模电课设—温度控制系统设计

目录1.原理电路的设计........................................................................................................................111.1总体方案设计......................................................................................................................111.1.1简单原理叙述................................................................................................................111.1.2设计方案选择................................................................................................................111.2单元电路的设计..................................................................................................................331.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器............................................................331.2.2电压信号的处理单元——运算放大器........................................................................441.2.3电压表征温度单元........................................................................................................551.2.4电压控制单元——迟滞比较器....................................................................................661.2.5驱动单元——继电器....................................................................................................881.2.6制冷部分——Tec半导体制冷片.................................................................................991.3完整电路图......................................................................................................................10102.仿真结果分析........................................................................................................................11113实物展示................................................................................................................................13133.1实物焊接效果图.............................................................................................................13133.2实物性能测试数据.........................................................................................................14143.2.1制冷测试....................................................................................................................14143.2.2制热测试....................................................................................................................18183.3.3性能测试数据分析....................................................................................................20204总结、收获与体会.................................................................................................................2121附录一元件清单......................................................................................................................2222附录二参考文献......................................................................................................................2323摘要本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。关键词：温度；测量；控制。AbstractThiscourseisdesignedtoatemperaturesensorLM35,anoperationalamplifierUA741，NE5532PandavoltagecomparatorLM339Ncircuitsystemofthemaincomponents.Extendingtheappropriateinterfacecircuit,makeatemperaturecontrolsystem.Bychangingthetemperaturechangesandsetthetemperaturetochangethesizeofthetwoinputendsofthevoltageonthevoltagesensor,anaudiontubeswitchcircuittocontroltheon-offrelaytocontrolTeccoolingpiecework.Thiscycleofperformingsuchaperiodicmotion,thuscontrollingthetemperatureinacertainrange.Learntoquerytheliterature,writingpapers,andsubmittedtothecurriculumdesignreportandexperimentalproducts.Keywords:temperature;measure;control温度控制系统的设计1.原理电路的设计1.1总体方案设计1.1.1简单原理叙述先采集室内温度信号，将其转化为电压或者电流信号，并线性放大再用万用表测取，可以直接线性反映温度值。对于提取出的温度值，输入比较器与我们所设定的电压进行比较，高于设定，控制Tec制冷；低于设定，控制Tec制热。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。1.1.2设计方案选择方案一采用有热敏电阻、tec半导体制冷片和温度控制电路构成的闭环系统。通过将热敏电阻探测的阻值变化转换为电压变化，然后以差分放大的方法得到所需工作电压及电流。图1-1-1方案一原理框图其中，温度采集部分为热敏电阻，集成的热敏电阻一般采用的是高灵敏度的负温度系数NTC,其材料一般为薄膜铂电阻，其体积小、精度高，它作为传感器探测温控箱内部温度，并将温度转换为自身的电阻变化，然后由温度控制电路将电阻的变化转化为电压的变化，其转换精度决定了测温的精度，所以需要差分放大电路来对热敏电阻测温阻值转换后的电压值进行放大，然后由温度控制电路改变制冷量对制冷片进行制冷或停止制温度采集温度传感温度控制冷，以保持温度稳定。一般NTC热敏电阻在温度高一段区域（25摄氏度以上）阻值变化平缓（10kΩ到0），而在0~25℃范围内，阻值从30kΩ到10kΩ变化，趋势较陡。其阻值与温度的变化关系可用公式表示为RT=RT0exp[B(1/T-1/T0)](B为热敏电阻材料系数)。优点：便与集成，工作温度范围宽，简单易行。缺点：不稳定，精度不够。方案二：采用温度传感器LM35或AD590采集温度。LM35其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式：0时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV，且常温下不需要额外的校准处理器，可达到±¼℃的准确率。AD590是一种测温用的集成电路温度传感器，输出电流正比于K氏温度，数值为1μA/K,工作电源电压为4~30V，它只需要一种电源（4.5~24V）即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻，即可实现电流到电压的转换。它使用方便，并且电流型比电压型的测量精度高，但其价格较高。将采集的温度转换成电信号后，再与基准温度（以电信号表征）比较，Tec置于桥式推挽功率放大电路中，利用放大的差模信号轮流推挽，利用流过BTL电流大小和反向控制Tec制冷速率以及冷端和热端的转换，实现整个温度控制系统。图1-1-2方案二原理框图优点：可以控制Tec制冷速率，能对不同温度变化产生相应的反应。缺点：Tec的电压电流较大，实际中参数难以调整，BTL上电流方向变化频繁。方案三利用LM35采集室内温度，直接将温度信号转化为电压信号。由于LM35转化成的电压信号较小，因此用运算放大器将信号进行无损放大，并用反相比例器反向输出的电压值即为与我们设定的温度对应的值。对于提取的温度值，输入迟滞比较器与我们所设定的电压（设定温度对应的电压）进行比较，同时用单刀双掷开关进行换线，将温度以电温度传感器测量温度信号处理温度比较温度控制压的形式在表头上显示。进行比较后，若高于所设定的电压，则控制制冷的继电器通过三极管开关电路打开，Tec装置开始制冷；若低于所设定的电压，控制制热的继电器通过三极管开关电路打开，Tec装置开始制热。从而达到控制温度的目的。图1-1-3方案三原理框图优点：精度较好，可行性较好；缺点：实际中LM35输出不太稳定。考虑到AD590价格较高，采用LM35采集温度；桥式推免电路在大功率、大电流的情况下难以做出成品。综合经济、经验、自身情况