武汉理工大学模电课设温度控制系统设计
武汉理工大学温度监测系统设计仿真与实现课程设计
R11.0kΩR21.0kΩR32kΩKey=A30%R42kΩKey=A70%R5510ΩR6510ΩR85kΩKey=A 32%C10.1µF V112 VR95.1kΩR103.3kΩR11220kΩR12100kΩC34.7µFU1OPAMP_5T_VIRTUALU2OPAMP_5T_VIRTUALU3OPAMP_5T_VIRTUALLED1LED2R75kΩKey=A82%C20.1µFXLV1Input探针1V: I:探针2V: I:1.电路设计及原理分析1.1设计任务通过Multisim 软件仿真精密双限温度报警仪设计，在老师点拨我们自学的基础上了解了运放的作用，用了比较器，震荡电路等知识，根据找到的电路图进行仿真，调试电路，明白了温度报警的意义。
1.2技术指标a.当温度在设定范围内时报警电路不工作；b.当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警；c.上下限低于报警led 用不同颜色；d.上下限可调；e.控温精度度 1℃f.监测范围 0.5℃1.3电路原理图图表 1 电路原理图1.4基本原理本课设选用热敏电阻作为温度感应元件。
热敏电阻的基本特性是温度特性。
由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。
载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值随着温度的升高将按指数规律迅速减小。
这和金属中自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。
热敏电阻有正温度系数，临界温度系数与负温度系数之分，本实验所用的为负温度系数的热敏电阻,在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为RT=αeTβ式中，RT 为温度为T 时的电阻值，α与β为与半导体性能有关的常数，T 为热敏电阻的热力学温度。
本课设用的比较器器件是LM324，这是一个带有四个运算放大器的芯片，其管脚如图所示。
电阻炉微型计算机温度控制系统的设计
式中： 为系统控制量， 为第i-1次偏差，T为采样周期， 为积分时间，k为比例系数， 为系统基准控制量。当偏差绝对值大于这一预定门限时，舍去积分项的运算。
6
系统主程序初始化时，允许INT0中断，并设置为边沿触发方式，ADC0809 EOC为中断请求信号口，中断服务程序把“转换结束”标志置位时，采用查询的方式，根据ADC0809的D0~D7的信息分别进行处理和存放。程序的每次循环，只读入一组数据。为了削弱干扰和纯滞后带来的影响，程序采用纯滞后补偿的方法，即SMITH预估控制，对读入信号进行平滑加工。显示更新程序把滤波后的温度从单片机的P0输送到显示接口电路。
结构图如图3-1所示：
图3-1电阻炉控制系统总体结构设计图
4.1
温度信号输入通道的原理图如图4-1所示。电路主要由温度传感器、运算放大器和模/数(A/D)转换器三部分组成。本方案比采用温度变送器的方案结构简单，体积小，价格低。
图4-1 温度输入信号通道
4.1.1
温度传感器采用美国DALLAS公司生产的集成化半导体传感器DS18B20。集成化传感器是新型器件，它比直接用一个PN结作传感器灵敏度高，线性好，使用方便。
图4-1中 是一种多圈式精密电位器，用作起点补偿电压调整，其输出电压等于起点温度时的信号电压，本系统起点温度为室温（大约27℃）。
武汉理工大学温控课设
2.2 主控制部分方案 ...................................................... 5
3 各单元的设计............................................. 错误
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
1课程设计任务书
课程设计任务书课程设计任务书
课程设计任务书
学生姓名
学生姓名学生姓名
学生姓名：
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3摘
摘摘
摘
要
要要
要
本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方
法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文
中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机
与单片机串口通讯电路和一些接口电路 。单片机通过对信号进行相应处理，从
5.5 改进方法............................................................... 22
6 结论..................................................... 错误
错误错误
错误！
武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
41 工作原理 温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机 AT89S51 获
取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前
模电课设—温度控制系统的设计
目录1.原理电路的设计 (1)1.1总体方案设计 (1)1.1.1简单原理叙述 (1)1.1.2设计方案选择 (1)1.2单元电路的设计 (3)1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3)1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4)1.2.3电压表征温度单元 (5)1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6)1.2.5驱动单元——继电器 (7)1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8)1.3完整电路图 (10)2.仿真结果分析 (11)3 实物展示 (13)3.1 实物焊接效果图 (13)3.2 实物性能测试数据 (14)3.2.1制冷测试 (14)3.2.2制热测试 (17)3.3.3性能测试数据分析 (19)4总结、收获与体会 (20)附录一元件清单 (21)附录二参考文献. (22)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。
