空调机温度控制器

摘要:温度监测及控制电路是典型的模拟电路控制系统，在日常生活中得到越来越多的应用，其设计逐渐引起了人们的重视。本文所设计的空调机温度控制器,通过对测温电桥输出电压差进行两级放大，把放大后的电压值经由单限比较器与设定的门限值（即规定的温度）进行比较后输出，当室内环境温度高于设定温度时，大于比较器的门限值，此时控制器启动空调压缩机制冷,并同时发出提示信号，进而可以实现对环境温度的监测。改变单限比较器的阈值电压

U还可以改变控温的范围，实现温度连续可调，

R

本次设计的测温范围为22℃--25℃。

关键词：温度监测；比较器；放大

一．概述

随着电子技术的飞速发展，各类转换电路的不断推出以及电子产品的快速更新，电子技术已成为世界发展和人们生活中必不可少的工具。温度自动控制电路，是通过对电压的测量来实现对温度的控制，具有实用价值，在很多方面得到了应用。

本文为空调机温度控制器的设计，利用温度传感器（热敏电阻）随温度的变化阻值变化的特点，使其组成测温电桥的一臂，通过对电桥输出电压的放大，电压值与单限比较器的阈值电压进行比较，当室内环境温度高于设定温度时，其输出信号之间产生的电压差，大于比较器的门限值，此时控制器启动空调压缩机制冷,并同时发出提示信号;当环境温度低于设定温度时，控制压缩机停止制冷,实现其功能测试。

本次课设要求设计一个温度检测控制电路，其温度设定范围在22℃--25℃之间，温度采集误差在±1℃，提示灯点亮时间约为5s,并实现上下限温度连续可调。二．方案论证

设计一个空调机温度控制器，能够实时采集室内环境温度，并在室内环境温度高于设定温度时，控制器启动空调压缩机制冷,并同时发出提示信号。

根据技术指标的要求，本文针对空调机温度控制器的设计采用了如下方案，如图1所示：

图1 方案一原理框图

题目中要求的各部分作用如下：

1．温度采集：通过调节滑动变阻器的阻值，使电阻分压值改变，输出端产生电压差。2．差动放大：把电桥输出的微小电压差进行放大，得到合适的电压值。

3．电压比较器：与放大后的电压值进行比较，输出高低电平。

4．执行单元：当超出温度范围22℃--25℃时报警。

在设计中，首先将12Ⅴ直流电压利用稳压二极管稳定热敏电阻两端电压实现稳定流过它的工作电流，进而稳定其温度系数的目的，通过其电阻阻值的改变，得到微小的电压差，再运用两级放大电路，根据实际需要，来改变放大的倍数，得到所需要的电压值，与单限比较器的阈值电压进行比较，当温度高于设定温度时，放大电路的输出电压大于比较器的门限值，此时控制器启动空调压缩机制冷,并同时发出提示信号。当环境温度低于设定温度时，控制压缩机停止制冷。

通过实验的验证，最终可以按照题目要求的完成任务。

三．电路设计

1.直流稳压电源电路

直流稳压电源电路的原理图如图2所示。本电路将220V交流电变为±12V直流电压，为单稳态电路提供电源。

图2 直流稳压电源电路

2.温度采集电路

温度采集电路如图3所示。通过电位器调节桥臂电阻阻值,从而改变两输出端的电压差。

理论计算:

)20(-+=T K R R O T ，K=-5%，O R =1 K Ω

当温度为20℃时，R3=90Ω，R2+ R3=1 K Ω,

∆U=

⨯+++32132R R R R R 1D U -⨯++7657R R R R 1D U =6100010001000⨯+-⨯+100010001000

6=0V

当温度为25℃时，R3=77Ω，R2+ R3=987 K Ω,

∆U=⨯+++32132R R R R R 1D U -⨯++7657R R R R 1D U =61000987987⨯+-⨯+1000

10001000

6=-19.627

mV

图3 温度采集电路原理图

3.放大电路

放大电路如图4所示。由于温度采集电路输出的电压差很小，不符合实际要求，因此需经放大电路进行放大。第一级为差分放大电路，第二级为同相比例放大，前一级放大20倍，后一级放大50倍，使得微小电压差在放大了1000倍后输出。

理论计算:

第一级放大倍数：810R R Au ==

201

20

= 第二级放大倍数：131312R R R Au +==

501

1

49=+

图4 放大电路

4.电压比较器电路

电压比较器电路原理图如图5。本电路使用一运算放大器，使其工作在非线性工作区，构成单限比较器。当输入电压高于12V 时，输出低电平，反之输出高电平。

理论计算:

当外加参考电压为U 时，

阈值电压R U =-U R R ⨯1415=-()121

1

-⨯=12V

R14

1K

R151K

R181K

1

2

3

U3A

图5 电压比较器电路原理图

5.单稳态电路与报警电路

单稳态与报警电路如图6所示。当温度高于设定温度时，放大电路的输出电压大于比较器的门限值，输出低电平，此时控制器启动蜂鸣器响起，持续时间为5 s ，同时伴有指示灯红灯发光。当环境温度低于设定温度时，指示灯绿灯发光。

R17 5K

R20

500 R19

500

Q1

D2 LED2D1

LED1

R21

1K

R22

1K

C1

10uF

C2

0.01uF

C3

1nF

TRIG

2

Q

3

R

4

CVolt

5

THR

6

DIS

7

V

C

C

8

G

N

D

1

U5

U5

BUZZER

图6 单稳态电路与报警电路

四、性能的测试

1.直流稳压电源的测试

在直流稳压电源输入端输入220V交流电，将示波器的A,B输入端分别接到稳压电源的输入和输出端，使电路通电观察示波器波形，通过波形可知本电路满足要求。直流稳压电源的测试和输入和输出端波形如图7图8所示。

图7 直流稳压电源的测试