电饭锅温度控制器设计

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1、:电饭锅温度控制器设计-电路图-PCB图（总17页）-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-电饭锅温度控制器设计目录一、设计要求二设计作用、目的2三设计的具体实现3设计概述3单元电路设计，仿真与分析6版电路制作 13四心得体会14五附录15元件明细表15电路原理图16六参考文献17设计要求(1) 自主设计电路，了解学习元件性能特性，设计参数，进行 MULTISIM 仿真并制作 PCB 电路板。(2) 主要设计电饭温温度控制器，实现电饭锅温度加热和保 温过程受温度控制，自动切换。使电饭锅的温度稳定保 持在 6570之间。(3) 开启阶段，电路温度较低，温控

2、电阻较大，实现电路加热，三极管导通，红灯亮起。当加热温度达到 103，加热停止，绿灯亮起，进入保温阶段。二设计的作用、目的模拟电子技术是自动化专业重要的专业基础课程。电子电路 设计及制作课程设计是电子技术基础课程的实践性教学的重要 环节。通过设计，仿真，制版等相关程序，帮助我们深入了解 模电理论知识，熟练掌握相关实践，对我们知识的学习和运用起到积极的作用电饭煲等家用电器和我们的生活息息相关，温控系统在电 饭煲加热和保温过程中都起到重要作用，了解其中的主要工作 原理和相关元件性能的应用，制作 MULTISIM 仿真图和 PCB 板 子是此次设计的主要目的。温度控制器是电饭煲必不可少的部分，而且绝

3、大多数是智 能电脑控制系统，能自动实现温度加热和保温过程，给人们生 活带来方便。温控系统不仅应用于电饭煲之中，而且广泛应用 于壁挂等加热设备中，是节能采暖综合体系中一个极为突出的 最重要的环节。方便每天自动定时控制提前或延后开关调节电饭煲， 免去人工操作，对上班一族日常生活十分必要。节能温控系统通过三极管导通与否控制双向晶闸管加 热开关，从而控制热敏电阻，使电饭煲温度控制在 6570之 间，省去了不必要的加热过程，起到了节能的作用。安全性能良好的温度控制器可以随温度变化自动控制 电路工作，不会出现加热过久导致失火等现在出现，在方便的 同时使用安全放心。我们应该进行深入设计，研究。三设计的具体实

4、现1概述本电饭煲温度控制器设计灵感主要来自其他温度控制器的 工作原理图和组成部件工作特性，经过仔细设计，组合和仿真 之后成型的。电饭煲温度控制器主要由加热和保温两部分组 成，总体设计目的就是要实现加热和保温过程自动切换和指示 灯的交替开启，全部器件都是为之服务。电路主要由以下几部分器件组成:220V交流电压源，热敏 电阻，电容，A741集成运放，滑动电阻和若干普通电阻，晶闸 管，LED发光二极管，二极管和三极管等。电路的总体框图如图 1 所示，它是由温度信号采取电 路、温度信号处理电路、控制温度电路、显示电路四部分构 成的。温度信号图 1 电饭锅温度控制总体框图556DORSL1kJ12iii

5、orf 7?1W3N221*02R115?flCZDI匚山艸 |,140014TCUF图2加热电路首先，介绍加热过程工作原理。加热是温控的第一过程， 主要器件有220V交流电压源，热敏电阻，A741集成运放，三 极管以及双向晶闸管等组成。第一，开启阶段电饭煲整体温度 较低，由于热敏电阻工作特性(电阻值和温度变化成反比)， 知电阻值较高，使得A741集成运放的3管脚处于高电平，即(32)。第二，由于同向输入端输入，管脚6处于高电平，通 过电阻R6的电流超过发光二极管LED2的导通电压，使得三极 管处于导通状态，从而使双向晶闸管VTH2出发温度上升，加热 过程开启，LED2亮起红灯，指示加热过程正

6、在进行。第三，三 极管VT集电极为低电平，VTH1处于截止状态，阳极为高电平，VD1也处于截止状态，所以RP2对感温电桥没有影响。加 热过程处于独立工作状态。图3保温电路其次，当温度高于103。时，温控电路将开启保温模式，加 热过程停止。第一，由于温度上升，导致热敏电阻阻值下降， 集成运放A741管脚2电位高于管脚3，管脚6处于低电平状 态，不足以使三极管VT导通从而激发双向晶闸管加热。第二 三极管发射极处于高电位，所以晶闸管VTH1处于高电位激励, 产生反向触发，由于电流源阳极作用，晶闸管阳极也有触发， 所以导致晶闸管导通，通过电阻R4,使得发光二极管LED1指 示绿光，温控电路处于保温工作