AbstractThis course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741，NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products.Key words: 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。
模电课设-温度控制器
模电课设-温度控制器武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 温度控制系统的设计初始条件：AD590温度传感器，LM324N集成运算放大器，Tec，电阻，电位器，二极管要求完成的主要任务: 一、设计任务利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectric Cooler，即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。
二、要求（1）控制密闭容器内空气温度（2）容器容积>5cm*5cm*5cm （3）测温和控温范围：0℃~室温（4）控温精度±1℃三、发挥部分（1）测温和控温范围：0℃~（室温+10℃）时间安排：1.第19周：查找并阅读相关资料，掌握基本原理2.第20周：理论设计，实验室安装调试以及撰写设计报告3.第21周：答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日1武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书温度控制系统的设计第一章温度控制系统设计.................................3 1.1温度控制系统总体方案................................3 1.2 温度传感单元........................................4 1.2.1温度传感器的选择..................................4 1.2.2温度传感器测温的实现..............................5 1.2.3 放大器应用中Ri与Rf的选择........................8 1.3 温度比较环节........................................9 1.4 PID控制环节.........................................9 1.4.1 PID理论..........................................9 1.4.2 PID的参数调节...................................11 1.5 Tec控制单元........................................13 1.5.1 控制温度元件的选择..............................13 1.5.2 桥式推挽功率放大电路............................14 1.5.3 BTL上三极管选型.................................14 第二章元件清单及总电路图 ..............................16 2.1 元件及器件明细.....................................16 2．2总电路图...........................................16 第三章课程设计总结.....................................18 参考文献 (19)2武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书一、温度控制系统设计1.1温度控制系统总体方案方案一温度传感器接收温度信号，并转化为电信号处理，同时考虑进温度传感器的线性度并将其转换成表征温度的电压信号，完成温度测量。
武汉理工大学计控课设-温度控制系统设计
学号：04课程设计题目温度控制系统的设计学院自动化学院专业自动化专业班级自动化1005班姓名柳元辉指导教师向馗副教授2013 年 6 月23 日课程设计任务书学生姓名：柳元辉专业班级：自动化1005班指导教师：向馗副教授工作单位：自动化学院题目: 温度控制系统设计初始条件：被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
可控硅控制器输入为0－5伏时对应电炉温度0－300℃，温度传感器测量值对应也为0－5伏，对象特性为二阶惯性系统，惯性时间常数均为20秒。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．设计温度控制系统的计算机硬件系统，画出框图；2．编写积分分离PID算法程序，从键盘接受Kp、Ti、Td、T及β的值；3．通过数据分析Td改变时对系统超调量的影响。
4．撰写设计说明书。
时间安排：6月26日查阅和准备相关技术资料，完成整体方案设计6月27日—6月28日完成硬件设计6月29日—6月30日编写调试程序7月1日—7月4日撰写课程设计说明书7月5日提交课程设计说明书、图纸、电子文档指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1设计任务及要求 (2)2方案比较论证 (3)3系统硬件设计 (5)3.1 系统硬件结构 (5)3.2 系统硬件的选择 (5)3.3 系统硬件连接图 (6)4系统软件设计 (7)4.1 确定程序流程 (7)4.2 程序控制算法介绍 (8)5系统仿真 (11)6心得体会 (15)摘要温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。
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，燃料，控制方案也有所不同。
随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。
模拟电子技术基础课程设计说明书 水温控制系统的设计与制作
课程设计任务书电子0803班学生姓名：专业班级：工作单位：信息工程学院指导教师：水温控制系统的设计与制作目 : 题初始条件：可选元件：温度传感器、继电器、集成运算放大器、电容、电阻、电位器若干、二极管以及发光二极管、三极管、直流电源±12V。
