水温控制系统设计报告

课程设计任务书学生姓名：xx专业班级：电子科学与技术0802班指导教师：xxx工作单位：信息工程学院题目:水温控制系统设计初始条件：可选元件：温度传感器，继电器，双向晶闸管（器件选择应满足技术指标）。电容、电阻、电位器若干；或自备元器件。直流电源±12V，或自备电源。可用仪器：示波器，万用表，毫伏表要求完成的主要任务:（1）设计任务根据技术指标和已知条件，选择合适的温度传感器、选择合适的继电器或晶闸管。完成对水温控制系统的设计、装配与调试（2）设计要求①设计制作可以测量和控制温度的温度控制器测量和控制温度范围：5～80℃，控制精度：±1℃，控制对象：双向晶闸管或继电器，晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点（市电220V/50Hz/2A）。②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。时间安排：1.2009年1月18日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明；2.2009年1月20日至2009年1月6日，查阅相关资料，学习电路的工作原理；3.2009年1月22日至2009年1月8日，电路装配与调试；4.2009年1月24日撰写设计说明书；5.2009年1月25日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ1绪论………………………………………………………………………………12设计的技术指标及要求……………………………………………………………22.1设计的任务及要求…………………………………………………………………22.1.1设计的任务……………………………………………………………………22.1.2设计要求………………………………………………………………………22.2设计思想……………………………………………………………………………23选定方案的论证及整体电路的工作原理…………………………………………33.1选定方案的论证…………………………………………………………………33.1.1选定温度传感器的论证…………………………………………………………33.1.2选定继电器的论证……………………………………………………………33.1.3选定运算放大器的论证…………………………………………………………33.2整体电路的工作原理……………………………………………………………44单元电路的设计计算、元器件选择及电路图……………………………………54.1温度测量单元……………………………………………………………………54.2信号处理单元……………………………………………………………………64.3温度显示单元……………………………………………………………………74.4温度控制单元……………………………………………………………………85测试结果并与理论指标进行对比分析…………………………………………105.1测试结果与理论指标的对比……………………………………………………105.2测试结果与理论指标分析………………………………………………………106整体电路图、元件及器件明细表…………………………………………………126.1整体电路图………………………………………………………………………126.2实物图展示……………………………………………………………………137设计小结…………………………………………………………………………167.1成果评价…………………………………………………………………………167.1本设计的特点……………………………………………………………………167.1存在的问题和改进的意义………………………………………………………16参考文献…………………………………………………………………………10武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书I摘要水温控制系统一般由温度测量部分和温度控制部分组成。温度测量部分主要用来接收当前系统中的温度，然后发送到控制部分；温度控制系统主要是用来控制外部加热和降温系统的，它接受来自温度测量部分的信号，然后与所要控制的温度信号进行比较，从而决定是否解热或者降温。本设计同样采用这两大部分，通过对当前与控制水温的对比决定是否进行加热，从而达到控制水温的目的。关键词：温度；测量；控制武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书IIAbstractGeneralsystemfortemperatureismadeofthepartofmeasuringtemperatureandthepartofcontrolingtemperature.Thepartofmeasuringistoreceivethesignalofcurrenttemperature.Andthen,itwilltransforthissignaltothepartofcontroling,whichistocontorlifitshouldbeheateduporcooled.Thepartofcontrolingcompareittothecontroledtemperatureafterreceivingthesignalfromtheforward.Then,itisgoingtodetermineisthesystemneedtobeheateduporcooled.Thisdesignforwatertemperatureisalsomadeoftheseparts.Thissystemcontrolthetemperatureofwaterbycomparingtemperatureofwatertotemperaturetocontroltodecideiftoheatup.Sothatwecangetthedestinationofcontrolingtemperatureofwater.Keywords:temperatureofwater;measure;control武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书11绪论水是生命的源泉，人类生活永远也离不开说。