简易温度控制器

东北石油大学课程设计课程电子技术课程设计题目简易温度控制器设计院系电气信息工程学院自动化系专业班级自动化08-11班学生姓名单维龙学生学号080601141127指导教师任爽李宏玉2010年7 月9日东北石油大学课程设计任务书课程电子技术课程设计题目简易温度控制器设计专业自动化姓名单维龙学号080601141127主要内容：根据设计要求，运用所学的模拟电子技术及电路基础等知识，自行设计一种，能够控制负温度系数的热敏电阻所在环境内的温度，当温度低于最小值或高于最大值时分别由LED1和LED2指示的简易温度控制器。

基本要求：要求设计一个简易温度控制电路,能够采集信号,并将所采集到的信号处理成三种工作状态电路，两个指示灯相应于相应情况时各自发光,表示所在电路工作在相应的过程中主要参考资料：[1] 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006[2] 戴伏生. 基础电子电路设计与实践[M].北京：国防工业出版社，2002[3] 谭博学. 集成电路原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2003[4] 陈光明. 电子技术课程设计与综合实训. [M].北京：北京航空航天大学出版社，2007[5] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试.[M].武汉：华中科技大学出版社，2006[6] 华满清. 电子技术实验与课程设计.[M].北京：机械工业出版社，2005完成期限2010.7.5——2010.7.11指导教师任爽李宏玉专业负责人2010年7 月4日目录1 任务和要求 (1)2 总体方案设计与选择 (1)2.1 温度控制器总框图 (1)2.2 具体方案设计 (1)2.3 方案选择 (2)3 电路总原理框图设计 (2)4 单元电路设计 (2)4.1电阻分压电路设计方案 (2)4.2 单限比较器设计方案 (3)4.3 三极管控制开关以及继电器电路设计方案 (3)4.4 元器件清单 (5)5 单元电路的级联设计 (5)6 电路性能指标的测试 (7)6.1 分压电路输出电压工作测试 (7)6.2 单限比较器比较电压工作测试 (7)7 设计总结 (8)参考文献 (10)1 任务和要求(1)任务：设计一种简易的温度控制器(2)要求：要求设计一个简易温度控制电路,能够采集信号,并将所采集到的信号处理成三种工作状态电路，两个指示灯相应于相应情况时各自发光,表示所在电路工作在相应的过程中2 总体方案设计与选择2.1 温度控制器总框图温度控制电路的总体框图如图1所示，它是由温度信号采取电路、温度信号处理电路、控制温度电路、显示电路四部分构成的。

2.2 具体方案设计方案一：使用感温效果较好的热敏电阻进行温度感应，当周围温度变化时，引起电阻阻值发生变化，进而导致输入到555元件的电压发生变化，式555输出电压发生变化，使相应的二极管发光，相应的设备进行工作。

方案二：利用热敏电阻进行温度测量，当环境温度变化时，热敏电阻的阻值也发生变化，直接导致分压变化，进而使单限比较器的输入电压发生变化，经过比较之后产生两个大小图1方案1原理框图温度信号采集温度信号处理电路控制温度电路显示电路温热敏电阻 改变温度555芯片 处理电压三极管 导通发光二极管 发 光图1 温度控制器总框图不同的电压进入由三极管构成的开关，通过开关后就会有一个三极管导通，使发光二极管和继电器同时工作。

如果是三极管1导通则启动加热装置；反之，若是三极管2导通，就会导致必要的设备工作。

2.3 方案选择与方案二相比，方案一需要用比较复杂的元件，虽然它也能起到比较电压的作用，但是需要的条件比较苛刻，利用率比较低，并且效果不好，基于以上多种原因，选择方案二，因为控制相当简单，原理易于理解，操作方便易行，如果出现异常，还可以简单的进行修改就会达到维修的目的，最重要的是它的性价比较高。

3 电路总原理框图设计温度控制器的原理框图如图所示。

4 单元电路设计4.1电阻分压电路设计方案利用滑动电阻器R1阻值的变化来模拟热敏电阻随温度变化时阻值的变化。

当环境温度变化时，导致热敏电阻的阻值发生相应的变化，从而使对外输出电压uo 发生变化，这样就可以达到温度不同，输出电压不同的目的。

电阻分压电路数据计算：Uo=V1 [R2/(0.5R1+R2)]，而其中V1=12V 、R2=1k Ω、R1为热敏电阻。

温热敏电阻改变温度分压电路 处理电压三极管导通发光二极管 发 光温热敏电阻改变温度分压电路 处理电压三极管导通发光二极管 发 光20k ΩR220VV1200k ΩKey=aR1图2 方案2原理框图图3温度控制总体框图4.2 单限比较器设计方案此部分的输入电压ui1、ui2是同一个电压，也即图4的输出电压。

如果ui1=ui2在5V~10V 之间时，两个单限比较器均输出低电平；如果输入的电压大于10V ，则U1输出高电平，U2输出低电平；如果输入的电压小于5V ，则U1输出低电平，U2输出高电平。

4.3 三极管控制开关以及继电器电路设计方案此部分的工作原理是当向Q1、Q2输入正向电压时三极管导通，从而导致发光二极管导通而发光，继电器工作；如果Q1、Q2两端输入反向电压，则三极管不导通，发光二极管和继电器均不工作；如果向Q1、Q2中输入正反电压，则输入正电压的三极管导通，元件工作，输入反向电压的三极管不导通，元件不工作。