可用仪器：万用表。
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、2010 年1月19日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。
2、2010 年1月20日至2010年1月21日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。
3、2010 年1月22日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名：年月日日月年系主任（或责任教师）签名：武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书目录摘要 .................................................................. ..................................................................... .. (I)绪论 .................................................................. ..................................................................... .. (11)设计内容及要求 .................................................................. ..................................................................... (22)2.1 (2)设计的目的和主要任务2.1.1 ..................................................................................................................................... 2 设计目的2.1.2 .................................................................................................................. 2 设计任务及主要指标2.2 .............................................................................................................................................. 2 设计思想选定方案的论证及整体电路的工作原理 .................................................................. .. (33)3.1 .................................................................................................................................... 3 选定方案的论证3.2 (4)稳压电路的设计3.2.1 (4)电路原理方框图3.2.2 (4)电路工作原理单元电路的设计与元器件选择 .................................................................. .. (54)4.1 ................................................................................................................................................ 5 电源电路4.2 ............................................................................................................................................ 5 温度传感器4.3 ................................................................................................................................................... 6继电器4.4 ...................................................................................................................................................7 比较器4.5 ................................................................................................................................................... 8 放大器程序流程图 .................................................................. ..................................................................... . (105)电路安装与调试 .................................................................. ..................................................................... (116)6.1 (11)电路安装6.2 ...............................................................................................................................................11 电路调试课程设计心得体会 .................................................................. (12)7参考文献 .................................................................. ..................................................................... (13)附录Ⅰ元件清单 .................................................................. (14)附录Ⅱ整体电路图 .................................................................. .. (15)武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书摘要模拟电子技术课程设计对所学的基础理论知识是一次实践检测的过程。
温度控制系统设计-课程设计
电阻炉温度控制系统1系统的描述与分析1.1系统的介绍该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
可控硅控制器输入为0~5伏时对应电炉温度0~500℃，温度传感器测量值对应也为0~5伏，对象的特性为带有纯滞后环节的一阶惯性系统，这里惯性时间常数取T1＝30秒，滞后时间常数取τ＝10秒。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的选择与设定，实现工业过程中PID控制。
它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差按PID规律进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。
利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行PID控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。
在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样，不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。
1.2技术指标设计一个基于闭环直接数字控制算法的电阻炉温度控制系统具体化技术指标如下：1.电阻炉温度控制在0~500℃；2. 加热过程中恒温控制，误差为±2℃；3. LED实时显示系统温度，用键盘输入温度，精度为1℃；4. 采用直接数字控制算法，要求误差小，平稳性好；5. 温度超出预置温度±5℃时发出报警。
2方案的比较和确定方案一系统采用8031作为系统的微处理器。
温度信号由热电偶检测后转换为电信号经过预处理（放大）送到A/D转换器，转换后的数字信号再送到8031内部进行判断或计算。
从而输出的控制信号来控制锅炉是否加热。
但对于8031来说，其内部只有128个字节的RAM，没有程序存储器，并且系统的程序很多，要完成键盘、显示等功能就必须对8031进行存储器扩展和I/O口扩展，并且需要容量较大的程序存储器，外扩时占用的I/O口较多，使系统的设计复杂化。
51 PID 温度控制系统
其中 K KI
1 P =δ = KP
称为比例增益； T TI 称为积分系数；
KD
=
KP
TD T
称为微分系数。
（2-5）
如果单纯的用数字 PID 控制器去模仿模拟调节器，不会获得更好的效果。因此必须发
挥计算机运算速度快、逻辑判断功能强、编程灵活等优势、才能在控制性能上超过模拟调
节器。
在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控参数偏离给定值，从而产生偏差。自动控
图 2-2 不加 PID 控制器结构图
5
武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书
图 2-3 不加 PID 控制器的阶跃响应
加入 PID 控制器的结构图如图 2-4
图 2-4 加入 PID 控制器的结构图
6
武汉理工大学《微型计算机控制技术》课程设计说明书
根据 Ziegler-Nichols 方法，先使积分和微分系数为 0，只用比例控制，比例系数从小到大， 使阶跃响应出现稳态振荡，当 KP = 0.655 时，得到图 2-5 所示曲线。
3.3 温度显示
本次设计的显示部分采用 LM016L，可显示 2 行 16 列英文字符，有 8 位数据总线 D0-D7， RS，R/W，EN 三个控制端口（共 14 线），工作电压为 5V。没背光，和常用的 1602B 功 能和引脚一样（除了调背光的二个线脚）。本次设计用 LM016L 显示炉温温度和用户设定 的温度。
2 根据公式计算控制器参数。
稳定极限是由 P 元件决定的。当出现稳态振荡时就达到了这个极限。产生了临界系数
Kpcrit 和临界振荡周期 Tcrit
确定临界系数 Kpcrit 和临界振荡周期 Tcrit 后，根据表 2-1 的公式，计算其他参数：
武汉理工模电课设
课程设计任务书学生姓名： 董## 专业班级： 电信1104指导教师： 曾 刚 工作单位： 信息工程学院题 目：温度检测显示器 初始条件：具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、检测区间为四段：A. 温度C 020~0 B. 温度C 030~20 C.温度C 040~30 D. 温度 C 040>，要求对每段作出段位显示2、测量误差 C 02±3、标准检测点为： C C C C 000039 29 19 04、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书 时间安排：一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要 (1)1.概述 (2)2.电路设计 (3)2.1总体方案选择与系统结构 (3)2.2 温度—电压转换部分 (4)2.2.1 NTC热敏电阻温度特性 (4)2.2.2输出电压与温度的关系 (6)2.2.3元件参数的确定 (6)2.3监测点惠更斯电桥电路 (7)2.3.1各分压电阻的理论计算 (7)2.3.2各电阻阻值的确定 (9)2.4电压比较部分 (10)2.4.1运放电源负载的确定 (10)2.4.2自激振荡的解决方法 (10)2.5 发光二级管显示 (10)2.5.1发光二极管简介 (10)2.5.2限流电阻的确定 (11)3.电路仿真及调试 (12)3.1电路原理图及仿真 (12)3.2实物焊接及调试过程 (15)3.3结果与数据处理 (18)心得体会 (20)参考文献 (21)本科生课程设计成绩测定表 (22)摘要温度检测显示器在日常生活中很常见。
