水温控制系统 电子技术课程设计

东北石油大学课程设计

2013 年7月5日

东北石油大学课程设计任务书

课程电子技术课程设计

题目水温控制系统设计

专业自动化学号

主要容：

根据技术指标和已知条件，选择合适的温度传感器、选择合适的继电器或晶闸管。

完成对水温控制系统的设计、装配与调试。

基本要求：

①设计制作可以测量和控制温度的温度控制器

测量和控制温度围：5～80℃，

控制精度：±1℃，

控制对象：双向晶闸管或继电器，

晶闸管或继电器触点连接：一组转换接点（市电220V/50Hz/2A）。

②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画

出总体电路原理图，阐述基本原理。（选做：用PSPICE或EWB软件完成仿真）

③安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

主要参考资料：

[1] 吴友宇.模拟电子技术基础.:清华大学[M].清华大学.2009年05 月

[2] 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编[J].理工大学.2004年01月

[3] 凤言.电子电路基础[M].:高等教育.1995

[4] 华中科技大学电子技术课程组电子技术基础[M].高等教育.2005年07月

[5] 吴慎山.电子线路设计与实践——高等学校电子信息类教材[J].电子工业.2005年09月

[6] 黄锦安, 付文红, 蔡小玲编-电路与模拟电子技术[M].高等教育.1997.

完成期限2013.7.1-2013.7.5

指导教师建国许爱华

专业负责人徐建军

2013年7月5 日

目录

1 任务和要求 (3)

2 总体方案设计与选择 (3)

2.1 设计原理及方法 (3)

2.2 单元模块设计 (4)

2.2.1 电源模块 (4)

3.2.2 温度传感器模块 (4)

3.2.3 放大器模块 (5)

3.2.4 比较器模块 (7)

3.2.5 继电器模块 (8)

3.2.6 加热模块 (10)

3.2.7温度过低报警模块 (10)

2.3电路的安装与调试 (11)

3.3.1 电路的安装 (11)

3.2.2 电路的调试 (11)

3 电路的仿真 (12)

4 设计总结 (12)

参考文献 (14)

附录Ⅰ元件清单 (1)

附录Ⅱ整体电路图 (2)

1 任务和要求

(1)任务：设计一种可实现测温和控温的电路(2)水温控制系统性能要求

➢工作温度围：室温~100℃。

➢控温精度：±1 o C。

➢控温通道输出为双向晶闸管或继电器，一组转换触点为市电（220V，10A）。

2 总体方案设计与选择

2.1 设计原理及方法

根据原理方框图，该设计问题可分为温度传感器模块，放大器模块，比较器模块，继电器模块,加热模块，温度过低报警模块及温度显示模块。由于电路中含有运算放大器，需接入±12V直流稳压电源，所以电源模块也可算在其中。

原理方框图

图1-1

2.2 单元模块设计

2.2.1 电源模块

本设计的电源电路采用固定集成稳压源电路输出±12V电压。稳压源电路如图2-3-1-1：

电源电路

图3-2-1-1

这是一个用集成稳压器输出的稳压源电路，LM7812和LM7912是集成稳压器，分别控制输出±12V直流电压。电源接220V交流电后经变压器后变为15V左右的交流电，再经桥式整流后滤波，此时的电压不稳定，经上述集成稳压器后就能得到较稳定的电压。

3.2.2 温度传感器模块

本设计选用LM35温度传感器连转化温度。LM35的输出电压与摄氏温度呈线性关系，转换公式为：

V out=10mV o C T o C

在0℃时输出为0V，每升高1℃输出电压增加10mV,LM35的外观如图所示

图3-2-2-1

LM35

图3-2-2-2

常温下LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。此设计采用单电源供电，在25℃下的静默电流约50μA，非常省电，并且无散热问题，精度非常高。并且输入电压宽，从4V到30V都可以。所以选择LM35很合适。

3.2.3 放大器模块A

放大器和比较器均要用到运算放大器，这里采用LM324集成运放。LM324是4个运算放大器的集成器件，这个设计中选择其中的两个使用。LM324的接线图如图3-2-3-1：

LM324集成运放

LM324N实物图

下面说明放大器的原理：

此设计用正相比例放大器，使输出时正电压，考虑到控制的温度是室温到80 o C，所以取放大器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。正相比例放大器的原理图如图3-2-3-3：

正向比例放大器原理图

图3-2-3-3

由运放的“虚短”“虚断”的性质有

i o i o i i v R R v R v v R v i ）1

22

11(

0 +=∴-=∴=

这里取R 1=10K Ω，则R 2=90 K Ω，因为电源电压为12V ，保持10倍放大，则设定的电压值与温度的转换关系就为10 倍，比较容易控制和调节。实际中取R 2=90.9 K Ω。

3.2.4 比较器模块

这里采用简单的单门限电压比较器，使用的运算放大器为LM324中的一个。电路图如图3-2-4-1：

单门限电压比较器