864234506红外线水龙头毕业设计

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1、摘 要I摘摘 要要 本设计主要以模拟器件为核心器件设计并制作了测温和控温电路。该电路能够实现对某些特定环境下的温度进行测量和控制，如,精密的仪器仪表室,在不同的季节,室内的温度要能控制在一定的范围内,本设计就能实现温度的测量和控制,设计中利用传感器将温度信号转化为电压信号,即测量的温度能够通过电压表头来指示，同时还可以通过设置温度控制器，对温度进行人为可调节并能自动地控制在所调节的温度上,在设计过程中，从总体方案、单元电路、元器件选择和设计到装配、调试、试验、检测、应用以及注意事项等进行了细致的介绍。关键词关键词： 温度测量；温度控制目 录II目目 录录摘 要 .I目 录 .II第一章 绪论

2、.11.1 课题研究的背景 .11.2 主要研究的内容 .1第二章 系统总体的设计 .22.1 系统实现功能及技术指标 .22.2 系统实现原理框图 .2第三章 系统硬件电路的设计 .43.1 温度检测与控制电路设计 .43.1.1 温度检测电路的分析与设计 .43.1.2 放大器电路的设计 .73.1.3 比较和调节电路的设计 .83.2 电源电路的设计 .8第四章 系统电路的调试 .104.1 电源电路的调试 .104.2 恒流源电路的调试 .104.3 放大器电路的调试 .104.4 控制电路的调试 .104.5 不具备 0定标环境下的调试方法.10第五章 总结与展望 .12致 谢 .1

3、4参考文献 .15附录 1 温度控制器原理图.16附录 2 材料清单.17 绪 论1第一章第一章 绪论绪论1.1 课题课题研究的背景研究的背景温度的检测与控制在实际应用中比较广泛，如,精密的仪器仪表室,在不同的季节,室内的温度要能控制在一定的范围内,温度参数作为一个重要的执行参量,其精确度和准确度关系着仪器仪表的测量精度。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式,控制方式都不同，一般用晶体管制作而成的电路，存在测量误差大，且电路比较复杂。1.2 主要研究的内容主要研究的内容本文是用集成运放来实现温度的检测与控制电路，则可以克服此类问题。该电路能够实现对室内温度的测量、自动控制加

4、热、并人为可调节温度。测量范围为：01002。且有一温度传感器置于室内本设计主要以模拟器件为核心器件设计并制作了测温和控温电路。该电路能够实现对室内的温度进行测量和控制，设计中用传感器将温度信号转化为电压信号,即测量的温度能够通过电压表头来指示，同时还可以通过设置温度控制器，对温度进行人为可调节并能自动地控制在所调节的温度上,在设计过程方面，从总体方案、单元电路、元器件选择和设计到装配、调试、试验、检测、应用以及注意事项等同样进行了细致的介绍。淮安信息职业技术学院毕业设计论文2系统总体的设计3第二章第二章 系统总体的设计系统总体的设计2.1 系系统实现统实现功能及技功能及技术术指指标标1、测量

5、：能够用万用表直流电压档（或直流电压表）监测当前所检测到的实际温度，测量温度范围为 05022、控制：能够在监测范围内对室内温度进行人为可调节并能自动地控制在所调节的温度上（所要加热的目标温度要比当前室温高） 。3、加热器电参数：交流 220V/500W。2.2 系系统实现统实现原理框原理框图图根据课题的要求和技术指标，能实现对加热器温度的测量、自动控制加热、调节等的方案可谓很多。但要对方案的性能、成本、体积、难易程度等进行分析与比较，本着以满足功能要求为前提，综合考虑，确定方案。本设计包含二大部分：温度测量与控制、电源部分。总体框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统总体框图根据框图，显然需