我们天天用的电脑，在运转过程中也会产生很多热量，传递给自身的某些部件，若是温度过高，很可能会损坏相关器件，因此，检测温度将是一项很重要的工作。
温度控制系统课程设计
前言温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。
传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。
近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。
随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。
其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。
目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）,并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。
为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度，利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。
在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。
水温控制系统的设计(武汉理工大学)
课程设计任务书学生姓名：郑婷专业班级：信息工程0903班指导教师：华剑工作单位：信息工程学院题目: 水温控制系统的设计初始条件：AC220V，DC+5V，±15V电源各一个，运放，比较器，三极管，（发光）二极管，继电器，蜂鸣器，电热丝、阻容元件若干要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）设计一个水温控制系统，要求：1.利用电热丝给水加热，使用温度传感器测量水温值，测量范围0～100摄氏度（对应输出电压0～5V）。
（设计时，请用直流信号源代替温度传感器）。
2.利用电位器等方式设定加热温度，温度设定值连续可调。
（设计时，请用可调直流电源代替。
设定电压代替温度）。
3.当水温超过设定值时，停止加热并发声、光报警信号。
4.按格式要求撰写课程设计说明书一份（须含电路原理分析，各元件具体型号及参数，关键元件参数计算）。
5.绘制电路总图一份，用PSPICE或EWB等软件完成仿真（选做：制作实物并调试运行。
）时间安排：1.2011 年1月17日分班集中，布置课程设计任务、选题；讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课设答疑事项。
2.2011 年1月17日至2011年1月21日完成资料查阅、设计、制作与调试；完成课程设计报告撰写。
3.2011 年1月23日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1绪论……………………………………………………………………………………错误！未定义书签。
1.1设计目的和意义 (1)1.2设计的主要任务 (1)2 单元电路的设计计算、元器件选择及电路图 (2)2.1 温度转换单元 (2)2.2 恒压设计单元 (3)2.3 信号处理单元 (3)2.4 温度控制单元 (4)3 整体电路图及工作原理 (5)3.1 整体电路图 (5)3.2 整体电路的工作原理 (6)4 仿真结果分析 (7)4.1加热仿真分析 (7)4.2 报警仿真分析 (8)5总结与展望 (9)5.1 成果的评价 (9)5.2 本设计的特点 (9)5.3 设计缺陷及展望 (9)参考文献 (10)附录 (11)1 绪论1.1设计目的和意义水是生命的源泉，人类生活永远也离不开水。
模电_水温控制系统课程设计
二、 系统框图
放大电路 比较环节 执行电路
温度传感器
被控对象
三、单元电路设计
电源电路
同相比例放大电路
门限可调比较器
继电器驱动电路
加热电路
四、整体电路设计
主题二
种类 芯片 电容 电阻 元件 LM7812 LM7912 0.33μF 1mF 10KΩ 90KΩ 2KΩ 1KΩ 10KΩ AC250 DC30 TS_PQ4_16 1 1 4 4 6 1 1 2 1 3 1 1 1
元件清单
个数 种类 温度传感器 三极管 集成运放 元器件 个数 LM35 9013 LM324 1 1 2
电位器 继电器 变压器 1 100W 5A 1 1 2
发光二极管 LED（红） （
导线、焊丝、 导线、焊丝、焊枪若干
主题三 设计报告要求
封面 摘要 目录 1 绪论 2 设计任务及要求 3 电路原理及单元电路设计 4 电路调试及特点 5 心得体会 参考文献 附件（整体电路，元器件清单） 附件（整体电路，元器件清单）
水温控制系统电路设计
陈新国
主题
• 电路设计 • 电路设计元器件 • 设计报告要求
主题一 控制电路设计
一、 设计要求
• 测温和控制温度 室温～ 室温～100 oC • 控温精度 ：±1 oC • 控温通道输出为双向晶闸管 或继电器， 或继电器，一组转换触点为 市电（ 市电（220V，10A） ， ） 测量范围
Thank you!
模电课程设计——温度测量控制系统的设计与制作
xxxxxx学院课程设计报告( 2011 -- 2012年度第一学期)名称：模拟电子技术课程设计题目：温度测量控制系统的设计与制作学号：学生姓名：指导教师：成绩：日期：20xx年xx月xx日目录一、电子技术课程设计的目的与要求 (3)二、课程设计名称及设计要求 (3)三、总体设计思想 (3)四、系统框图及简要说明 (3)五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4)六、总体电路 (8)七、仿真结果 (8)八、实测结果分析 (9)九、设计总结 (10)附录I：元器件清单 (11)附录II：总体电路图 (11)附录III：参考文献 (11)一、电子技术课程设计的目的与要求（一）电子技术课程设计的目的课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。
通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
（二）电子技术课程设计的要求1．教学基本要求要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。
