简易水温控制器设计报告

简易水温控制器设计报告

目录

一．设计要求 (2)

二．设计作用、目的 (2)

三.设计的具体实现 (3)

1.系统概述 (3)

2.单元电路设计、仿真与分析 (4)

四.心得体会及建议 (21)

五.附录 (23)

六.参考文献 (25)

简易水温控制器设计报告

一．设计要求

设计一个简易的水温控制器，在市电的情况下，能够检测容器内水的温度，以检测到的温度信号控制加热器的开关，将水温控制在一定的范围之内。

（1）.当温度小于t1时，两个电阻丝同时通电加热，将容器内的水加热；

（2）.当水温大于t2，但小于t1时，仅一根电阻丝通电加热；（3）.当水温大于t2时，两根电阻丝都不通电；

（4）.用显示电路显示出开关通断情况；

（5）.电源：220V/50HZ的工频交流电供电；

（6）.根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程；

（7）.利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单。

二．设计作用、目的

模拟电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，通过课程设计，要求达到以下目的。

（1）.通过水温控制器的设计，使我们能够巩固和加深对模拟电子电路基本知识的理解，了解日常电子产品的设计与应用；（2）.培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

（3）.通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元

器件初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）.了解与课题有关的电子电路及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。

三.设计的具体实现

1.系统概述

水温控制器电路的总体框图如图所示。它由水温检测电路、比较电路、电阻丝开关电路，显示电路和电源电路5部分组成。

图1 简易水温控制电路的总体框图

水温检测电路的功能是利用温度传感器的特性检测水温的变化，在这里利用可变电阻代替热敏电阻，同时将温度信号转化为电信号。比较电路的功能是利用比较器的原理实现水温范围的确定，同时利用滞回比较器的迟滞特性来避免跳闸现象。电阻丝开关电路的功能是完成控制电路和对水温的加热。显示电路的功能是利用发光二极管将电阻丝通电与否显示出来。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。

2.单元电路设计、仿真与分析

2.1 水温检测单元电路

图2 桥式温度测量电路

如上图所示桥式温度测量电路，检测元件可采用铂电阻。运放要选择输入电阻较大的运算放大器，其共模抑制比必须高一点以保证运放的精度，为了使运放两端输入平衡，两个5.6K的电阻要尽量相等。当铂电阻电压改变的时候会给运放部分一个电压差，这个电压差再经过以上的规律放大后可以数去一个电压信号，此电压信号是随温度变化而正比变化的。

2.1.1 电路仿真

图3 温度测量电路仿真图

上图为设计软件下仿真的截图，在末端可以加装电压表，调节滑动变阻器可以使输出电压改变，于是可以得出其已经具备的将温度信号转变为电信号的能力。

2.1.2 元器件的选择及参数的确定

为了获得比较高的测量精度，电阻可以选用1%的五环金属膜电阻，或者采用电位器调节得到两只匹配的300K电阻，尽可能实现匹配，提高电路的共模抑制比，运放要选择输入电阻较大的预算放大器,在此电路中，可选用LM324。

LM324:

图4 LM324管脚连接图

LM324系列器件是带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图所中示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与

该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。

2.2 比较单元电路

比较电路也即水温检测和水温范围测量电路。将输入的变化的电压与基准电压（上下限电压）进行比较，通过运放输出高低电平来控制后面的电路。

电路图如图5所示：

图5 比较单元电路图

电阻型温度传感器是最典型也是最简单的一种温度传感器，它的工作原理是通过阻抗的变化来表示温度的变化，同时将温度Us U1

U2

Uo1

Uo2

信号转化为电信号Us。即Us代表了实际的水温t。如图5所示，R1，R2是可变电阻，调节R1，R2的阻值，可以改变Us的大小。在电路中，稳压管D1，D2和电阻R3，R4构成参考电压电路，滞回比较器构成水温测量范围电路。

参考电源产生的功能是产生两个稳定的电压，这两个电压代表水温范围的上限值t2和下限值t1。由于参考电源产生电路输出端接入比较器的输入，为了防止出现输出电流导致参考电源不稳定的情况，电路采用电阻和稳压管相结合的方式构成。其中U1=8V，U2=4V，分别接入到两个运算放大器的同相输入端，Us同时输入到这两个运算放大器的反相输入端。当UsU1，即Us>U2时，Uo1和Uo2都输出低电平。由于Us，U1，和U2分别代表t，t1和t2，实际水温和水温控制范围的大小关系就确定了。

在电路中，通过滞回比较器代替单限比较器来防止跳闸现象的出现。

图6 传输特性