6、要温度传感器、放大器、比较器、调节元件和可控功率驱动元件等功能部件，其中的每一个功能部件又都有多种选择的余地，当我们对每一个功能部件进行分析、比较、选择和确定后，总体方案便确定下来了。这里列举出各功能部件的部分内容：1、传感器：热电偶、热敏电阻、铂热电阻、双金属片、PN 结温度传感器、(模拟或数字)集成电路温度传感器；2、放大器：晶体三极管、MOS 或结型场效应管、集成电路运算放大器、直流放大器、交流放大器；3、比较器：专用集成电路比较器、用运放设计的比较器；4、调节元件：电位器、多档开关、组合开关；5、可控功率驱动元件：单向可控硅、双向可控硅、电磁继电器、交流接触器、固态继电器；电热丝温度传

7、感器放大器比较器功率驱动器调节器淮安信息职业技术学院毕业设计论文46、任何电子装置都离不开电源：交流电源、高压电源、专用直流稳压电源、自己设计装配开关型、线性型直流稳压电源等、 。经过综合分析比较，本设计中温度传感器采用 PN 结温度传感器、放大器采用集成电路运算放大器、比较器用运算放大器来设计、调节元件采用线性电位器（尚有对数和指数电位器） 、可控功率驱动元件采用继电器等这些部件作为该项目的设计方案。系统硬件电路的设计5第三章第三章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 3.1 温度温度检测检测与控制与控制电电路路设计设计仪器仪表的测量方精度受到很多因素影响，比如室内的温度，湿度等都会影响到

8、测量的精度，考虑到实际的条件，我们只设计了影响测量精度的温度因素，设计此部分电路能够对室内的温度进行监测，同时还能人为对室内温度进行设置，并能够自动控制在所设定的温度上。温度检测与控制方案的确定：温度传感器采用廉价的 PN 结温度传感器。PN结受温度的影响为：温度每升高 1，正向电压降约降低 1.8 mV2.5mV ，即温度系数为-1.8 mV/-2.5mV/，呈线性关系；温度每升高 10，反向饱和电流约增大 1 倍，呈指数关系。如果采用呈指数关系的反向饱和电流温度系数来设计电路，将使得监测仪表的高端的观测分辨率降低。所以，从方便于监测的角度来看，宜采用线性关系的正向电压降温度系数来设计。考虑

9、到要用电压表头来对温度予以监测。而-1.8 mV/-2.5mV/的灵敏度不宜观测的很精确，况且，温度升高时表头电压读数减小，也不符合人们观测的习惯。我们先拟订一种既能分辨 1误差又符合人们习惯的数据观测方案：用万用表的直流 5V 电压档监测；当指针指示在最左边 0V 时，对应 0；当指针指示在最右边 5V 时，对应+50。当指针指示在 0V5V 任意位置时，对应 0+50线性均匀分布。也就是如图 2 所对应的刻度盘。从图 3-5 中表头刻度看，每误差 0.25V 对应误差 10，5V 电压表头刻度的观测分辨率为 0.05V，则对应每小格 2。可见，每摄氏度对应半格（0.025V） 。图 3-5

10、 电压表头3.1.1 温度温度检测电检测电路的分析与路的分析与设计设计由于温度传感器置于室内中，温度传感器的输出将转换为随温度而变化的电信号。PN 结随着温度的变化有两项参数将发生相应的变化：一是其反向饱和电流呈正温度系数而变化，二是其正向电压降呈负温度系数而变化。我们采用后者，UD VID mA10 0.575 0.7 0.82550 0 -50 2.5 V 25 0V 5V0 50 淮安信息职业技术学院毕业设计论文6并且已经知道，在 0（有些教材介绍是室温）附近，若满足某一恒定正向电流如 1mA 的条件下，温度每升高 1，PN 结的正向电压降降低约 22.5mV，温度每降低 1，PN 结的

