闭环温度控制器设计最新版

1.1设计任务及设计要求............................................2
1.1.1设计任务....................................................2
1.1.2设计要求....................................................2
3.1电路设计框图..................................................5
3.2温度传感单元..................................................5
3.3信号处理单元..................................................6
3.4温度比较单元..................................................7
3.5控制单元......................................................8
3.6制热单元......................................................8
总成绩
日期
2017年7月4日
课程任务设计书
一、设计题目
闭环温度控制器设计
二、设计任务
设计闭循环温度控制器,具有如下功能：
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T1以下灯泡自动亮（加热），达到T2时灯泡自动灭。
三、设计计划
电子课程设计共一周
第1天：查找资料，方案论证
第2天：设计单元电路
方案二：以滞回比较器为核心元件的闭环控制电路
此方法较多的运用了运算放大器，用它来构成电压跟随器、电压放大器和滞回比较器。首先通过温度传感器将温度的变化转换成电路中电流（电压）的变换，变化的电压量经电压放大器、滞回比较器、驱动电路、温度模块、传感器返回到输入端，实现闭环温度控制。其灵敏度高，测温控温精度稍差，范测控围为-55℃至+150℃。
（3-4-1）
（3-4-2）
3.5控制单元
继电器是一种电控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器所控制的输出电路导通或断开。如图3-5，为驱动电路，其中J1为继电器。设当驱动电路的输入电压为U1时，三极管T导通，继电器J1工作，其动合触点闭合（K闭合），灯泡被点亮，开始加热；当驱动电路输入电压为U2时，三极管T截止，继电器J1停止工作，其动合触点断开（K断开），灯泡熄灭，停止加热
1.2设计思想......................................................2
2.选择方案的论证.................................................3
2.1设计方案选择..................................................3
（3-3-1）
图3-3仪表放大器电路图
3.4温度比较单元
滞回比较器是一种电压控制器件，用它做控制器，可以解决单限比较器抗干扰能力差和差分比较器受干扰产生误翻转的问题。
图3-4-1滞回比较器电路图
图3-4-2 滞回比较器的传输特性
如图3-4-1为滞回比较器的电路图，图3-4-2为其传输特性，可以看出其传输特性具有线性滞回的特点。两个门限电压 、 分别为：
7结论...........................................................16
8心得体会.......................................................17
参考文献........................................................18
参数计算及单
元电路的正确性
设计内容的合理性
结果评价
毕业要求指标3.3掌握电气工程领域的基本创新方法，在设计环节中体现创新意识
设计方案的可行性
设计的创新性
创新意识
毕业要求指标：4.3能够选择与使用恰当的现代工程工具和信息技术工具，解决包括预测与模拟在内的复杂电气工程问题，并能够理解其局限性。
仿真或实验验证
4电路原理设计及参数计算.........................................10
5直流稳压电源设计...............................................12
6模拟运行.......................................................13
一、设计任务
设计闭环温度控制器,具有如下功能：
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T1以下灯泡自动亮（加热），达到T2时灯泡自动灭。
二、要求
1．系统工作原理说明。
2．画出整个系统电路原理图。
3．电路图必须计算机绘制，图形符号符合国家标准。
4．心得体会，发展方向。
5．设计说明书符合格式规范。
2 选择方案的论证
2.1 设计方案选择
2.1.1可行方案
方案一：PID闭环温度控制电路
此方法需以AT89C51单片机为核心，将输入量先进行模拟PID控制，再进行数字化输出，在经驱动电路、温度模块、测温电路反馈到输入端，可自动控制环境温度，使被控对象温度保持在恒定范围内。此电路温度信号由数字温度传感器DS18B20采集，并经AT89C51单片机处理后，通过数码管显示。其测温控温精度可达0.1摄氏度，测温控温范围可达-55℃至+125℃
2.1.1可行方案....................................................3
2.1.2可行方案的讨论与选择........................................3
3.电路设计框图及各单元功能描述...................................5
3 电路设计框图及各单元功能描述
3.1 电路设计框图
设定值
首先该电路设定一个初始温度值（室温），与之对应的电压电流值为初设值，将此初设电压电流值传输给温度传感器，经放大器（此为仪表放大电路）对电压放大并将电流传输给控制电路（此为滞回比较器），滞回比较器的输出电压值在一定范围内保持不变，但若输入的电压超过此范围，就会影起滞回比较器输出电压的变化。当电流流经驱动电路时，使电路中的发热元件（此为灯泡）发热，从而温度升高。温度的升高由热敏电阻Rt接收，再由温度传感器传输给电压比较器，与初设值比较，使电压输入量减少，从而减少发热元件的发热，使温度降下来。若发热元件发热不足，温度传感器传输给电压比较器的电压值就变小，使得输入电压变大，增加发热元件的发热，是温度上升。如此循环，就能使温度处于一定的范围内，达到对温度的控制。
2.1.2可行方案的讨论与选择
方案一采用以单片机为核心的控制系统，对温度测量、控制精度高，并且实现显示和键盘设定功能，操作、控制较为方便，但需要依靠单片机，成本过夜昂贵。
方案二可以很好得实现对温度的控制和测量，虽然使用的电子器件较多且繁杂，电路也较复杂，但是对于控制电路来说更加准确，迅速。
综合考虑，最终选用精度稍差但成本低廉的方案，即方案二。
本设计采用的负温度系数热敏电阻器（NTC），其阻值计算方法为：
（3-2-1）
式中 为温度为T时热敏电阻的阻值， 为室温 下热敏电阻的阻值，B为热敏指数，是热敏电阻的材料常数，是热敏电阻的重要指标。B值越大，热敏电阻器越灵敏，即受温度影响后阻值的变化越大，一般在2000K—6000K之间。
设室温为25℃，B=2000k，e=2.72， =1000Ω，则
当 =35℃时，
（3-2-2）当 =Βιβλιοθήκη 0.5℃时，（3-2-3）
3.3信号处理单元
温度变化使温敏电阻发生变化，使得输出电压发生变化，而这种变化比较微小，所以桥式电路的输出电压必须经过放大处理。这里采用仪表放大器进行放大处理。图3-3是一个最基本的三运放构成的仪表放大器，它能放大差模信号，抑制共模信号。设图中 ， ， ，则电压放大倍数为
综述
步入现代化社会，现在的工农业生产都追求标准化和工业化，人工孵蛋也是如此。众所周知，鸡蛋的孵化对温度、湿度等都有特定的要求。人工孵蛋成功的最基本温度范围是35℃~40.5℃，所以本文设计的闭环温度控制器的恒温范围也是如此。本设计采用灯泡模拟加热系统，利用含热敏电阻的桥式电路进行温度测量，闭环控制电路的特点是被控制量会反馈回来影响控制器的输出，从而形成闭环。闭环控制电路有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统输入信号同相，则为正反馈，若反馈信号与系统输入信号反相，则为负反馈。一般闭环控制电路都采用负反馈。
课程设计名称：电子技术课程设计
题目：闭环温度控制器设计
学期：2016-2017学年第2学期
专业：电气控制及其自动化
班级：15-5班
姓名：叶真
学号：1507230225
指导教师：李季
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
评
定
标
准
评定指标
评定标准
该项成绩
毕业要求指标点2.3正确使用文献分析复杂电气工程问题，并获得有效结论
用闭环控制电路实现对温度的测量和控制，其核心元件是比较器。通过查阅资料，设计出了一个包括温度感应器、信号放大器、滞回比较器和电磁继电器的闭环温度控制电路。