7、状态。第三，随着温度变化，使热敏电阻阻值交替变化，从而控制集成运放以及三极管工作状态和管脚电位高低。控制温控电路加热与保温情况交替进 行，实现温度控制。以上是电饭煲温控系统设计的总体思路和方案，大体介绍 了电路主要部分的划分和组成，介绍了电路加热和保温等过程 自动控制的工作原理。2.单元电路设计，仿真与分析下面再具体介绍一下每部分电路的选择、设计及工作原理。首先，电桥电路（如图 4）R210kfiR16.8kfi由滑动变阻器RP1,热敏电阻R12电阻R1,R2组成感温电桥。通过滑动变阻器使电桥达到平衡，对电路起保护和调节作 用。电桥的主要作用就是将输入的交流量转化为直流电压。由 于热敏电阻的特

8、殊性，找到 10K 动变阻器替代，通过调节滑动 条的阻值起到温度控制电阻变化，达到仿真的效果。其中 R2(10K)电阻主要起到开启电桥保险的作用。Uo为输出的直流 电压。我认为感温电桥中电阻RP1和电容C1起到的是温度补偿 作用，针对其他对温度适应性不够的影响进行补偿，改善电路 稳定性。图5 反馈回路其次，反馈电阻。反馈电阻R3阻值100K,起到控制输出 量，改变电路性质的作用。其他几处电阻主要起到限流和保护 电路作用。电阻RL是模拟电饭煲装置，消耗功率。R3越小，温 度变化越大。反馈电阻 R3 的参数计算：根据集成运放的放大倍 数得：放大倍数=(Rf+R1)/R1。得R3=100K.第三，介

9、绍集成运放UA741。UA741分为输入级，偏执电 路，中间级，输出级。八脚双列直插式组件，脚和脚为反 相和同相输入端，脚为输出端，脚和脚为正、负电源端，脚和脚为调零端，脚之间可接入一只几十KQ的电 位器并将滑动触头接到负电源端。脚为空脚。畑：Ch 图6 UA741示意图考虑到uA741性能完善，参数稳定（工作电压22V,差分电 压30V输入电压18V,允许功耗500mW.），差模电压范围和共 模电压范围宽，增益高，不需外加补偿,功耗低，负载能力强，有输出 保护等特性。本实验选用它为核心器件。电饭锅温控器集成运放主要考虑2, 3管脚电位高低。即 23时，6管脚为低电平；32时，6管脚为高电平。

10、通过集成 运放管脚电平不断的变化，控制电路电平高低变化，从而引导 后续三极管，晶闸管等相应变化，调节电路加热和保温过程的 自动切换，是电路的核心元件。第四，电路靠交流电压源供电，需要稳压管D3提供稳定的 工作电压。稳压管工作原理：反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变 化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳 压管访问就在电路到起到稳压的作用了。稳压管主要性能参数 包括：稳压电压（），稳压电流IZmin Iz IZmax，温度系 数，动态电阻Rz （Rz越小，稳压性能越好），额定功率

11、等。图7稳压管特性曲线第五，电路图中用到晶闸管（单向，双向）。下面介绍一 下晶闸管的工作原理和应用依据。晶闸管：是一种大功率的整流元件，它的整流电压可以控 制，当供给整流电路的交流电压一定时，输出电压能够均匀调节，单向晶闸管是一个四层三端的半导体器件W图8单向晶闸管结构示意图双向晶闸管：是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对 外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个 单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。单向晶闸管的特 性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电 压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就 会变成导通状态。V13图9双向晶闸管分析

12、图由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何 个方向导通，是一种理想的交流开关器件。所以我们选择双 向晶闸管作为电路加热和保温自动控制切换开关。单，双向晶闸管都具有触发特性。但是它们的触发控制特 性有很大的不同，双向晶闸管无论在阳极和阴极间接人何种极 性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲便可以双向 导通。电饭煲温控电路的加热过程就是依靠双向晶闸管的导通 特性（开启电压6V），当三极管集电极低电平时，双向晶闸管 触发开始加热。当三极管集电极处于高电平时，则有晶闸管工 作，阴极触发电压比较大，使得LED发出绿光，进入保温状 态。两个晶闸管在电路中控制加热红灯亮起和保温状态下绿灯 显

13、示，起到自动控制过程中的指示作用。第六，温控电路主要依据两个发光二极管（即led红, 绿）显示工作状态，作为指示电路灯。LED也是半导体二极管的 种，把电能转化成光能，主要利用二极管的单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在 PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生 自发辐射的荧光。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不 同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发 红光、绿光的二极管。使用LED作指示电路时，应该串接限流 电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工 作电流来选择。发光二极管的压降一般为V

14、,其工作电流一般 取1020 mA为宜。本次设计之所以选择LED为发光元件，是因为LED的一下 几个特征：1,光效高，LED灯改良之后达到50200流明/瓦，且光的 单色性好，光色窄，无需滤过直接看见可见光。十分符合本实 验发光指示的需要。2, 耗电量少，LED单管功率为瓦，采用直流驱动。耗电 量是白炽灯的1/10 更能帮助温控系统实现自动切换之余的节能 功能是良好的选择元件.3, 使用寿命长，最长使用寿命达到10万小时是普通灯管的十 倍，可承受很高的机械冲击和碰撞，不宜破碎，稳定可靠,维护成本低. 是电饭煲这种家用电器最好的选择.4, 安全可靠，发热量低，无辐射,电压低，可以触摸光色柔和，内

