水温控制电路的设计报告

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1、目 录一 设计要求-1二 设计作用 目的 -1三 设计的具体实现-1 系统概述-12 设计原理及方法-13 PCB版电路制作-10四 心得体会-12五 元器件明细表六 参考文献 -13附图水温控制电路设计报告一 设计要求1、要求控制电路能够对室温2260有非常敏感的反应。2、有温度设定功能，例如限制温度为40，对应4V电压值。3、当温度超过设定值时，指示灯点亮进行报警提示。4、总体设计画出电路原理框图。5、单元电路设计。6、原理图设计并绘制原理图。7、利用仿真软件进行电路仿真，列出元件明细表。8、撰写设计说明明书。二 设计作用 、目的1、设计制作一个可以测量和控制温度的水温控制电路，该电路能够

2、将水温控制在一个合适的范围内，实现对水温范围的改变。2、温度控制器是实现可测温和控温的电路，通过对温度控制电路的设计安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路中的应用。进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性的应用。3、能够使用电路仿真软件进行电路调试。4、学会用protel软件绘制电路的设计原理图和制做PCB板。5、充分利用模拟电子技术基础的知识进行实践设计。三 设计的具体实现3.1系统概述本设计要将水温转化成电信号才能控制。所以采用LM35温度传感器来转化,将温度信号转化成电压信号，经适当放大后与设定的电压比较，设定的电压就代表特定的温度值。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热；当

3、实际温度低于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度在某个值或小范围波动。3.2 设计原理及方法根据设计任务及要求有以下原理方框图图1 ，该设计问题可分为温度传感器模块，主要负责温度信号与电压信号的转化；放大器模块，使输出电压变为原来的十倍；比较器模块，控制温度的设定电压；继电器、加热模块，当被测温度超过设定温度时，继电器动作，是触点断开停止加热，反之被测温度低于设置温度时，继电器触点闭合，进行加热。由于电路中含有运算放大器，需接入12V直流稳压电源。 图1 控制原理方框图3.3 单元模块设计3.3.1温度传感器模块本设计选用LM35温度传感器连转化温度。LM35的输出电压与摄氏温度呈

4、线性关系，转换公式为： oC T oC 在0时输出为0V，每升高1输出电压增加10mV,LM35的外观如图2所示 图2 LM35外观 图3 LM35实物图常温下LM35不需要额外的校准处理即可达到1/4的准确率。此设计采用单电源供电，在25下的静默电流约50，非常省电，并且无散热问题，精度非常高。并且输入电压宽，从4V到30V都可以。所以选择LM35很合适。3.3.2 放大器模块放大器和比较器均要用到运算放大器，这里采用LM324集成运放。LM324是4个运算放大器的集成器件，这个设计中选择其中的两个使用。LM324的接线图如图4：图4 LM324接线图下面说明放大器的原理：此设计用正相比例放

5、大器，使输出时正电压，考虑到控制的温度是室温到80 oC，所以取放大器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。正相比例放大器的原理图如图5：图5 放大器原理图由运放的“虚短”“虚断”的性质有这里取R=10K，则R=90 K，因为电源电压为12V，保持10倍放大，则设定的电压值与温度的转换关系就为10 倍，比较容易控制和调节。实际中取R=90.9 K。3.3.3比较器模块 这里采用简单的单限电压比较器，使用的运算放大器为LM324中的一个。电路图如图6：图6单限电压比较器 图6中1接放大器的输出电压作为比较器的输入电压，3接输出电压。此时放大器工作在非线性状态，输出电压只有正或负两种饱和

6、值。这种情况下运算放大器的输入端“虚短”不再适用。当V+V_时，=12V，当V+V_时，=。这种情况下，运算放大器的“虚短”仍然可用，则有V i = V_V+ = V4 = V11 所以可以通过调节滑动变阻器来控制的值。图中增加R=5 K的电阻，是为了控制的最大值不超过6V，即设定的温度值不超过60 oC。当滑动变阻器的接入电阻为0时，取=5K，R=5 K 即可达到要求。 3.3.4 继电器模块 继电器是可以高温控制低温的器件，其内部构造及工作原理如图7：图7 继电器构造及原理图当低压电源端开关接通后电磁铁由于电流产生磁性，吸住磁铁使高压电源的开关接通，实现了低压控制高压。下面要解决的问题就是

7、怎样在电路中实现低压电源端的开关自动打开和闭合。考虑到比较器的输出电压为正或负的12V，就可想到二极管的单向导电性。因此可以用二极管来代替自动开关的作用。使用发光二极管能够看到电路的通断。继电器模块的电路图如图8：图8 继电器电路图图中Port端接比较器模块的输出电压作为此电路的输入电压，当输入电压为+12V时，发光二极管导通，当输入电压为时，发光二极管截止。接入三极管的目的是放大电流信号，使继电器能正常工作。由于发光二极管的导通电流与三极管的基极电流不匹配（发光二极管的导通电流大一些），故需要在发光二极管的负极接一个电阻，与基极电阻并联，这样流入基极的电流就变小，使三极管能正常工作。一般取R

8、=10K，实际的发光二极管正向导通时有2V的压降，所以发光二极管正向导通时负极的电位约为10V，流过的电流约为6mA。三极管的基极电流为量级，所以与基极并联电阻R=2 K即可。继电器选取的是额定电压为12V的常开型型号。即在无电流通过继电器时，继电器高压端开关打开，加热电路不工作，当有一定的电流通过时，继电器产生磁性使高压端开关闭合。普通二极管的作用是保护继电器不因电流反流时烧坏。3.3.5加热模块加热电阻是很简单的加热器串联电路，加热电路中串联保险丝防止电流过大产生危险。电路图如图9：图9 加热电路 Port端接220V市电即可。继电器电路自动控制开关的闭合。3.4电路的安装与调试 3.4.

