水温监测控制报警电路

目录

摘要 (1)

一设计任务和要求 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 设计任务 (1)

1.3 设计要求 (2)

二设计的方案的选择与论证 (2)

2.1 设计原理 (2)

2.2 方案设计 (3)

2.2.1 可行方案 (3)

2.2.2 方案的讨论与选择 (5)

2.3 选定方案的论证 (5)

2.3.1 选定温度传感器的论证 (5)

2.3.2 选定运算放大器的论证 (6)

2.3.3 选定继电器的论证 (6)

三电路设计计算及分析 (7)

3.1 温度检测元件电路 (7)

3.1.1 电路结构及工作原理 (7)

3.1.2 元器件的选择和计算 (8)

3.2 比较显示电路 (10)

3.2.1 电路图及工作原理 (10)

3.2.2 元器件的选择和计算 (11)

3.3 温度控制电路 (12)

3.3.1 电路结构及工作原理 (12)

3.3.2 元器件的选择和计算 (13)

3.4 电源单元电路 (14)

3.4.1 电路结构及工作原理 (14)

3.4.2 元器件的选择和计算 (15)

3.5 整体电路图 (16)

3.6 PCB平面图 (16)

四电子电路的焊接 (17)

4.1 焊接的基本条件 (17)

4.2 焊接的步骤 (18)

4.3 焊接的要点 (19)

五总结及心得 (19)

附录 (20)

参考文献 (22)

摘要

水温监测控制报警电路是采用热敏电阻作为温度传感器,由温度的变化而引起电压的变化，再利用比较运算放大器与设置的温度值对应的电压进行比较，输出高或低电平从而对控制对象即加热器和报警电路进行控制。其电路可分为三大部分：测温电路，比较/显示电路，控制电路。

关键词：测温显示窗口比较器

一设计任务和要求

1.1 设计目的

（1）掌握温度控制电路工作原理。学校温度信号采集方法。（2）熟悉集成运放的使用方法和模拟信号的一般处理方法。熟悉比较器的使用方法。

（3）熟悉继电器和发光二极管的使用。

（4）熟悉Protel软件的使用。

1.2 设计任务

设计一个水温监测控制报警电路，以铂电阻Pt100作为温度传感器监测容器内水的温度，用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，具体要求如下：

（1）当水温小于50。C时，H

1、H

2

两个加热器打开，将容器内的

水加热。

（2）当水温大于50。C时，但小于60。C时，H

1加热器打开，H

2

加热器关闭。

（3）当水温大于60。C时，H

1、H

2

两个加热器同时关闭。

（4）当水温小于40。C时，或水温大于70。C时，用红色发光二极管发出报警信号。

（5）当水温在40。C～70。C之间时，用绿色发光二极管指示水温正常。

1.3 设计要求

（1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图（运用PROTEL电路设计软件）；

（2 选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）；

(3) 进行PCB（印制电路板）设计（用PROTEL等电路设计软件）；（4）按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），并完成相应答辩。

二设计的方案的选择与论证

2.1 设计原理

通过测温部分对水温进行测量，将所测量的温度值与给定值在比较部分进行比较，将比较后的输出信号传递至加热部分，使加热电路调控水温，实现对水温的控制。另外通过另一个电路将

输出信号传递到报警部分，对应的红、绿发光二极管工作。最后运用交直流变换电路实现对其供电。原理方框图如下

图2.1.1 总原理图

2.2 方案设计

2.2.1 可行方案

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构成窗口比较器，再利用滑动变阻器来调节上下限电压，将输出电压值与设定的电压值进行比较来控制三极管，以达到使绿色和红色二极管根据不同温度亮灭的目的。同时也将第一部分输出的电压值在比较部分进行比较来控制继电器以达到控制外电路的目的。通过对电路设计要求的全面考虑，使用LM324比较容易实现第一部分的功能，同时为了方便电路的调试，热敏电阻可以使用铂电阻Pt100。加热器可选用加热

电阻丝。

方案二：555时基电路

图2.2.1 555时基电路图

IC1555集成电路接成自激多谐振荡器，Rt为热敏电阻，当

水温温度发生变化时，由电阻器R

1、热敏电阻器Rt、电容器C

1

组成的振荡频率发生变化，频率的变化通过集成电路IC1555的3脚送入频率解码器集成电路IC2 LM567的3脚，当输入的频率正好落在IC2集成电路的中心频率时，8脚输出一个低电平，使得继电器K导通，触电吸合，从而控制设备的通断，形成温度控制电路的作用。

方案三：单片机

对于单片机而言，由于现阶段专业知识有限，单片机还不能

完全掌握，并且其成本较组合电路更高。

方案四：组合电路

对组合电路而言，一个组合只能完成一个温度控制点的控制，成本较高并且非常不实用。

2.2.2 方案的讨论与选择

方案一符合现在所学内容，运用集成器等原件易获得。而方案二较方案一更复杂，原理更难理解，实现起来更不容易。方案三运用单片机知识，难度更大，并且现阶段还没有涉及到相关知识。方案四虽然技术上易于实现，但实用性不强，且成本较高。综上考虑选择方案一。

2.3 选定方案的论证

2.3.1 选定温度传感器的论证

根据设计要求，设计出的仪器主要用在对室内水温的控制上，水温范围应该在0℃-100℃之间，温度传感器应该可以测这之间的任一温度，并且具有很好的稳定性。再结合性能以及价格方面的原因，选择了集成温度传感器铂电阻Pt100。

(1+At+Bt×铂电阻Pt100的阻值与温度之间的关系为R=R

t)，当PT100在0℃的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升而匀速增涨的，它的线性度也可以在高温的时候保持得非常好。因此铂电阻Pt100完全符合设计要求。