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辽宁工程技术大学电子技术课程设计课程设计名称：电子技术课程设计题目：闭环温度控制器设计学期：2014-2015学年第2学期专业：智能电网信息工程班级：电网13-2姓名：鲍玉宝学号：1305080201指导教师：李季辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年月日辽宁工程技术大学电子技术课程设计课程设计任务书一、设计题目闭环温度控制器设计二、设计任务1.用灯泡模拟加热系统，在设定温度20°c以下灯泡自动亮（加热），达到25°c时灯泡自动灭。2.温度低于20°c或高于25°c时报警。3.接交流220V电源即可工作。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第3～4天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计报告书。四、设计要求1.画出整体电路图。2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3.写出符合设计格式要求的设计报告书。指导教师：李季时间：2015年6月25日目录综述............................................................11方案设计与分析................................................21.1温度传感器的选择............................................21.2放大器电路的选择............................................21.3比较器的选择................................................31.4加热电路设计...........................................................................................................31.5报警电路设计....................................................................................3电磁继电器的工作原理：..........................................32原理及技术指标................................................42.1测量放大器..................................................42.1.1测量电桥电路..............................................52.1.2闭环放大电路..............................................72.2控制电路....................................................92.3驱动电路.........................................................................................102.4加热模块...................................................102.5报警电路........................................................................................103单元电路设计及参数计算.....................................................................123.1电路原理设计及参数计算..................................................................123.2电源设计...................................................134仿真运行.....................................................145心得体会.....................................................18辽宁工程技术大学电子技术课程设计6参考文献...........................................................................................19摘要温度是我们生活中非常重要的一个物理量，它在日常生活中的应用很广，例如在工厂车间或者仓库中，需要将温度控制在一定的范围内，为此，设计了一个满足要求的闭环温度控制器，此设计提高了温度控制的精度，使控制更加方便简洁，相对于其他电路来说，闭环温度控制器的性能更好更优越。本设计采用灯泡模拟加热系统，利用含有热敏电阻的电桥电路实现温度传感，由放大电路和滞回比较器的组合，控制加热系统的加热与否。令系统在温度20°c以下灯泡自动点亮（加热），温度上升到25°c时灯泡自动熄灭（停止加热），低于20°c或高于25°c时，报警装置启动。如此将温度控制在20°c到25°c范围内。利用此电路，可根据灯泡的亮与灭判断系统是否进行加热，方法简单易行。同时，本设计需要提供特电压定电源，故附加了电源设计部分。关键词：闭环温度控制器；灯泡；热敏电阻；桥式电路；滞回比较器；电源；报警电路；辽宁工程技术大学电子技术课程设计1综述温度是我们生活中非常重要的一个物理量，它在日常生活中的应用很广，如空调，冰箱，电热水器等等，对它的测量和控制更有着十分重要的意义。尤其随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，温度的控制和检测变得愈加重要。常用的温度传感器通常有热敏电阻和热电偶，通过比较分析本设计采用热电偶作为温度传感器，最后用闭环控制电路实现对温度的测量和控制，其核心元件是比较器。在众多比较器中，本设计选用了具有滞回特性、抗干扰能力较好的滞回比较器。通过查阅资料，设计出了一个包括加热电路、报警电路、滞回比较器、放大器和电桥电阻的闭环温度控制电路。鲍玉宝：闭环温度控制器21方案论证通过查阅资料发现，目前较为常用的有两种方案方案一：采用热敏电阻。①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。方案二：采用热电偶作为温度传感器，由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。转换电路复杂，成本高。综合以上两种方案，电热偶的灵敏度比较低，热敏电阻灵敏度比较高，因此，本次课设选用热敏电阻方案。1.1温度传感器的选择常用的温度传感器有热敏电阻和热电偶温度传感器，由于热电偶温度传感器灵敏度比较低，热敏电阻的灵敏度较高，且本实验本着经济原则，利用热敏的组作为温度传感器。1.2放大器电路的选择为了实现输出电压与输入电压的某种运算关系，运算电路中的集成运放应该工作在线性区，因而电路中必须引入负反馈。通常应用反相比例运算电路和加减运算电路。查阅资料可知，反相比例运算电路为单输入复杂电路，故不宜采用；加减运算电路不但具有计算电压差，还可以进行放大预算，电路简单。所以采用加减运算电路。辽宁工程技术大学电子技术课程设计31.3比较器的选择比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。在测量和控制中有着广泛的应用。比较器的种类有：单限电压比较器、滞回比较器、窗口比较器。根据各电路特点，本实验采用滞回比较器。1.4加热电路设计加热电路首要考虑开关控制方式。可选用的方案有三极管和继电器，通过比较分析，继电器易于控制，实行简单，故电灯开关由继电器控制。1.5报警电路设计报警电路采用窗口比较器控制灯光报警系统，当温度低于20°c或者高于25°c时，灯光报警器报警。电磁继电器的工作原理：继电器是一种电控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器所控制的输出电路导通或断开。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点，广泛应用于电力保护自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。鲍玉宝：闭环温度控制器42原理及技术指标↑↑图2-1闭环温度控制框图该电路设定一个初始温度值，与之对应的电压电流值为初设值，将此初设电压电流值传输给测量放大器，经放大器对电压放大并将电流传输给控制电路（此为滞回比较器），滞回比较器的输出电压值在一定范围内保持不变，但若输入的电压超过此范围，就会影起滞回比较器输出电压的变化。当电流流经驱动电路时，使电路中的发热元件（此为灯泡）发热，从而温度升高。温度的升高由热敏电阻Rt接收，再由温度传感器传输给电压比较器，与初设值比较，使电压输入量减少，从而减少发热元件的发热，使温度降下来。若发热元件发热不足，温度传感器传输给电压比较器的电压值就变小，使得输入电压变大，增加发热元件的发热，是温度上升。如此循环，就能使温度处于一定的范围内，达到对温度的控制。2.1测量放大器本设计用到的测量放大电路由测量电桥电路和闭环放大电路组成。测量放大器传感器驱动电路加热模块控制电路报警电路辽宁工程技术大学电子技术课程设计52.1.1测量电桥电路5vRwR2R1VaVbR3Rt图2-1-1a测量桥式电路图如上测量电阻电桥电路是由不同阻止的电阻和热敏电阻Rt组成的，通过改变Rw的值可调节该电桥电路的输出电压。Rw的值确定后，当温度发生变化时，热敏电阻Rt就会有很大的变化，使得电桥电路输出电压发生很大变化，从而对后面电路的效果产生影响。如上电桥电路，其电桥平衡条件为：R3/(R2+R3)=Rt/(Rt+R1+Rw)（2-1）当电桥平衡时VA=VB（2-2）鲍玉宝：闭环温度控制器6热敏电阻器Rt是敏感元件的一类，按照温度系数不同可分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的特点是对温度敏感，在不同的温度下表现出不同的阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻越小，它们都属于半导体器件。热敏指数B是热敏电阻的材料常数，是热敏电阻的重要指标。B值越大，热敏电阻器越灵敏，即受温度影响后阻值的变化越大。本设计采用的负温度系数热敏电阻器（NTC），其阻值计算方法为：Rt=Ro*eB*(1/T-1/To)（2-3）式中Rt为温度为T时热敏电阻的阻值，Ro为室温To下热敏电阻的阻值，B为热敏指数，一般在2000K—6000K之间，其计算式为：B=T1*T2/(T2-T1)ln（RT1/RT2）（2-4）T、To、T1、T2均