教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。
2．能力培养要求（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。
（2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
（3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。
模电课程设计 温度检测显示器
2.5
图7元件清单
使用Altium Designer绘制原理图，并生成元件清单
3
3.1测试仪器
万用表UT39A，温度计
3
标准检测点实测温度
3
本文设计了一种以PN结为温度探头的温度检测显示器，经过对温度的测试，基本上达到了设计制作要求。该系统有较好的线性度、灵敏度高、成本低、实用性强。
4
这次课程设计历时一个星期左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。同时，经过课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了LM324、LM7805、ICl7017三块集成芯片。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，特别是粗心大意的焊接错误，还有就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
方案二：
图1热电偶测温电路
热电偶测温的基本原理是热电效应，将两种不同成份的金属导体首尾相连接成闭合回路，如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势。它具有结构简单，价格便宜，耐用，测温范围广等特点。但体积大，灵敏度低
方案三：
图2 PN结测温电路
PN结温度传感器是利用晶体二极管或三极管的P-N结电压随温度的变化而变化。例如硅管的PN结的电压温度每升高摄氏一度时，电压约下降1mV。这种传感器有较好的线性度，灵敏度高，热时间常数约0.2s—2s，其测温范围为-50°C—150°C。可用于一些高要求的温度检测。
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个学期末的课程设计对我们的作用是非常大的。
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课程设计任务书学生姓名：张亚男专业班级：通信1104班指导教师：李政颖工作单位：信息工程学院题目: 温度控制系统的设计初始条件：TEC半导体制冷器、UA741 运算放大器、LM339N电压比较器、稳压管、LM35温度传感器、继电器要求完成的主要任务:一、设计任务：利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectric Cooler，即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。
二、设计要求：（1）控制密闭容器内空气温度（2）控制容器容积>5cm*5cm*5cm（3）测温和控温范围0℃~室温（4）控温精度±1℃三、发挥部分：测温和控温范围：0℃~（室温+10℃）时间安排：19周准备课设所需资料，弄清各元件的原理并设计电路。
20周在仿真软件multisim上画出电路图并进行仿真。
21周周五前进行电路的焊接与调试，周五答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日温度控制系统的设计1.温度控制系统原理电路的设计 (3)1.1 温度控制系统工作原理总述 (3)1.2 方案设计 (3)2.单元电路设计 (4)2.1 温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (4)2.2 电压信号的处理单元——运算放大器 (5)2.3 电压值表征温度单元——万用表 (7)2.4 电压控制单元——迟滞比较器 (8)2.5 驱动单元——继电器 (10)2.6 TEC装置 (11)2.7 整体电路图 (12)3.电路仿真 (12)3.1 multisim仿真 (12)3.2 仿真分析 (14)4.实物焊接 (15)5.总结及体会 (16)6.元件清单 (18)7.参考文献 (19)1.温度控制系统原理电路的设计1.1 温度控制系统工作原理总述一、原理框图二、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，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(设定温度对应的电压)进行比较，若高于所设定电压，则TEC装置开始制冷；若低于所设定的电压值，则TEC装置开始加热。
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。
1.2 方案设计方案一：想要让电路正常稳定的工作，必须要有一个关于温度的准确信号值，为了使信号输出误差很小，可以选用桥式测压电路，这样可以得出较为准确的与温度相对应的电压值。
关于比较部分可以选用比较器LM339构成迟滞比较器，再利用电位计来调节上下限电压，将输出电压值与设定的电压值（与设定的温度值相对应）进行比较来控制三极管，从而控制继电器的开闭以达到控制TEC装置的目的。
方案二：用温度传感器LM35采集室内温度，直接将温度信号转化成电压信号。
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。
对于提取出的温度值，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，若高于所设定电压，则用TEC装置开始制冷；若低于所设定的温度，则用TEC装置开始加热，从而达到控制温度的目的。
分析得出，方案一和方案二都可行。
但是，方案一中获取电压信号的电路比较复杂，方案二中的温度传感器可以直接将温度信号转化为电压信号，再进行无损放大，相对较方便。
综合考虑，我选择方案二。
2.单元电路设计2.1 温度信号的采集与转化单元——温度传感器一、温度传感器的选择：根据设计要求，可以测量并控制0到室温的温度，精度要达到±1℃。
也就是说基本要求为传感器可以测量0到室温的温度，并且具有很好的稳定性。
常用的传感器有LM35和AD590两种，但是AD590价格较贵。
综合性能及价格各方面的原因，我选择了集成温度传感器LM35。
LM35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10mV。
