电子温度控制器课程设计(DOC)

---- 辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：电子温度控制器院（系）：电子与信息工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间： 2014.6.30-2014.7.11课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号学生姓名 专业班级课程设计题目电子温度控制器课程设计（论文）任务设计参数：1.现设计并制作能高精度电子温度控制器。

2.设计电路所需的直流稳压电源。

3.工作温度范围：25℃—+80℃。

4.精度±1℃。

设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。

对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

进程计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：选择器件进行单元电路设计；第5天：单元电路设计及仿真；第6天：整体电路设计并仿真；第7天：电路焊接制板；第8天：焊接调试；第9天：完善设计；第10天：答辩。

指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字：年 月 日摘要温度控制系统在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用。

一些工业上的自动化设备需要将温度控制在一定范围内，才能保证所制造的产品的质量。

电子温度控制系统一般由温度测量部分、温度控制部分和直流稳压电源部分组成。

温度测量部分主要用来接收当前系统中的温度，然后通过差动放大电路将热敏电阻的电压信号发送到温度控制部分，本设计采用MF58热敏电阻；温度控制系统主要是用来控制外部调温系统的，它接收来自温度测量部分的信号，然后与所要控制的温度信号进行比较，从而决定是否加热升温或冷却降温；直流稳压电源部分主要是用来给电子温度控制器供电，一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路构成，而我选择使用三端集成稳压器LM78××电路。

差动放大电路和滞回比较器部分电路采用集成uA741运算放大器，而温度控制我们通过控制继电器来控制加热丝加热或风扇散热。

经过了multisim仿真，验证了工作温度范围：25℃—+80℃、精度±1℃指标，基本满足设计要求。

关键词：温度；放大；电源；继电器。

目录第1章绪论 (1)1.1电子温度控制器概况 (1)1.2本文研究内容 (1)1.2.1 设计要求 (1)1.2.2 设计参数 (1)第2章电子温度控制器电路设计 (2)2.1总体设计方案框图及分析 (2)2.2具体电路设计 (2)2.2.1测温电桥的设计 (2)2.2.2差动放大电路的设计 (3)2.2.3多级调温电路 (4)2.2.4滞回比较器的设计 (5)2.2.5三极管及外围控制电路的设计 (6)2.3±12V直流稳压电源的设计 (7)2.4电子温度控制器的整体电路设计 (8)2.4.1整体电路图 (8)2.4.2电路参数计算 (9)2.4.3整机电路性能仿真验证 (9)第3章课程设计总结 (11)参考文献 (12)附录：器件清单 (13)第1章绪论1.1电子温度控制器概况温度控制系统在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用。

一些工业上的自动化设备需要将温度控制在一定范围内，才能保证所制造的产品的质量。

因此，温度测量控制系统有提高自动化设备性能的重要意义。

而现今很多的温度控制系统大多数都有很多的缺点，主要的就是价格昂贵，反应速度慢或者是精度不高等。

这些缺点使得温度控制部分成为整个系统中的一个污点。

随着工业自动化的普及与发展，要求有更先进、更稳定、更可靠的检测控制系统，以完成数据的采集并控制输出设备安全运行。

1.2本文研究内容1.2.1设计要求1 .分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2 .确定合理的总体方案。

对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3 .设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

1.2.2设计参数1.现设计并制作能高精度电子温度控制器。

2.设计电路所需的直流稳压电源。

3.工作温度范围：25℃—+80℃。

4.精度±1℃。

第2章 电子温度控制器电路设计2.1总体设计方案框图及分析电子温度控制器是由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成的测温电桥的，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器的“加热”与“停止”。

改变滞回比较器的比较电压，即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回的滞回宽度确定。

而滞回比较电压是通过多个电阻档位进行分压产生参考的电压信号。

总体方案框图如图2.1所示。

图2.1 总体方案设计框图2.2具体电路设计2.2.1测温电桥的设计Rt 1kΩKey=A50 %Rw110kΩKey=A50 %R1100kΩR220kΩR3220Ω12V 3Dz1N4735AVCC 012UAUB图2.2 测温电桥电路如图2.2所示，由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器。

