闭环温控器——精选推荐

课程设计名称：数字电子技术基础题目：闭环控温器
专业：电信系
班级：通信044
*名：***
学号： **********
课程设计任务书
一、设计题目
闭环控温器
二、设计任务
设计制作一闭环控温器。

系统的温度自动控制在所设定的温度内(T±δT)℃。

二、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；
第5～7天：编写整理设计说明书。

四、设计要求
①恒定温度T℃的设定在一定范围内可调。

②用灯泡模拟加热系统。

在设定温度(T-δT)℃以下灯泡自动亮(加热)，达到(T＋δT)℃时灯泡自动灭(停止加热)。

指导教师：
教研室主任：
时间：年月日
摘要
闭环温度控制器主要是用温度控制的电路，我们用灯泡模拟加热系统，定温度(T-δT)℃以下灯泡自动亮(加热)，达到(T＋δT)℃时灯泡自动灭(停止加热)。

我们根据灯泡的亮灭判断是否加热，这方法直接又准确，是我们的设计创新点
在集成电路中相邻元制器件的参数具有良好的一致性；纵向晶体管的大，横向晶体管的耐压高；电阻的阻值和电容的容量均有一定的限制。

我们以测温电桥中的感温元件Rt为热敏电阻，运算放大器A1～A3构成测量放大器，以放大桥压VAB提高系统的控制灵敏度。

集成运放是我们主要的器件，它的取材容易和优点是我们成功的保证。

目录
1 综述 (1)
2 方案设计与分析 (1)
3 电路设计框图及功能描述 (1)
3.1 电阻桥路 (2)
3.2 闭环放大电器 (3)
3.3 控制功能按键 (3)
3.4 A/D转换电路 (4)
3.5 加热系统 (4)
4 电路原理设计及参数计算 (5)
4.1恒温值的标定 (7)
4.2恒温过程的测定 (7)
5 电压源的选择 (7)
5.1整流电路 (7)
5.2三端稳压源的原理图 (8)
5.3实际的稳压源电路图 (8)
6 所需器材 (6)
7 课程设计体会 (7)
参考文献 (8)
辽宁工程技术大学电子技术课程设计
1 综述：
当我们拿到这个题目后，我们查阅了十几本有关资料，尤其是在《数字集成电路实验与课程设计》这本书上，对此闭环温度控制的设计给我提供了一条准绳。

虽然书上介绍的只是普通闭环温度控制的简单设计即仅介绍了闭环温度控制的显示及秒信号的产生，但我在此基础上结合《模拟电子技术基础》书上所介绍的有关内容和其他的一些零碎资料。

2 方案设计与分析：
测温电桥中的感温元件Rt 为热敏电阻，运算放大器A1～A3构成测量放大器，以放大桥压VAB 提高系统的控制灵敏度。

系统末级晶体管射极接有继电器J 。

VD1为续流二极管，VD2为发光二极管。

灯泡L 和热敏电阻Rt 置于同一恒温小室中，灯泡作为小室的加温热源。

3 电路设计框图及功能描述；
自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。

随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。

图3-0 闭环温度控制框图
电阻桥路
闭环放大电路
A/D 转换电
路
加热系统
控制功能按键
杜明明:闭环控制器
测温电桥中的温度元件为热敏电阻，放大电路以放大桥压，提高系统的控制灵敏度。

热敏电阻式温控器是根据惠斯登电桥原理制成的。

在BD两端接上电源E，根据基尔霍夫定律，当电桥的电阻R1×R4=R2×R3时，A与C两点的电位相等，输出端A与C之间没有电流流过，热敏电阻的阻抗R1的大小随周围温度的上升或下降而改变，使平衡受到破坏，AC之间有输出电流。

因此，在构成温控器时，可以很容易地通过选择适当的热敏电阻来改变温度调节范围和工作温度。

在设定温度（T—T1）以下显示屏自动显示（加热），达到（T+T1）时显示屏自动灭（停止加热）。

3.1 电阻桥路
如图3-1电阻桥路能快速测量电感L、电容C、电阻R、损耗因素D、品质因素Q、电导G、电纳B、电抗X和矢量阻抗|Z|及相位角θ,其频率范围从100Hz到100kHz共13个可选频率测试点。

测试电压范围为1mV～5Vrms, 适应于电路设计、产品实验、质量检查多方面测量要求。

这种可变的测试信号为测量非线性阻抗元件，如电感和半导体器件带来很大方便。

但用得最多的是测量低阻值电阻,非常精确。

图3-1 电阻桥路
辽宁工程技术大学电子技术课程设计
3.2 闭环放大电路
闭环放大电路用到自动增益控制线路，就是AGC线路。

A是AUTO，自动的意思，G是GAIN，增益，C是CONTROL就是控制的意思。

在电子设计中，这种线路被大量运用。

打一个比方说，电视台发送的电视高频信号可能有强有弱，电视机离电视台也可能有远有近，所以电视最终接收的信号强度差别有可能相当的大，比如上千倍，在这种时候，如果电视机对所有的信号都采用统一的放大率，就可能使最终输出的信号过饱和，无法显示正常的图象，所以，必须设置自动放大率控制线路，这就是自动增益的一种。

当然，其它电子线路类似，也采用各种各样的自动增益控制技术。

图3-2闭环放大电路
3.3 控制功能按键
控制功能按键可以方便调控，而控温精度与回差(VD1－VD2)有关。

调整RP1可以改变恒温室的恒温值。

图3-3 控制功能按键
杜明明:闭环控制器
3.4 A／Ｄ转化电路
为了能够使用数字电路处理模拟信号，必须把模拟信号转换成相应的数字信号，放能送入数字系统进行处理。

