导通，则继电器R9释放，加热器R14断电停止加热，此时彩色指示灯U1和U4发光指示。3、电路的工
10、作原理3.1 电路原理图图12 温度自动控制指示电路原理图3.2 电路元器件及工作原理（1）运算放大器图13 运算放大器运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。运放如图有两个输入端a（反相输入端），b(同相输入端)和一个输出端o。也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。当电压
11、U-加在a端和公共端(公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。)之间，且其实际方向从a 端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。为了区别起见，a端和b 端分别用-和+号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。（2）继电器继电器是一种电控制器件。它具有控制
12、系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。3.3 电路工作原理如图12电路原理图所示为运算放大器组成的温度自动控制指示电路图，运算放大器AR1接成电压比较器，具有负的温度系数的热敏电阻R5作为测温元件，并以电阻R1、R2、电位器R4构成电桥电路，R4为温度值设定电位器，改变R4可改变加热器（如电炉）的设定温度，用作温度微调。当炉温低于设定温度时，电压比较器AR1输出低电压，VT1管截止，VT2管饱和导通，继电器R9吸合，电炉通电加热。当炉温
13、高于设定温度时，电压比较器AR1输出为高电平，VT1管饱和导通，VT2、VT3管截止，继电器R9释放，电路停止加热。炉温的控制过程可以通过改变R5的阻值在计算机上模拟运行。R14表示加热器，V4表示交流加热电源。电炉通电加热状态由指示灯U2指示，电炉停止加热状态由指示灯U1和U4指示。3.4 电路参数计算U1、U2和U4为彩色指示灯，当电位高于2.5V时通电发光；电阻R1、电阻R2、负温度系数的热敏电阻R5和电位器R4共同组成电桥电路，取适宜电阻值，即R1为0.5K欧，R2为0.5K欧，R5为1K欧/49%，R4为1K欧/50%；对电压比较器进行参数设定为+20V；如电压比较器输出高电平，则2
14、0=Ube1+RIm，其中Im=1e-16A,Ube1=0.75V,R为R3和R13并联阻值，所以取R3为0.1K欧，R13为0.2K欧/50%；如电压比较器输出低电平，则VT1截止，VT2、VT3导通，取直流电源12V，即12=Ube2+Ube3+R2Im，其中Ube2、Ube3分别等于0.75V，Im=1e-16A,R2为R11和R12的并联电阻，则取R12为10K欧/10%，R11为0.5K欧/68%；C1为1nF；加热电源V4选交流120V/60HZ/0Deg；加热电阻R14为1K欧；继电器最大电流为0.05A，则12=ImR10+Uce3,则取R10为1K欧/8%。序号名称数量1直流电源22交流电源13彩色指示灯
