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1、西安电子科技大学模拟电子技术课程设计题 目 水温控制与检测 目 录 绪论.41 课程设计的目的42 课程设计的任务与规定12.1 设计任务12.2 设计规定13 设计方案与论证23.1 方案选择与论证23.2 水温控制器的原理方框图24 设计原理与功能阐明34.1 元器件选用原理34.2 总体电路图85 单元电路设计95.1 信号解决单元95.2 温度显示单元105.3 控制单元116 电烙铁的使用127 总结13参照文献16附录一：总体电路原理图17附录二：元器件清单18绪论在钢铁、机械、石油化工、电力、等工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一; 随着科学技术和生产发展,需要对多
2、种参数进行测量,温度是工业对象中重要的被控参数之一.在冶金工业,化工生产,电力工程,机械制造和食品加工等许多领域中,人们都需要对多种环境中的温度进行检测和控制,温度控制对于大型工业和平常生活用品等工程都具有广阔的应用前景.例如冶金工业中的炼钢炉温度控制、化工生产中的培养皿温度控制、食品加工车间的温度控制等。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到并满足工艺过程的规定。温度测量与控制系统是自动控制技术、计算机技术、电子技术和通信技术的有机结合，综合发展的产物。其内容十分的丰富，它涉及多种数据的采集和解决系统、自动测量系统、生产过程自动控制系统等，广泛应用于工厂自动化、商业自动化、
3、实验室自动化等人类活动的各个领域。随着工业的发展，对温度控制提出了更多更高的规定，因而热解决技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。温度控制是一种具有纯滞后的系统，加热材料、环境温度以及电网电压等都影响控制过程，目前的温度控制系统大多建立在一定的数学模型基本上，对被控对象中的非线性、时变性及随机干扰无能为力，因此，提高系统的抗干扰能力成为核心性的技术。一方面，控温精度要高。另一方面，当环境发生变化而影响到控温精度时，要有合适的手段进行调节以达到精度规定。并且，为了以便进行工艺的研究，需要能保存温度数据。最后，由于生产中的实际状况，控制设备规定操作以便，易于维护，成本较低等等。常用的温度控制
4、措施有:电接点温度表温度控制、位式温度显示调节仪温度控制、PID持续电流输出温度显示调节仪表温度控制、PID持续电压输出温度显示调节仪表温度控制。这些温度控制措施大都是在工业生产现场安装温度控制仪表，通过提前设定温度控制的上下限值或PID控制参数，然后再将控制仪表投入使用，进行多种预定的控制。但若被控对象发生变化，难于实时的调节控制参数，不能满足实时控制的规定，并且温度变化曲线的一一记录不易实现。总之，国内的电温度的控制设备的现状不容乐观，重要有如下特点: 小部分比较先进的设备和大部分比较落后的设备并存。由于国内改革开放的发展，国内引进和生产了少量的比较先进的控制设备，但是，整体上，国内的温度
5、控制系统比国外发达国家要落后，占主导地位的是模拟仪表控制，这种系统的控制参数由人工选择，需要配备专门的仪表调试人员，费时、费力且不精确。控制精度依赖于实验者的调节，控制精度不高，一旦生产环境发生变化就需要重新设立。操作不以便，控制数据无法保存。因而，对生产工艺的研究很困难，因此导致产品质量低、废品率高、工作人员的劳动强度大、劳动效率低、这些都缩减了公司的效益。由于微机控制系统性能的优越性，市场的需求量很大。控制系统对微机的性能需求不是很高，同步由于计算机CPU及外围功能卡的不断升级和价格的不断下降，使得用高档微机进行控制的成本大为减少，并且也使得大批PC机闲置不用。因此，用高档微机甚至闲置不用
6、的PC机构成计算机控制系统，具有较高的可行性和经济价值。但是，目前国内的某些生产公司和研究机构重要开发某些大型微机控制系统，中小型的控制系统很少见。这方面的缺口较大，市场前景看好。本设计以温度控制为研究对象，针对环境温度，在比较、研究不同控制方略的基本上，根据实际状况通过模拟电路实现温度控制。本文重要做了如下几种方面工作：(l)论述了温度控制系统的课题目的、意义，目前计算机测控系统的发展动态及本论文的重要内容并对温度控制特点进行了简要分析。(2)简介温度测量过程有关知识。(3) 简介温度比较控制过程有关知识。 (4)设计温度控制的实际电路。(5)对成果进行系统分析与总结 1 课程设计的目的通过
7、理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计措施，提高设计能力和实践动手能力，为后来从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基本。1、学习基于LM35控制水温的设计措施；2、研究基于LM35控制水温的设计方案；3、掌握三极管管脚极性的判断措施；4、熟悉电烙铁的使用措施。2 课程设计的任务与规定（1）设计一种水温控制器（2）能对水温进行测量并批示读数（3）能对水温进行控制，控制范畴为01003 设计方案与论证3.1 方案选择与论证根据设计规定，有如下3种方案：方案一：采用温度传感器对温度进行采集，采集的电压通过放大电路将信号