同时往往还要求把处理后得到的数字信号再转换成相应的模拟信号，作为最后的输出。

我们把前一种从模拟信号转换成数字信号的转换称为模-数转换，或简称为A/D转换，把后一种从数字信号到模拟信号的转换称为数-模转换，或简称为D/A转换。

同时，把实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简写为ADC；把实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简写为DAC。

3-4 A/D转换图
3.5 加热系统
用一个40W的灯泡代表加热系统。

图3-5 加热系统
4电路原理设计及参数计算
图 4-1 闭环控温系统电路原理图
图4-1中恒流源是由A1、A2、基准电压及外围元件组成。

此恒流源向温度传感器Rt供电，其输出电压V就是对应的温度值。

电位器的滑臂位置确定要控制的温度。

为保证电位器输出的电压的精度，基准电压经A3缓冲。

温敏电阻的计算。

其中Ro为温敏电阻250C的电阻，α0为250C时的温度系数，t0取250C。

Rt=Ro[1+α0(t-t0)]
α0=-B/T2
B=-2.133×10-7/0C
T=250C
250C时的α0=2.1092×10-12
电路设计有带滞后的电压比较器，其作用是防止温度在控制点附近变动时成电器频率中断。

迟滞比较器的迟滞特性如图4-2所示。

图中VD对应于恒温室的恒温设定值T℃。

VD1，VD2分别对应于恒温室温度的上限(T＋δT)℃，下限(T－δT)℃。

当被控温度升高时，Rt值减小，测温桥输出VAB减小，经放大后，使VC增加，当VC＞VD1时，比较器输出VE＝－VZ，晶体管截止，继电器触点断开，灯泡不亮，停止加温，当温度下降到使VC＜VD2时，VE＝＋VZ，晶体管饱和，恒温室又自动加温，如此实现恒温控制。

控温精度与回差(VD1－VD2)有关。

调整RP1可以改变恒温室的恒温值。

当图4-2虚线框内电路参数固定后，恒温值将是RP1的单值函数。

在实际恒温控制中，可用电炉丝代替灯泡作加热器。

图4-2 迟滞比较器
4.1 恒温值的标定
将Rt置于恒温槽中，调整恒温槽温度，使T＝T1(设为25℃)，调整RP1，使VC＝VD＝1／2(VD1＋VD2)，这时RP1值则标定为温度设定值T1(25℃)。

改变T，使T＝T2再调RP1使VC ＝VD，此时的RP1值则标定为T2，本实验在使用时，只要调整RP1，使RP1对准所标定的温度设定值，即可实现恒温整定。

4.2恒温过程的测定
实验时，由于不具备恒温室和温度计等条件，可根据以下现象定性估计控温系统恒温值的高低：若环境温度为20℃，则恒温室从60℃下降20℃的降温速度应该比从30℃下降20℃的速度快，即从60℃下降2δT比从30℃下降2δT所需时间要少。

2δT即为电压VD1和VD2所对应的温差。

所以，当设定恒温值比环境温度越高时，自然降温到比较器翻转所需时间越短，而加温到使比较器再次翻转所需的时间越长。

当检测温度低于(T-δT)℃以下灯泡自动亮(加热)，当检测温度达到(T＋δT)℃时灯泡自动灭(停止加热)。

5电压源的选择
5.1整流电路
图5-1整流电路原理图
5.2三端稳压源的原理图
图5-2三端稳压源5.3实际的稳压源电路图
5-3实际稳压源电路6 所需器材：
A1——A4选用四运放LM324集成块
VT选用9012三级管
VD1、VD2选用1N4004二极管
滑动变阻器2个
40W灯泡一个
电阻15个
7 课程设计体会
首先，在设计电路过程中找材料遇到了很大的困难，图书馆以及网上的关于这方面的资料很少，所以设计很困难，最后凭借教课书以及根据所学知识反复思考和反复的研究最终设计出了电路。

设计完电路后在检测时又出了问题，接完后按步骤做但灯不亮，在检测面包板状况的过程中，出现本该相通的地方却未通的状况，后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至。

此次的闭环控温设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

也是在此次设计中，让我真正的从设计中得到了快乐，看到自己设计的成果，从心里得到了安慰，感觉到自己的付出得到了回报。

看着仿真后连接实物图，虽然有时候仿真和电路连接并不是完全一致的.有时在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示，而在实际电路中无需再连接，因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。

虽然在设计电路的连接图中有时会出现错误，但最终发现其主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的，并非自己设计电路的错误，心里得到了更大的宽慰。

对该设计的建议：大家都明白，闭环控温设计重在于仿真和接线，虽然能把电路图接出来，并能正常显示，说明对于电路本身的原理并不是十分熟悉。

总的来说，通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力，于是我们要多做些类似的设计，增加自己的设计能力
辽宁工程技术大学电子技术课程设计
参考文献
[1]沈尚贤主编：《电子技术导论》，北京，高等教育出版社，1985
[2]王楚、余道衡主编：《电子线路原理》，北京，电子工业出版社，1995
[3]谢沅清、解月珍主编：《电子电路基础》，北京。

人民邮电出版社，1999
[4]谢嘉奎主编：《电子线路》（第四版），北京，高等教育出版社，1999
[5]华成英主编：《电子技术》，北京，中央广播电视大学出版社，1996
[6]童诗白、华成英主编：《模拟电子技术基础》，北京，高等教育出版社，2004
杜明明:闭环控制器
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[6]童诗白、华成英主编：《模拟电子技术基础》，北京，高等教育出版社，2004。