11、正向电压降升高约 22.5mV，即正向电压降随温度的变化速率为约-2-2.5mV/，并且在约 50温差范围内线性度优于 1%。一个典型的 PN 结其伏安特性曲线如图 3-2 所示。图 3-2 PN 结其伏安特性曲线在 1mA 的条件下，环境温度为 0时，正向电压降为 0.7V，环境温度为+50时，正向电压降降低为 0.7-0.002550=0.575V，环境条件为-50时，正向电压降升高为 0.7+0.002550=0.825V。一般地，从 PN 结取出正向电压降的典型电路如图 3-3 所示： 图 3-3 典型电路在图 3-3 电路中，如果按照图中所示的元件参数，在-50、0、+50时，假设

12、UD仍为 0.825V、0.7V、0.575V，则难以保证在 PN 结上的电流始终保持恒定，计算如下：-50时的电流 ID-50 =（E-UD-50）/R=（1-0.825）V/0.3k=0.58mA；0时的电流ID0 =（E-UD0）/R=（1-0.7）V/0.3k=1mA；+50时的电流ID+50 =（E-UD+50）/R=（1-0.575）V/0.3k=1.4mA。由此得到 PN 结随温度的变化，其两项参数的变化如图 3-4 所示：R 300 E 1V D UD UD VID mA10 0.575 0.7 0.82550 0 -50系统硬件电路的设计7图 3-4 PN 结参数变化图显然，

13、在固定电压供电、环境温度不同的情况下，由于正向电压降的变化，导致流过 PN 结的电流变化，从而进一步导致假设的 UD在-50、0、+50时已经不是分别为 0.825V、0.7V、0.575V 了，由图 3-4 可见，正向电压降随着温度的变化其线性度变坏了，所以使用图 3-3 电路取温度的变化量是不可取的，应舍弃并重新选择电路。由上述的分析可知，只要设法保证 PN 结上的电流随温度变化保持恒定，则可保证 UD在-50、0、+50时分别为 0.825V、0.7V、0.575V 是精确的，那么如何才能实现呢？显然，必须要用恒流源电路给 PN 结供电。恒流源电路形式很多，图 3-5 是用运算放大器组成

14、的压控恒流源电路。图 3-5 温度检测电路图 3-5 中，在流过温度传感器电流为恒定的条件下，温度变化和温度传感器两端电压呈线形关系，该电路是电压电流变换器，只要同向输入端所加的电压 E 和 R11下方电位是恒定的，其 PN 结上的电流也是恒定的。由图分析，根据虚短的概念，运算放大器的 U+和 U-电位相等，则流过 R11电阻的电流是IR=U-/R=U+/R 1.410.58UD VID mA50 0 -500 0.575 0.7 0.825非线性淮安信息职业技术学院毕业设计论文8（3.1）又根据虚断的概念，I-电流为 0，则流过 R11的电流必须完全由 PN 结 D6提供，所以ID=IR （

15、3.2）并且 ID不随温度而变化（PN 结正向电压降仍然随温度变化） 。同向输入端上电位 E 的取值方法是以 0时输出电压 UO所需达到的电压值为依据的，要求 0对应输出 0V，并设 0时 UD=0.7V，显然，输出电压 UO的表达式为UO=UR+UD （3.3）则 UR=UO-UD由于虚短 UR=E （3.4）则 E=UO-UD =0-0.7V=-0.7V所以，取 E 为-0.7V,通过调节电位器 VR3获得。由于 UD在 0、+50时仍分别为 0.7V、0.575V，则反向输入端上电压 R 的取值方法是保证 PN 结上流过所需的电流。本例设计所需 1mAID=IR=-0.7V-（-2.5V

16、）v /R=1.8v/R=1mA; （3.5）R=1.8K所以，取 R 为 1.8k。由于 UD1在 0、+50时仍分别为 0.7V、0.575V，则在 0时UO=-2.5v+UR+UD（0）=-2.5V+1.8V+0.7V=0V （3.6）满足刻度表 0时对应 0V 的要求；而在+50时UO=-2.5V+UR+UD（+50）=-2.5V+1.8V+0.575V=-0.125V （3.7）显然不满足刻度表 50时对应 5V 的要求。 由此可知，随着温度从 050的升高，导致 PN 结电压降从0.7V0.575V 下降，而 PN 结上的电流始终不变为 R11上的电流 1mA，最终运算放大器的输出