其呈现出的阻值与温度呈线性变化关系且具有负温度系数，而温度又与流过它的工作电流有关。

为了稳定Rt的工作电流，以达到稳定其温度系数的目的，电路中设置了稳压管DZ 。

RW1可决定测温电桥的平衡。

热敏电阻Rt采用负温度系数的热敏电阻(NTC)。

负温度系数的热敏电阻又分为普通型、稳压用、温度检测用、温度控制用等多类，根据设计要求需要检测温度，因此采用温度检测型NTC热敏电阻。

又根据温度检测范围需要在25℃-80℃，所以采用MF58热敏电阻。

MF58热敏电阻的阻值随温度变化如表2.2所示。

表2.2 MF58热敏电阻阻值随温度变化表2.2.2差动放大电路的设计A17413247651R410kΩR510kΩR61MΩRw2100kΩ50 %Rw3100kΩKey=A50 %14VCC12VVCCVEE-12VVEEVEER7910kΩ23675UAUBUo1图2.3 差动放大电路差动放大电路如图2.3所示。

由A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压ΔU按比例放大。

其输出电压72472614456W WO A BR R R R R RU U UR R R R⎛⎫⎛⎫⎛⎫+++=-+ ⎪⎪ ⎪+⎝⎭⎝⎭⎝⎭温度/℃25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 电阻/KΩ 1.00 0.83 0.69 0.57 0.48 0.41 0.34 0.29 0.25 0.22 0.19 0.16当45R R =，726()W R R R +=时()7214W O B A R R U U U R +=-其中R W3用于差动放大器调零。

差动放大电路的输出电压仅取决于2个输入电压之差和外部电阻的比值。

差动放大电路输出电压随温度变化如表2.3所示。

表2.3 差动放大电路输出电压随温度变化2.2.3多级调温电路S1S2S3S4Ra 866ΩRb 1.37kΩRc 2.5kΩRd 2.74kΩRe 3.01kΩRf 3.9kΩRg 4.32kΩRh 7.15kΩRi 4.64kΩRl 4.32kΩRm 4.53kΩRn 3.32ΩRo 2.74kΩRp 2.15kΩRq 1.3kΩRr 1.87kΩRs 2.49kΩRu 1.43kΩRw41kΩKey=A50 %Rk 5kΩ12VUo2图2.4 多级调温电路温度/℃253035404550556065707580电阻/K Ω 1.00 0.83 0.69 0.57 0.48 0.41 0.34 0.29 0.25 0.22 0.19 0.16BA U /mV 0 20 36 51 61 70 78 84 89 92 96 1001O U /V23.65.16.17.07.88.48.99.29.6 10.0调温电路是通过改变与差动放大电路放大的温度电压信号相比较的电压信号，从而改变滞回电路输入的差模信号。

如图2.4所示，该电路主要是通过电阻进行分压调节。

为了可以进行多档位调节，我们选择了拨码开关S1，S2，S3，S4当作开关来使用，进行电阻变换。

即从左向右依次对应25℃—30℃, 30℃—35℃,35℃—40℃, 40℃—45℃, 45℃—50℃, 50℃—55℃, 55℃—60℃, 60℃—65℃, 65℃—70℃, 70℃—75℃, 75℃—80℃,共11个档位。

调节电位器RW4即可在该档位内进行调节。

2.2.4滞回比较器的设计A27413247651R91MΩR810kΩVCCVEE2VCCVEE153Uo2Uo1UT图2.5 滞回比较器电路差动放大器的输出电压UO1输入由A2组成的滞回比较器。

设比较器输出高电平为OHU，输出低电平为OLU，参考电压U R加在反相输入端。

当输出为高电平OHU时，运算放大器同相输入端电位222+FH i OHF FR Ru u UR R R R+=++当iu减小到使H Ru U+=时，即22Fi TL R OHF FR R Ru U U UR R+==-此后，只要iu稍有减小，输出就从高电平跳变为低电平。

当输出为低电平OLU时，运算放大器同相输入端电位222+FL i OLF FR Ru u UR R R R+=++当i u 增大到使L R u U =时，即22F i TH R OL F FR R Ru U U U R R +==- 此后，只要i u 稍有增加，输出就从低电平跳变为高电平。

因此，TL U 和TH U 为输出电平跳变时对应的输入电平，常称TH U 为下门限电平，TL U 为上门限电平，而两者的差值为()2T TR TL F OH OL U U U R R U U ∆=-=-。

T U ∆称为门限宽度，其大小可通过调节2F R R 的比值来调节。

调节R W4可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。

2.2.5三极管及外围控制电路的设计R102MΩR121kΩQ12N2712LED112V3KK1EDR201A054Q22N3702201R111kΩLED26KK2EDR201A05VCC578910UT加热丝风扇图2.6 三极管及外围控制电路的设计电路如图2.6所示，差动放大器输出电压U O1经分压后A2组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压U R 相比较。