15、 部不存在有害成分，实现光与艺术的结合.第七，我们来讨论一下电容和其他电阻对本设计的作用和我 们选择的理由，电子制作中需要用到各种各样的电容。电容， 就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是 充电放电，还有整流、振荡以及同交隔直等的作用。本电路设 计主要应用到电容的滤波和旁路的作用。不同的作用要求电容 的存储能力也不同，本次设计主要选用四种不同的电容（， 1uf，470uf，470uf）。我认为，C4为旁路电容，旁路电容是为 本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化， 降低负载需求。旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。在 电饭煲温控电路中，加热电阻应使用比较小的阻值

16、，因为要求 加热功率较大，阻值越小，电流越大，有利于电路加热。具体 阻值计算根据电路功率和单元电路其他元件选择而搭配。最后，向老师介绍我们仿真过程中的主要思想。主要元件 依旧使用原理图中原配器件，少部分替换。生活中，电饭煲温 控器主要应用金属弹片控制加热和保温过程的切换，作为金属 片制作程度触点。依据金属对温度的敏感度和热胀冷缩比不同 的特性，用铜片和铁片做触片。铜片受热较易弯曲，接触导通 进去加热状态。实验室中，利用热敏电阻替换（特性前文有介 绍）。在MULTISIM仿真中利用滑动变阻器替换仿真。改变了其 中一个电容值C1，考虑应该使用较小的电容效果好。 版电路制作印制电路版设计主要有六个步

17、骤 1原理图的绘制与参数的精确计算2 网络表的生成与调入。3确定好板形尺寸，板间结构及定位安装。4 PCB板的布局设计，并注意板上线的调配。5 PCB板的布线设计，关键信号线的画法及接地，铺洞处理。6 PCB的检查，评审和输出。图10 PCB正面图11 PCB反面四心得体会为期四周的课程设计终于接近尾声，四周的时间，同学们都 受益匪浅，它是繁忙的，但更是充实的。这次经历，大家查阅 了大量的资料也让大家收获良多。其实刚开始大家挺气馁的，线路图连出来了，可是仿真就是 出不来。状态指示灯就是不亮。经过不断比较与讨论再由老师 的指导终于发现在一些元器件参数选择上和电路连结上有点差 错，最终还是把那仿真

18、做出来让大家松了口气。模电课程的设计与讨论，最终结果还比较令人满意。 ?经过 这段课程设计的日子，我发现从刚开始的Multisim到现在的 Pr otel，不管是学习哪种软件，都给我留下了很深的印象。由于 没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。在每次的课程 设计中，遇到问题，最好的办法就是问别人，因为每个人掌握 情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的 事情就会变得很简单。这一点我深有体会，在很多时候，我遇 到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥 思苦想来得快。虽然最终PCB制版做出来了，但这并不是我一 个人做出来的。通过这次课程设计，我明白了一个团队精神的

19、重要性。记得学院一个书记说过，一个好的团队不会存在不好 的成员。这次课设使我更加了解他们。路辉的执着和一丝不 苟，思雨的态度和认真以及夏天的努力。因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各 种问题。从原理图的最终敲定，到图形的仿真，到元器件的选 择，到最后制版与调试，这都是大家分工合作的结果，正是因 为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才 使我们很快的完成了任务。尽管现在只是初步学会了温度控制器设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令 我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又 多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐，不是吗。其实这次课设还存在

20、着一些不足。热敏电阻的无法使用是大 家的一大遗憾。以及晶闸管的选择。总的来说，这次模电课程设计还是比较成功的。不仅锻炼了 自己还学会了如何处理在设计过程中出现的问题的思维方式。 加强了自己的实践能力，丰富自己的实践经历。同时也要非常 感谢老师您的大力指导使我们做好这次课设.五.附录元器件明细表序号编号名称型号数量1V1交流电源220V50HZ12VTH1单向晶闸 管2N159513VTH2双向晶闸 管2N544414R1、电阻K?、1011R2、K?、 100R3、K?、R4、3 K?、 10R5、 R6、R7、 R8、R9、R10、 R11K?、3K?、10 K?、1K?、560 ?、360

21、 ?、1 M?5VL1、VL2发光二 极管LED1 绿、LED2 红26C1、 C2、C3、C4电容47nF470uF470uF47Rp1、Rp2、 R12滑动变 阻器K?、 K?、10 K?38D1、D3普通二 极管1N4148、1N400129D2稳压一 极管1N5242B(12V)110U1电压比 较器UA741111RL电阻1 K?1总电路原理图六，参考文献1 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育 出版社，2006 年2 戴伏生主编基础电子电路设计与实践M北京：国防工业出 版社，2002 年谭博学主编集成电路原理与应用 M北京：电子工业出版 社，2003 年陈光明等主编.电子技术课程设计与综合实训 M北京：北京航空航天大学出版社，2007 年谢自美主编.电子线路设计实验测试 M武汉：华中科技大学出版社，2006 年华满清主编.电子技术实验与课程设计.M北京：机械工业出 版社，2005年