17、电压从 0V-0.125V 变化。如果此时在此运算放大器的输出端直接测量，将会导致万用表指针随温度升高而反向偏转。系统硬件电路的设计93.1.2 放大器放大器电电路的路的设计设计根据上述分析，在 0对应 0V 是满足条件的，+50对应的输出电压-0.125V 的情况存在着两个问题：一是指针摆动幅度不够，就要将该信号放大；二是指针偏转方向反了，则要将该信号反向放大。因此我们选择反向比例运算放大器来实现。放大器增益的选择依据在于；实现将 50时的前级信号-0.125V 放大到5V，AU=5/（-0.125）=-40（倍）满足上述要求的电路如图 3-6 所示，图 3-8 放大器电路图 3-6 放大器

18、电路3.1.3 比比较较和和调节电调节电路的路的设计设计温度控制电路主要有比较器和控制电路构成，比较器用 LM358 构成双限比较器，来控制温度的范围，温度范围可以人为自动调节，电路如 3-7 图所示，通过调节 VR6电位器，可以设置温度上限值，通过调节 VR7电位器可以设置温度下限，当测量的温度比设置的下限数值低时，比较器 LM358-2 输出高电平，使晶体三极管 Q2处于饱和导通状态，控制继电器衔铁吸合，加温指示灯点亮，控制加热装置加热，当测量到温度数值比设置的上限数值高时，比较器 LM358-1输出高电平，使晶体三极管 Q1处于饱和导通状态，使继电器线包通电，触点接通，降温指示灯点亮，同

19、时控制风扇工作，使温度降低。图7淮安信息职业技术学院毕业设计论文10 图 3-7 比较和调节电路3.2 电电源源电电路的路的设计设计电源电路主要包括四个部分，电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路构成。电源变压器采用双 12V 变压器，整流采用二极管构成的桥式整流电路，滤波电路采用电容滤波，稳压电路采用集成稳压块稳压 LM7806 各 LM7906 输出6V。图 3-10 电源输入部分电路OPA2335 所需要工作电源双电源1.35V2.75V，所以我们在稳压块稳压输出6V 后串联一个二极管，使得 VCC 输出电压为 5.3V，满足比较器LM358 的工作电压，要满足 OPA2335 能够工

20、作，还要产生1.35V2.75V 范围的电压，产生该电压的电路。如下图：图 3-11 电源输入部分电路VCC 输出的电压通过 MC1403 基准电压产生芯片，输出固定的2.5V,在把2.5V 通过负电压产生器 7660 使得输出为2.5V,产生的2.5V 给 OPA2335 供电。系统硬件电路的设计11第四章第四章 系统电路的调试系统电路的调试电子装置的调试大体可分为集中调试和分布调试，所谓集中调试是先装配好所有的组件、部件和元器件，最后统一调试；所谓分步调试是先装配好某一个组件或部件，调试一段，再先装配好某一个组件或部件，再调试一段直到所有部件和组件都装配和调试完成为止。这两种方法各有优缺点

21、，集中调试一般有利于装配上的整体美观整洁，但调试时会导致调试思路紊乱、信号间相互牵扯较多，导致调试工作量增加。而分步调试则反之，即思路清晰、信号较单一，调试工作量少。我们采取分步调试的方法，即焊接一个部件（组件）接着就调试一个部件（组件） 。4.1 电电源源电电路的路的调试调试首先按照电源部分中设计的硬件电路把电路焊接好，用万用表检查集成稳压块 LM7806、LM7906 的第 3 引脚是否有6V 电压输出，然后再测量 D5 的阴极是否有+5.3V 电压输出，再测量 MC1403 的 2 引脚是否有+2.5V 电压输出，最后测量 76605 引脚是否有-2.5V 电压输出，只有满足要求后才能将

