温度控制系统项目方案

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1、温度控制系统项目 设计方案1 EWB 简介EWB 软件，全称为 ELECTRONICS WORKBENCH ，EDA 是交互图像技术在 九十年月初推出的 EDA 软件，用于模拟电路和数字电路的混淆仿真， 利用它能够 直接从屏幕上看到各样电路的输出波形。 EWB 是一款小巧，但是仿真功能十分强 盛的软件。相对其余EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单调, 就是进行模拟电路和数字电路的混淆仿真， 但你绝对不行小看它， 它的仿真功能十 分强盛，能够几乎 100%地仿真出真切电路的结果，并且它在桌面上供给了万用表、 示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑剖析仪、数字信号发生器、逻辑变换

2、 器等工具，它的器件库中则包括了很多大企业的晶体管元器件、 集成电路和数字 门电路芯片， 器件库中没有的元器件， 还能够由外面模块导入， 在众多的电路仿 真软件中， EWB 是最简单上手的，它的工作界面特别直观，原理图和各样工具都 在同一个窗口， 未接触过它的人略加学习就能够很娴熟地使用该软件， 关于电子 设计工作者来说， 它是个极好的 EDA 工具，很多电路你无需动用烙铁即可得悉它 的结果，并且若想改换元器件或改变元器件参数， 只要点点鼠标即可， 它也能够 作为电学知识的协助教课软件使用。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设计任务依据技术要乞降所给条

3、件，达成对温度控制系统的设计，装置与调试。设计要求4、设计任务利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec（Thermoelectric Cooler ，即半导体 致冷器）等设计一个温度控制器。1、要求（1 ）控制密闭容器空气温度（2 ）容器容积 5cm*5cm*5cm（3 ）测平易控温围：0 C室温（4）控温精度土1C三、发挥部分（1 ）测平易控温围：0 C（室温+30 C）2.2 设计思想本次设计使用温度传感器采集目前密屋的温度，而后经过各部分电路办理， 与所要控制的电路进行比较。电路依据比较的结果断定能否对密屋空气进行降 温，假如需要制冷会自动开启半导体系冷片。 当温度低于所控制的温度后，

4、控制部 分要断开制冷电路。 在不制冷的状况下， 密屋会自动升温， 当温度上涨到控制 温度以下的时候电路就会依照从前的步骤从头来一遍， 而后对密屋进行降温， 而后 周而复始履行这样一个周期性的动作，进而达到把温度控制在必定围的目的。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：经过集成运放组成的比率器， 把温度传感器获取的信号放大， 再将信号传输 给功放，带动半导体系冷片工作， 进而实现对温度的控制。 功放采纳乙类双电源互 补对称功率放大电路。 测温部分经过测温度传感器输出端与基准端的电压， 在转变 成相应的温度值。此中，基准端的电压有预先调试好。方案二

5、：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 特征，结构温度比较器，将温度信号失散成为高电平易低电平，高电平常制冷，低 电平常加热， 进而实现对温度的控制。 此中功放采纳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变换成电压信号，经过集成运放组成放大器，将 轻微的电压信号放大成所需要的电压信号， 再经过电压比较器将温度信号失散成 为高电平易低电平，高电平常制冷，低电平常加热，进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 方案的议论与选择：方案一可行，但是存在着很多弊端，如反响慢，且温度邻近时，

6、敏捷度也降 低了。方案二可行，它将变化的温度信息转变成失散的高电平易低电平， 经过功放的 作用，进而实现对温度的控制。 但是半导体系冷片向来工作在较大功率条件下，耗 能许多，且加热器和制冷器一直有其一在工作中， 所以会造成资源浪费， 电路也相 对复杂。方案三能够很好得实现对温度的控制和丈量， 固然方案三使用的电子器件许 多且繁琐，电路也较复杂，但是关于控制电路来说更为正确，快速，因为不需要对 电路进行加热，则这个电路是不错的。综合考虑以后，采纳方案三作为详细实现方案。选定方案的论证3.2.1 选定温度传感器的论证依据设计要求，能够丈量并控制0到室温的温度，精度要达到土 1 C。也就是 说基本要

7、求为传感器能够丈量 0 到室温的温度， 并且拥有很好的稳固性。 再联合 性能以及价钱方面的原由，选择了集成温度传感器 LM35。LM35温度传感器在-55150摄氏度以是特别稳固的。当它的工作电压在4到 20v 之间是能够在每摄氏度变化的时候输出变化 10mv 。它的线性度也能够在高 温的时候保持得特别好。所以 LM35 完整切合设计要求。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固性相当重要。 因为采 纳的电源电压是 12V 的，所以继电器的开启电压应当合适低于 12V 当靠近它，因 此采纳开启电压为 9V 的比较合适。此外，因为加热部分的电流比较大，所以继

8、 电器的蒙受电流要大，一般1000W的加热装置电流为，选择4.5A X2=9A以 上的比较合适。3.2.3 选定运算放大器的论证本设计对放大器的要求不过有较好的虚短和虚断特征， 作为比较器时输出能 够靠近电源电压。所以通用型的运算放大器即可知足要求。所以采纳通用型的ua741.整体电路的工作原理电路设计的整体思想是测温一一比较一一控温如图3.1所示-CLED崔示图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测温单元LM35R21K图 测温单元电路图温度传感器需要放入水中，所以应当在电路中引出一个出口来接温度传感器。LM35有三个引脚，此中0接正电源，2接地，这样在1脚就会输出随温