In-In+UI2U2COMPARATOR VIRTUALV15V1k ΩR9UO2图5单限比较器电路图In+In-1k ΩR8Ui110vV8U1UO1COMPARATOR VIRTUALK 2 EDR201A12V212VLED1 LED redR5 18ΩR4 Ui1500ΩQ1BJT NPN VIRTUALK1V3+ ~ -R6 1K ΩV 10EDR201A102500ΩLED212VBJT_NPN_VIRTUAR3 ui2R7 108Ω71 26Q2图6三极管控制开关以及继电器电路单线比较器电路图4.4 元器件清单5 单元电路的级联设计根据温度控制器总框图与选定的方案2的原理框图的思路，将电阻分压电路、单线比较器、三极管控制开关以及继电器、依照如所示的顺序，连接，就构成了完整的温度控制器的原理图，如图7所示。

序号 编号 名称 型号 数量 1 R1 电位器 170 K Ώ 1 2 R2电阻 20K Ώ 1 3 R6、R8、R9、R10电阻 1 K Ώ 4 4 R3、R4 电阻 500Ώ 2 5 R5、R7 电阻 18Ώ 4 6 V7 电源 20V 1 7 V8、V9 电源1KV28 V2、V10 电源 12V 2 9 V3 电源 220V 、50Hz 1 10 U1、U2 理想比较器 COMPARATOR_VIRTUAL1 11 L1、L2 发光二极管 LED_red 2 12K1、K2继电器EDR201A122元器件清单温度信号采集温度信号处理电路控制温度电路显示电路温热敏电阻 改变温度 分压电路 处理电压 三极管导通 发光二极管 发 光V7 20vV8 10vR8 1k ΩR1 170k ΩR2 20k ΩR9 1k ΩU2R3500k ΩV10 12vR7 180k ΩR10 1k ΩV2 12vR5 180ΩR4500ΩV3R6 1k Ω220V 50 HzU1Q1Q2图7 整体电路原理图6 电路性能指标的测试要求，对电路进行了Multisim 软件仿真，整体仿真电路的连接见附录Ⅱ，在输出端接入相关万用表，检测设计要求所需要的各个参数。

6.1 分压电路输出电压工作测试温度变化时会导致R1的阻值发生相应的变化，从而导致分压发生变化。

以下分别为当R1为10k Ω、60k Ω、170k Ω时的输出电压： R1=10k Ω时，输出电压为16v R1=60k Ω时，输出电压为8v R1=170k Ω时，输出电压为3.8v6.2 单限比较器比较电压工作测试低于最小值时， R1等效为10k Ω，使得U1输入电压大于10V ，Q1工作，Q2不工作，发光二极管L1亮，电阻丝进行加热，其工作时的电路图如下图所示。

EDR201A12V212VLED1 LED redR518ΩR4 Ui1500ΩQ1BJT NPN VIRTUALK1V3+ ~ -R6 1K Ω图8温度低于最小值时比较电压工作电路图当温度高于最大值时， R1等效为170k ，使得U2输入电压小于5V ,Q2工作，Q1不工作，发光二极管L2亮，其工作时的电路图如下图所示。

当温度介于最小值和最大值之间时，U1、U2输入电压介于5V 和10V 之间，所以两个二极管都不导通，所以发光二极管不发光，继电器不启动。

7 设计总结本课题要求设计一个简易温度控制电路,能够采集信号,并将所采集到的信号处理成三种工作状态电路，两个指示灯相应于相应情况时各自发光,表示所在电路工作在相应的过程中。

发光二极管1放光表示温度低于温度最小值的工作状态，此时继电器启动导致电阻丝工作进行加热；发光二极管2发光表示温度高于温度最大值的工作状态，此时继电器启动导致相应的元件进行工作，所以该电路已基本达到任务要求及性能指标。

此次实验制作的简易温度控制电路所使用的都是较实用器件,电路图简单并且比较容易看懂,所用器件价钱也比较合理,总体看来性价比基本符合要求。

该课题涉及到模拟电子线路、Multisim 软件仿真等。

方案实行中应用电阻分压、单限比较器、三极管控制开关以及继电器电路等。

该课题目的是要设计温度控制电路，能V 10EDR201A102500ΩLED212VBJT_NPN_VIRTUAR3 ui2R7 108Ω71 2 6Q2图 7 温度大于最大值时比较电压工作够控制负温度系数的热敏电阻所在环境内的温度，当温度低于最小值或高于最大值时分别由LED1和LED2指示。

所设计的电路结构简单、成本低、易于操作、使用寿命较长；采用LED作报警灯，并且会在温度较低的情况下进行加热。

LED报警灯具有结构简单、寿命长、耗电省、美观鲜艳、易于识别等特点。

课设的时间虽然不算长，但课设的过程是最重要的。

通过调试及设计的过程使我加深了对所学的这部分内容的理解，理解了各部分的具体作用，最终调试出了符合设计要求的电路。

我觉得电路是否成功这个结果并不是最重要的，重要的是学习的过程，在这个过程中我锻炼了自学能力并培养了坚持的信念。

非常感谢这次的课设，在此向我的指导教师致以深深的谢意，感谢老师的耐心指导。

通过这一周的课程设计使我学到了很多，这阶段我查过很多资料，查阅到很多关于集成直流稳压电源的电路的知识。

但经过这次课程设计使我又一次复习并继续学习了电子技术知识，这次的学习会让我受益匪浅。

在课程设计的过程中也看到了我自身的不足，如原理知识掌握不实，曾经学过的知识如今却不会应用，希望日后学校能够为我们创造更多这样自己动手实践的课程，提供给我们更多的锻炼机会来培养实践能力，对我们今后的发展，将产生很大的影响。