22、其接入电路中。4.2 恒流源恒流源电电路的路的调试调试准备冰块和水组成冰水混合物，用以实现产生标准 0，用于 0定标。将已经焊接好的 PN 结温度传感器置于冰水混合物中，用万用表测量U1（OPA2335）的输出（7 脚）应为 0V 左右，并仔细调整 VR1，使之精确为0V。4.3 放大器放大器电电路的路的调试调试先将温度放大调节电位器使阻值调整至最大，在恒流源已经调零的基础上，将 PN 结温度传感器置于室温环境下，与温度计放在一起以感受相同的温度。用温度计测量室温温度，根据此室温温度和电压表头面板定标标度 0.1V/计算电压表头指针应该对应在什么位置，通过调整温度放大调节电位器 VR5实现。在

23、调整过程中还要不断观察温度计温度变化情况，如有变化应及时计算出新的指针位置，及时调整 VR2。淮安信息职业技术学院毕业设计论文124.4 控制控制电电路的路的调试调试首先按照控制部分原理图连接电路，并和前一级电路连接好，首先把三档位开关拨到上限位置，调节温上限电位器 VR6，设置上限的数值；再把三档开关拨到下限位置，VR7，设置下限的数值，上下限温度设置好后，把三档开关拨到正常输入的位置，观察表头指示的数值，如果表头指示的数值比设置的下限温度低，则下限指示灯 LED 点亮，控制加热装置加热；如果表头指示的数值比设置的上限温度高，则控制风扇工作，使其降温；4.5 不具不具备备 0定定标环标环境下

24、的境下的调试调试方法方法在不具备 0环境时，则该装置将无法用 0定标，给调试带来了不方便。但是可以利用任意两个温度值如一个是室温另一个是较热的水温（这两个温度之间的差值最好大一些） ，通过表头指针平移（对应于电路的输出电位同时升高或具体的方法和步骤如下降低）的方法来确定各电位器的值，同样可以保证所检测到的温度是较准确的。 。设当前的室温为 10，水温为 50，先将温度传感器置于室温下，调整VR1使 U2的输出电压为 0V（在 0V 附近时 VR2对 U2的输出电压贡献甚小，可忽略） ，意思是先将 10看成是 0；再将温度传感器置于 50的水温下，万用表指针的目标是 4V，表示暂时将 50看成是

25、 40，这一次是通过调整 VR2使U2的输出为 1V（临时的 40） ；再次将温度传感器置于室温下，重新调整 VR1使输出为 0.25V，表示 10，即原来 10被调到了 0，现在又恢复到 10了，则上一次调到 1V 即 40的也便自动被移动到 1.25V 了，也就是 50了。系统电路的调试13淮安信息职业技术学院毕业设计论文14第五章第五章 总结与展望总结与展望在毕业设计期间通过与别人设计的对比让我学到了很多的东西和认识了自身的不足。在论文写作以及电路设计的过程中，有时感觉很辛苦，有时还会产生放弃的念头，但是最终坚持了下来，出色的完成了我的毕业设计，为了自己的目标，更为了自己的选择。开始是搜

26、集资料。在指导老师的指点下，通过各种渠道开始准备工作，通过网络、图书馆搜集相关学术论文、核心期刊、书籍等。在设计课题过程中我查阅了大量的资料和进行理论知识的复习，查找和毕业设计课题有关的内容，设计系统的设计方案，通过指导老师的多次修改，最终把设计方案确定下来了，接下来就是焊接和调试电路了，在调试过程中，我们了解了 TI 公司的一些器件的特性和应用，这是我们在课本上没有学到的，一开始，先是通过万能板来焊接调试的，调试成功后，我们又采用以前学过的EDA，制作了整个电路的 PCB 板，对以前所学的知识进行了巩固，印制电路板使得整个电路工作更加稳定。在调试过程中，我们也遇到了很多问题，在同学和指导老师