8、放大，然后通过3.5位A/D转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同步, 还可直接驱动LED显示屏,将温度显示出来。方案二： 用LM35温度传感器、放大电路、批示器、比较器、发热元件、控制温度设立等元器件构成的单电源温度控制检测电路。根据电路的简易性与可实行性(例如电路线路多而繁杂，MC14433等芯片在元件库中缺少等)，选用方案二。3.2 水温控制器的原理方框图控制温度设立比较器批示器放大电路发热元件被控对象温度传感器 图3-1 水温控制器构成原理图水温控制器的构成原理框图如图3-1所示。本电路由温度传感器、放大电路、批示器、比较器、发热元件、控制温度设立等部分构成。温度传感器的作
9、用是把温度信号转化为电压信号输出，经放大电路放大，送往电压表构成的批示器进行温度批示。同步，由温度传感器输出的电压信号送往比较器，与设立的温度进行比较，控制发热元件的工作，从而控制水温，使其保持在某一范畴。4 设计原理与功能阐明4.1 元器件选用原理（一）温度传感器简介LM35是电压输出型集成温度传感器，其特点如下：（1） 可直接校正摄氏温度。（2） 线性温度系数：+10mV/。（3） 温度范畴：-50+150。（4） 非线性度低于1/4。（5） 输出抗阻（在1mA负载时）：0.1。（6） 工作电压范畴：430V。（7） 成本低。LM35传感器采用了TO-46和TO-92封装，其等效电路及封装
10、形式如下图4-1所示。LM35的最大额度参数范畴：电源电压为+35-0.2V；输出电压为+6-1.0V；输出电流为10mA；寄存温度对于TO-46封装为-60+180，TO-92封装为-60+150；工作范畴对于LM35和LM35A为-50+150，LM35和LM35A为-40+110，LM35为0+100。图4-1 LM35的等效电路图及封装形式（a） 为LM35内部电路；（b）LM35的封装形式（二）LM35的基本应用电路图4-2为LM35的基本应用电路。图4-2（a）为采用LM35构成的单电源温度传感器电路，其中Uo 为相应温度的输出电压。图4-2（b）为采用LM35构成+2+150温度
11、传感器电路。图4-2（c）是采用LM35构成的满程摄氏温度计，输出Uo=+1500mV，相称于+150；Uo=+250mV，相称于+25；Uo=-550mV，相称于-55。 图4-2 LM35的基本应用电路（a） 单电源温度传感器；（b）+2+150传感器；（c）满程摄氏温度计（三）放大电路由于LM35输出的电压信号较小，须经运算放大器放大后才干推动电压表进行温度批示。如图4-3所示，0100相应输出电压为010V。（四）比较器图4-4中，UREF控制温度设定（相应控制温度），Rf2用于改善比较器的迟滞特性，决定控温精度。 图4-3运算放大器 图4-4电压比较器（五）三极管管脚的鉴定B代表基极
12、，c代表集电极，E代表发射极。1基极的鉴定将数字表的一支表笔接在晶体三极管的假定基极上，另一只表笔分别接触此外两个电极，如果两次测量在液晶屏上显示的数字均为01V07V，则阐明晶体三极管的两个PN结处在正向导通，此时假定的基极即为晶体三极管的基极，此外两电极分别为集电极和发射极；如果只有一次显示01V07V或一次都没有显示，则应从重新假定基极再次测量，直到测出基极为止。2三极管类型、材料的鉴定基极拟定后，红笔接基极的为NPN型三极管，黑笔接基极的为PNP型三极管；PN结正向导通时的结压降在01V03V的为锗材料三极管，结压降在05V07V的为硅材料三极管。3集电极和发射极的鉴定有两种措施进行鉴
13、定：一种是用二极管挡进行测量，由于晶体三极管的发射区掺杂浓度高于集电区，因此在给发射结和集电结施加正向电压时PN压降不同样大，其中发射结的结压降略高于集电结的结压降，由此鉴定发射极和集电极。另一种措施是使用hFE挡来进行判断。在拟定了三极管的基极和管型后，将三极管的基极按照基极的位置和管型插入到卢值测量孔中，其她两个引脚插入到余下的三个测量孔中的任意两个，观测显示屏上数据的大小，找出三极管的集电极和发射极，互换位置后再测量一下，观测显示屏数值的大小，反复测量四次，对比观测。以所测的数值最大的一次为准，就是三极管的电流放大系数卢，相相应插孔的电极即是三极管的集电极和发射极。第二种措施电解电容有正
14、负极之分,标记不清时用欧姆档测量,表笔互换测两次,漏电小的那次红表笔是正极(使用数字表时,)(注意:指针表时黑表笔接的是正极).其他容量小的电容,用指针表欧姆档的高档位测,有充放电现象,可看得到(指针接触瞬间表针摆动),就是好的.三极管的基极对此外两个极是两个PN结,用RX1K欧姆档测,指针表的黑表笔接一种脚,红笔分别测另两个脚,测得两个都是正向导通时,黑笔接的就是NPN型三极管的基极.指针表的红表笔接一种脚,黑笔分别测另两个脚,测得两个都是正向导通时,黑笔接的就是PNP型三极管的基极.这就辨别出了是NPN还是PNP的三极管了,同步懂得了基极(B).发射极(E和集电极(C)辨别：根据基极对集电极和发射极的正向电阻判断，其中正向电阻低的是集电极.有的万用表有测三极管的插孔,可以插上测放大倍数,放大倍数大的接入的对的(基极的脚已测出).用指针表测三级管,二极管,电容,比数字表以便,直观.但要记住欧姆档的表笔,黑笔是表内电池