9、1 电路的安装由于电路中用到了集成块，所以电路的焊接时空间不是很大，要注意布线的规则。LM35焊接时，最好用三根导线接出，这是因为LM35是要与加热电路中的电热丝放在一起。LM324中要用到其中的两个运算放大器，最好选用接头为5/6/7和8/9/10的两个运放。在两边分别安装比例运放的电阻和比较器的电阻。继电器的开关端也要用导线引出接电热丝。最后将所有的+12V端，GND端，端分别连在一个节点并用导线引出接电源。电路焊接时，注意LM35，LM324，三极管的管脚，发光二级管和普通二极管的极性。3.4.2电路的调试电路焊好后，接通稳压电源（先不要接通发热电路得电源，注意安全）。用万用表测量LM3

10、5输出端的电位，设为V，则有用万用表测量比较器正向输入端的电压，现在的室温在15 oC左右，调节滑动变阻器，当比较器的v为1.5V以上时，就能观察到很容易就能观察到发光二极管灯亮，这时用万用表测继电器的开关的两端电阻，发现接近0，表明此时开关闭合（若接通加热电路，则加热电路工作）；加热温度传感器，很快就可以观察到二极管熄灭，并能听到开关动作的声音，再测继电器开关端电阻，应是无穷大，表明开关断开（若接通加热电路，则加热电路不工作）。3.5电路的仿真图10仿真电路图图10是电路图（不包括温度传感器和继电器模块）3.6 PCB版电路制作由于使用的软件是Protel 2004软件，因此PCB制版的步骤

11、如下：1、运行Protel 2004程序，设计完成上述湿度检测电路的原理图，在检查无误后，将文件以Sheet2.SCHDOC 为文件名保存在一个文件夹里。2、创建一个PCB工程，将Sheet2.SCHDOT加入到工程里，同时在工程中增加一个名为Sheet2.PCBDOC的PCB文件，将其保存在Sheet2.SCHDOT所存在的文件夹里。3、在原理图编辑环境中，执行Design/Update PCB命令，系统弹出工程变化列表后，单击左下角Execute Changes 按钮，系统按照变化一步一步执行载入操作，完成后，关闭工作变化表。4、PCB编辑器工作环境下，将所有元器件移入电路板的禁止布线层。

12、5、执行Tools/Auto Placement/Auto Placer命令，进行自动布局。自动布局结束后手工调整布局后，执行Auto Route /All命令，单击弹出的对话框右下角Route All按钮进行自动布线后手动调整后如图11所示： 图11 PCB板手工布线图（6） 在Top Layer 层上执行Place /Polygon Plane 命令，在弹出的对话框中单击OK按钮，会出现是自动定位线跟随在鼠标指针上，依照电路板中需要铺铜的区域画出一个闭合多边形。完成后，敷铜会自动进行，结果如图12所示：图12 敷铜后的PCB板图四 课程设计心得此次课程设计考查了我们设计电路的能力和动手绘图

13、的能力。从中我学到了很多东西。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过的这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图。在仿真和制版过程中，遇到很多问题，是以前我从没有接触过的。通过向老师和同学的请教学习，最终解决了问题，并且从中学到了很多其中软件的操作和使用。而且这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。还有，在这次课程设计中遇到的一系列问题让我学会了思考，找到了以往学习中的缺陷：不善于发现问题，缺乏

14、解决问题的能力。由于是第一次做课程设计，所以花的时间很多。通过这次课程设计，我学会了如何使用仿真软件Protel和Multisim。但仍然用的不太熟练，在绘图过程中，遇到了很多麻烦。有些电路元件找不到，还有布局时也出现了很多问题，再就是由于元件的参数选取的不合时导致仿真失败，只有选取合理的参数才会仿真处想要的效果。最重要的是通过这次课程设计我深深体会到能把所学的知识运用到实践中才是真正掌握。这次的课程设计时间有些仓促，我们刚学完模电的相关知识就运用到电路中，刚开始觉得很难，相关的知识掌握得不到位，但随着设计的深入，发现所学的知识在我设计的电路中得到了很好的运用，在课程设计的同时，巩固和掌握了现

15、学的知识，这才是设计的目的。这只是一次简单的课程设计，只是一个开始，设计的东西在实际中的运用还尚欠缺，但从中我学到了遇到困难要解决，不能浮躁，要静心，耐心，细心的做事，坚持下去。经过和小组成员的一起努力，我们终于完成了这次课程设计，虽然不是很好。在以后的课设中，我相信有这次的经验会做得更好。五 元器元件明细表名称序号型号数量电阻R1R2R3R4R5R6R710K90K5K10K5K10K2K1111111电位器Rw10K1发光二极管D1LED(红)1三极管Q190131温度传感器U1LM351继电器K1AC250DC301六 参考文献1童诗白、华成英模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社2009年8月2赵淑范 董鹏中电子技术试验与课程设计清华大学出版社2009年12月3薛鹏骞、梁秀荣电子设计自动化技术使用教程中国矿业大学出版社2007年2月4李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社2005年3月5张新喜Multisim 10 电路仿真及应用机械工业出版社2010年2月6陈锦玲Protel 99SE 电路设计与制板2008年8月