27、的的共同指导下，一步一步进行着，我们不停的改进、完善，通过各种努力最后得以解决。接下来，我开始对所搜集的资料进行整理、分析研究。根据取其精华，去其糟粕的原则，我撰写了初稿，并加入了自己新颖的见解，在此期间，我多次与指导老师通过电话或短信以及利用 E-mail 进行沟通，听取老师好的建议，积极采纳。老师将初稿修改后及时反馈给我，看了之后才发现论文中的论文漏洞很多，特别是论文的格式问题，有些段落间距设置不合格，标题的字体和大小等，在写的时候往往把这些给疏漏掉，还有就是页眉页脚不同标题的设置问题。一篇优秀的论文不是写出来的，而是修改出来的，这需要的是耐心，还要用心。在线路的设计和论文的写作过程中，我

28、遇到的问题很多，有些是在自己技术所在范围之外，每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，在同学老师的帮助下，完成了初次的设计。越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，其中一点就是互相学习是最好的学习途径，在学习之后你会感觉到很有成就感，这也是我在完成设计之后体会到的。在整个毕业论文设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难总结与展望15就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去

29、解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。总体说来，经过此次设计，使我学会了怎样根据要求去设计电路和调试电路的方法。锻炼了自己的细心和设计思路，动手能力得到很大的提高。论文的设计 和实验成功的展现在我们面前，对自己而言有种收获的感觉，心里很有成功感！这次的设计对以后的工作学习都有很大的帮助。淮安信息职业技术学院毕业设计论文16致致 谢谢在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师朱彩霞表示衷心的感谢并致以崇高的敬意在论文工作中，遇到了很多的困难与不解，一直得到朱彩霞老师的亲切关怀和悉心指导，使我能够顺利的完成毕业论文，朱彩霞老师她严谨的治

30、学态度、求实的工作作风和她敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘她严谨的治学态度、求实的工作作风将给我以后的学习和工作带来很好的借鉴，再一次向她表示衷心的感谢，感谢她为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际，谨向朱老师致以最崇高的谢意!在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!特别感谢我的师兄以及师姐对我的学习和生活所提供的大力支持和关心!还要感谢一直关心帮助我成长的室友在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文

31、和参加答辩的各位专家、教授!附 录17参考文献参考文献1 中国集成电路大全编委会.中国集成电路大全M.国防工业出版社,1990.52林连魁.青少年数字电路制作指南M.福建:科学技术出版社,19953黄继昌.电子元器件应用手册M.人民邮电出版社,2004.74张志良.模拟电子技术基础M.机械工业出版社,2006 .85黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系列丛书M. 北京:航空航天大学出版社, 2007-2-276陈莹梅.模拟集成电路设计精粹M. 清华大学出版社, 2008 年 3 月7吴援明.唐军.曲健,模拟电路分析与设计基础学习指导M.科学出版社, 2007 年 5 月参考文献18TB1220V

32、TO 双 12VD11N4007D31N4007D21N4007D41N4007Vin2GND1Vout3U2LM7906C 70.1UFC 80.1UFC 40.1UFC 30.1UF+C 1220UF+C 2220UF+C 5100UF+C 6100UFint13out2U31403VCCC+2GND3C-4VOUT5LV6OSC7V+8NC1U47660C 922UFC 1010UFV+2.5V-2.5VEED51N4007+6VVin1GND2Vout3U1LM7806附录附录 1 1 温度控制器原理图温度控制器原理图电源部分电路温度控制电路附 录22附录附录 2 2 材料清单材料清单类型类型型号型号/参数参数数量数量开关1电阻1.8K1电阻1K1电阻3K1电阻7.5K1电阻39K3电阻10K7电容22UF1电容1045电容10uF1电容100uF2电容220uF2二极管IN40079二极管IN41481三极管90132集成块14031集成块76601集成块LM3853集成块LM78061集成块LM79061集成块OPA23352