9、度而 现行变化的电压。详细是每变化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。信号办理单元LM35输出端的电压因温度改变1摄氏度而改变10mv，很难检测。所以一定 经过必定的办理方可成为丈量以及控制部分所使用的信号。办理方法也就是将它无 损的放大必定的倍数。因控制或丈量温度在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。经下边计算：V XA 12VmaxvV XA 0Vminv12V0VAvV max即 O Av 40考虑计算的方便，以及最后输出丈量的方便，放大倍数为20为宜。电路如图图信号办理单元电路温度比较单元知道了所输出的电

10、压的大小，而后与所给的电压进行比较，进而知道电压是偏高仍是偏低，即温度是偏高仍是偏低。当控制温度为 30度时，V=300mv*20=6V，所以，比较电压就选择6V。图比较单元电路图控制单元控制单元的作用是经过接收来自传感器办理后的信号，鉴别能否需要对目前的水体进行加热。所以控制电路处的比较基准电压应当从负电源中讨取。电位器选择计算：为了使电位器在阻值最小的时候电路中电流在1.5mA以下，选择固定电阻R为 2k。控制温度需要达到30摄氏度，而温度传感器是将1。的温度装换为10mV的电 压，而经过放大器后，又电压放大20倍，所以最后输出电压值为6V，比较器比较的 电压也为-6V。Vo =300mV

11、 X 20= 6 V所以电位器选择10k为宜。详细电路图如图I H图4.4.1控制单元控制电路是一个比较器，如图所示。输出为6V,而继电器没有正负，所以一定使比较器输出负电压的时候继电器截止，所以把继电器和一个二极管串 联，这样当电压为负的时候继电器就会很快地断开了。继电器部是一个磁线圈，在断电的时候会有很大的电流，为了保护电路需要在继电器两头并联一个二极管，以使继电器断电后它的保存电流能够在二极管和 电阻中快速消完。5单元电路的仿真及结果信号放大电路U1-WV19.1kl ?图信号放大电路仿真图在输入电压为0.1V时，输出电压为，在输入电压为0.4V时，输出电压为，如图所示图输入电压为0.1

12、V和0.4V时，输出电压的值所以，放大电路实现了放大20倍的功能。控制电路控温为30度，所以比较电压为-6V，与放大器输出的电压相加，放大器输出 大于6V，就输出负电压，负电压的大小由稳压管两头的电压大小决定，放大器 输出的电压小于6V，就输出正电压。图521正式放大器输出电压小于 6V时, 比较器输出电压为。10kl ?6 VR4AAAfR3AAAr10kl ?U2务洛R6 -2kl ?OPAMP_3T_VIRTUALXMM34-* 2D11N5758R-1图控制电路仿真图仿真时，输入电压为0.1V时，输出值为20.79V;输入电压为0.4V时，输出值为-20.97V。结果如图5.2.3所示

13、。图5.2.3输入电压为0.1v和0.4V时的输出结果 仿真结果与实质值符合隔绝及指示电路隔绝电路是一个射极跟从器，输入阻抗很大，能将前后级电路分开，免得 后边的指示电路影响控制电路的输出电压。因为发光二级管的只有在 电压和电流下才能正常工作，所以需要一个保护电阻。整体电路如图 所示，电压表测得是二极管两段的电压，达到了预约值。输入电压为0.1V时，表示室温为10。，低于30。，此时要控制加热装置 发热，并且加热时指示灯发光，由仿真图能够看出，此时二极管发光，复合预期结果。输入电压为0.4V时，表示室温为40。，高于30。，此时要控制加热装置 制冷，并且制冷时指示灯不发光，由仿真图5.3.1能

14、够看出，此时二极管不发光， 复合预期结果。图输入电压为 o.iv时电路仿真图LED2LED2输入电压为0.4V电路仿真图6整体电路图、元件及器件明细整体电路图电路如图6.1.1所示温度控制系整体路6.2元件及器件明细元件及器件明如表所示表元件及器件明细元件器件明器1个，9V开启，28A二极管 1N40074个LM351个，每1氏度出化10mVLED3 个, 2个黄，1个uA7413个位器1 个，10k一般开关1个阻 10k Q, 100k Q, 5k Q, lk Q, 2kQ)若十，有的需要串并获取7设计小结成就的评论在路的 和制作中，使我无形中加深了模 子技基的理解和运用能力，本及 从前学的

15、知有了一个更好的。在路的物接中出了一些，需要不停的解决，所 以几周下来，我的排能力有了很大的提升；再次，经过此次课程设计， 我对设计所用到的集成块有了更为深刻地 认识，这对我们此后的工作和学习的帮助都很实用途。本设计的特色本设计中采纳的是价钱廉价且又有较好的线性度的温度传感器LM35，并采纳 运算放大器几乎无损放大， 特别准群反应了所丈量的温度。 此外因为比较器比较 好的开关特征。存在的问题和改良的意义温度的调控能力和传感器的反响速度有特别大的关系。 假如温度传感器对温度 的敏感速度特别低， 控制器就没法实时得在欲控制温度处停止降温， 这样就起不 到控制温度的目的了。 LM35 的反响速度也不是特别快，当我用热水进行试验的时 候，温度滞后能够达到 3 到 4 度。于是我使其贴附在散热片上， 这样