而水的比较大的比热容以及它的流动性使它成为我们日常生活中和工业生产中那个得力的助手。许多系统中需要通过控制水的温度从而达到控制或者测量其它部分温度的目的。对水的温度的测量和控制已经成为系统中很重要的部分，并且也已经在我们的日常生活和工业生产中占据了很重要的地位。而现今很多的水温控制系统大多数都有很多的缺点，最主要的就是价格昂贵，反应速度慢或者是精度不高等。这些缺点使得水温控制部分成为整个系统中的一个污点。本设计通过本人自身的所学知识，以及所考虑到的问题，尽量设计比较完美的水温控制系统，希望通过设计这样一个简单而价格便宜的水温控制系统达到抛砖引玉的目的。当然，现今应该是存在比我的系统更加完美的设计，如果可能，仅希望提供另外一种设计思路，也许会有某些火花的碰撞。武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书22设计的技术指标及要求2.1设计的任务及要求2.1.1设计的任务根据技术要求和已知条件，完成对水温控制系统的设计，装配与调试。2.1.2设计要求①设计制作可以测量和控制温度的温度控制器测量和控制温度范围：5～80℃，控制精度：±1℃，控制对象：双向晶闸管或继电器，晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点（市电220V/50Hz/2A）。②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。2.2设计思想本次设计使用温度传感器收集当前水体的温度，然后经过各部分电路处理，与所要控制的电路进行比较。电路根据比较的结果决定是否对水体进行加热，如果需要加热会自动开启加热部分。当温度超过所控制的温度后，控制部分要断开加热电路。在不加热的情况下，水体会自动降温，当温度下降到控制温度以下的时候电路就会依照以前的步骤重新来一遍，然后对水体进行加热，然后循环往复执行这样一个周期性的动作，从而达到把水温控制在一定范围内的目的。武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书33选定方案的论证及整体电路的工作原理3.1选定方案的论证3.1.1选定温度传感器的论证根据设计要求，可以测量并控制5～80℃的温度，精度要达到±1℃。也就是说基本要求为传感器可以测量5～80℃的温度，并且具有很好的稳定性。再结合性能以及价格方面的原因，选择了集成温度传感器LM35。这样温度传感器在-55～150摄氏度以内是非常稳定的。当它的工作电压在4到20v之间是可以在每摄氏度变化的时候输出变化20mv。它的线性度也可以在高温的时候保持得非常好。因此LM35完全符合设计要求。3.1.2选定继电器的论证继电器是低压控制高压的部分，它的开启电压以及稳定性相当重要。因为选用的电源电压是12V的，所以继电器的开启电压应当适当低于12V当接近它，因此选用开启电压为9V的比较适合。另外，由于加热部分的电流比较大，所以继电器的承受电流要大，一般1000W的加热装置电流为4.5A，选择4.5A×2=9A以上的比较适合。3.1.3选定运算放大器的论证本设计对放大器的要求只是有较好的虚短和虚断特性，作为比较器时输出可以接近电源电压。因此通用型的运算放大器便可满足要求。因此选用通用型的ua741.武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书43.2整体电路的工作原理电路设计的总体思想是测温——比较——控温如图3.1所示图3.1传感器接收信号信号处理显示控制加热温度比较武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书54单元电路的设计计算、元器件选择及电路图4.1测温单元图4.1温度传感器需要放入水中，所以应该在电路中引出一个出口来接温度传感器。LM35有三个引脚，其中0接正电源，2接地，这样在1脚就会输出随温度而现行变化的电压。信号采集单元电路如图4.1所示。Vcc武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书64.2信号处理单元LM35输出端的电压因温度改变1摄氏度而改变20mv，很难检测。所以必须经过一定的处理方可成为测量以及控制部分所使用的信号。处理方法也就是将它无损的放大一定的倍数。因控制或测量温度在80摄氏度的时候，LM35输出电压为800mv。温度在5摄氏度的时候输出为50mv。经下面计算maxv×A12VVminv×A0VV得max120VVVAV即015VA考虑计算的方便，以及最后输出测量的方便，放大倍数为10为宜。电路如图4.2.1图4.2.1-VeeVccVccVeeVin武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书74.3温度显示单元温度显示单元承担两个主要的任务，主要是显示当前以及控制的温度，如果没有它就不知道自己到哪里了。温度显示实质上就是电压显示，主要是设计一个可以表征温度的电压表。因低温区的电压比较小，因此为了提高测量和控制的精度，需要设置两个量程。电阻选择计算：已知：万用表内阻0=250R满量程为0V=0.25V所以若使其测量10V电压，串联电阻R1需要满足：100goRRVRV带入数据可算出110Rk若使其测量5V电压，串联电阻R2需要满足：205RRk因此可以通过设置一个开关来达到改变量程的目的。另外控制和测量温度都需要使用一个表头来显示。如图4.3.1当单刀双掷开关S2打到左边的时候，可以通过调节电位器R7来调整控制电压，具体的会在控制单元中说明。当开关S2打到右边的时候，表头用来显示当前传感器传过来的经过处理的信号，也就是表征温度的电压量。图4.3.1武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书84.4控制单元控制单元的作用是通过接收来自传感器处理后的信号，判别是否需要对当前的水体进行加热。因为初级放大电路是反向放大电路，所以，电压会变成负电压