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。
二、温度信号的采集与转化原理图：Vcc图1.温度信号采集与转化原理图温度传感器需要放入密闭容器内，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线性变化的电压。
具体是每变化1摄氏度，输出电压变化10mV。
信号采集与转化单元电路如图1所示。
后面接一个电压跟随器将转化而成的电压跟随出去，防止后面电路对信号采集电路的影响。
2.2电压信号的处理单元——运算放大器一、元器件的选择：1、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ua741.2、LM35输出端的电压因温度改变1摄氏度而改变10mv，很难检测。
所以必须经过一定的处理方试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30摄氏度的时候，LM35输出电压为300mv 。
温度在0摄氏度的时候输出为0mv 。
经下面计算：max v ×A 12V V ≤min v ×A 0V V ≥得max 120V VV A V ≤≤即0< Av < 40考虑计算的方便，以及最后输出测量的方便，放大倍数为30 为宜。
因此选择电阻R1=10k ，R3=300k 。
二、电压信号的处理原理图：图2.电压信号的处理原理图由于初级放大电路是反向放大电路，所以电压会变成负电压。
因此在放大电路后面再加一级反向比例器，使之成为正电压。
但是仿真过程中发现信号采集并放大后马上就影响到了信号值，于是就想到了电压跟随器。
由虚短，虚断可知输出电压=输入电压，可以将电压传输到下一级电路中，并且很好的采集信号，而且把后部电路很好的和信号源隔离，排除了后部操作对信号的影响。
原理电路见图2.2.3 电压值表征温度单元——万用表电压值表征温度单元主要是用万用表显示出经放大器无损放大以后的电压值，从而反应出当前的温度值。
由于温度传感器Ua741的特性是温度每变化1摄氏度，电压值变化10mv，而后用放大器将其放大了30倍。
因此温度值与万用表显示的电压值的对应关系如下：温度值(℃)=万用表显示值(V)/0.3万用表接在第二个电压跟随器的输出端与地之间，测取电压值，从而显示温度。
图3.电压值表征温度原理图2.4 电压控制单元——迟滞比较器元器件选取：经由反向比例器得到的输出电压要与设定电压（即设定温度对应的电压）进行大小比较以确定以后部分是制冷还是加热，所以要用一个比较器。
考虑到温度传感器的灵敏度，我选择了用迟滞比较器。
由于比较器需要输出正负电压，所以我选择了型号为LM339N的比较器。
LM339N具有失调电压小，差动输入电压范围较大等优点。
设计的迟滞比较器如下图：图4.迟滞比较器迟滞比较器的电压传输特性曲线如下：根据图中所示，假定设定的温度范围为20摄氏度，则电压变化上下限为5.9V 和6.1V ，则从反相比例器输出的电压逐渐升高，若大于6.1V 的时候，电压向下反转，达到阈值电压的负值传输给继电器，促使继电器闭合开关，启动TEC ，开始制冷，直至制冷后的温度降到低于5.9V 则电压向上翻转，达到阈值电压的正值，另一个继电器闭合，开始加热。
以上的工作过程形成了一个温度的反馈系统。
门限电压的计算：UH=（Uo*R8）/（R8+R9）+（Uref*R9）/（R8+R9）=上门限电压UL=-（Uo*R8）/（R8+R9）+（Uref*R9）/（R8+R9）=下门限电压根据下面稳压管的选取，Uo =+6.2V ，假设选取的上下限电压分别为6.1V 和5.9V ，分6.1V5.9V UiUo+Uth-Uth别带入上面两个式子中联立方程组求解可得出图中参数的选取为：R8=10K，R9=10K的电位器若设定控制温度为20摄氏度，则需调节10k电位计的阻值为5k，使比较电压为6V，且需调节R9=61 R8。
2.5 驱动单元——继电器通过迟滞比较器和稳压管后，输出控制开关的电压，这个启动后续装置的开关由继电器来充当，设计中的继电器如下图：图5.控制电路原理图当比较器输出-6.2V电压时，继电器的开关合拢，启动制冷设备，开始制冷，直到温度降到我们所设置的温度下限，电压向上翻转，比较器输出+6.2V的电压，另一个继电器的开关闭合，TEC装置开始加热。
如此构成了一个控温的系统。
2.6 TEC装置图6.TEC实物图Tec(Thermoelectric Cooler)即半导体致冷器。
半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。
所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。
重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。
TEC包括一些P型和N型对（组），它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生″热″侧和″冷″侧，这就是TEC的加热与致冷原理。
是致冷还是加热，以及致冷、加热的速率，由通过它的电流方向和大小来决定。
当给TEC元件加正极性电流时，一端加热，一端制冷。
而给TEC元件加负极性的电流时，效果刚好相反，原加热面制冷，制冷面加热。
2.8整体电路图图7.温度控制系统整体电路图2. 电路仿真3.1 multisim仿真由于multisim仿真软件中未找到TEC装置，因此用小灯泡代替。
小灯泡发光表示实际温度低于设定值，TEC制热；小灯泡熄灭表示实际温度高于设定值，TEC制冷。
1.设定温度为20℃，输入温度为19℃（即输入电压为0.19V）电路仿真如下：图8.19℃时的仿真图2.设定温度为20℃，输入温度为20℃（即输入电压为0.2V）电路仿真如下：图9.20℃时的仿真图3.设定温度为20℃，输入温度为21℃（即输入电压为0.21V）电路仿真如下：图10.21℃时的仿真图3.2 仿真分析设定控制温度为20℃。
1、输入温度为19℃时，输入电压为0.19V，经反向放大后电压应输出-5.7V，实际输出-5.675V，在误差允许范围内符合要求。
输入反向比例器，反向比例器应输出5.7V，实际输出5.676V，在误差允许范围内符合要求。
输入迟滞比较器，低于迟滞比较器的下限电压，向上翻转，应输出正的阈值电压，并经过稳压管稳压成+6.2V，实际输出+6.546V，在误差范围内符合要求。
由于输出+6.546V，开启第一个继电器，开关闭合。
实际结果灯泡亮了，符合要求。
2、输入温度为21℃时，输入电压为0.21V，经反向放大后电压应输出-6.2V，实际输出-6.277V，在误差允许范围内符合要求。