温度控制电路

电子技术课程设计报告

学院：电气与电子工程学院

专业班级：

学生姓名：

指导教师：林喜荣

完成时间：2013.12 .23

成绩：

温度控制电路设计报告

一. 设计要求

设计一温度控制电路,用电阻模拟温度传感器,用不同颜色的LED灯的亮灭对应不同温度。,

（1）．用电阻模拟温度传感器,。通过调节电位器来调节电压，与串联分压电路的电压进行比较。

（2）．要有一个放大电路，调节电压与串联分压的结果通过放大电路来输出。上级的输出通过开环电压比较器，来决定开环电压比较器输出高低电平。（3）．调节电位器，观察红绿发光二极管交替点亮，通过搭建的电路图分析工作原理，验证实验是否正确，测试各电路功能。不同颜色的发光二极管灯的亮灭对应不同温度。

（4）. 在实验前，通过电脑软件进行仿真，确认实验通过测试，才可以进行实际实验；

二. 设计的作用、目的

作用：

简易温度控制器是采用热敏电阻作为温度传感器,由于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。

目的：本次课程设计是对于我们所学的传感器原理知识所进行的一次实际运用，通过自主的课程设计和实际操作，可增加我们自身的动手能力。特别是对温度传感这方面的知识有了实质性的了解，对进一步学习传感器课程起到很大的作用。

目的：

1，巩固加深对数字电子技术基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。

2，通过查找资料、定方案、设计电路、仿真和调试、等环节的训练，培养我们独立分析问题、解决问题的能力。

3．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理。

4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

三.设计的具体实现

1．系统概述

温度控制电路要求电路对系统的温度变化有着灵敏的反应，将温度信号转化

为电信号，需要在温度的变化超过一定界限时进行报警。因此可知此电路应包含温度传感电路、电信号处理电路、温度控制报警电路。

本系统由温度传感器电路即热敏电阻，电信号处理比较电路即电压比较器LM324D 及附加电阻，温度控制报警电路即三极管2SC1815及红绿LED 发光二极管各一盏。其温度传感控制系统如下图：

温度控制电路框图

这样设计的系统结构简单易于搭建和仿真，，可行性更高。所采用的元件都是常见方便使用的，因此更适合实验使用。通过主要执行的功能不同可以分为三个功能块，分别是温度传感、信号处理和报警控制。 温度传感部分使用最为常见的热敏电阻，

其阻值近似随着环境温度的变化而

线性变化。在实验过程中可以使用滑动变阻器来代替热敏电阻。这样在实验过程中更易于操作电阻的变化和电压比较器输出的信号。从而控制LED发光二极管的交替发亮。

温度控制电路在工作过程中，在环境温度高于设定的温度时，热敏电阻将温度信号转换为电信号，触发电压比较器，使比较器输出高电平，三极管导通，短路绿色LED发光二极管，导通红色LED发光二极管。

当温度低于设定温度时，，热敏电阻将温度信号转换为电信号，该电压信号低于设定的电压，电压比较器输出低电平，三极管不导通，绿色LED发光二极管导通发亮，红色LED发光二极管截止。

2．单元电路设计(或仿真)与分析

温度控制电路分为三个单元，分别是温度传感单元、信号处理单元和温度控制报警单元，下面详细分析各个单元电路器件的选择、设计和工作原理的分析、仿真，包括有关参数的计算及元器件参数的选择。

(1).温度传感单元

此单元主要由温度传感器构成。在温度传感器的选择上，常有两种方案。一是选用阻值随温度变化的热敏电阻，二是选用数字集成芯片如LM35。正温度系数热敏电阻器也称PTC型热敏电阻器，属于直热式热敏电阻器，其主要特性是电阻值与温度变化成正比例关系，即当温度升高时，电阻随之增大。LM35是美国国家半导体公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度成线性关系。因而，从使用角度来说，LM35与开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之粗，LM35无需外部校准或微调，可以提供常用的室温精度。为了实验和设计的方便，在温度传感器的选择上，本次设计采用热敏电阻器。

在仿真模拟电路和实验搭建电路的过程中，由于直接控制温度变化而使热敏电阻发生变化较为困难，因此采用阻值可以线性变化的滑动变阻器来近似代替热敏电阻，二者在输出电阻方面性质方面几乎一致，采用滑动变阻器可以使实验过程更为方便，误差和变化更小。

温度传感单元需要将温度信号转换为电压信号，在热敏电阻即滑动变阻器一侧串联一电阻，并接入直流稳压电源，则可以通过串联分压将电阻信号转换为电压信号。如图所示：

定值电阻阻值可以选择R3=2千欧，滑动变阻器选择R1=5千欧。

(2).信号处理单元

此单元主要由同相比例放大器和附加电阻构成。通过电阻串联分压，滑动变阻器一端输出微小的电压信号，而这样微小的电压信号是不足以点亮LED发光二极管的，因此要在它的输出端接入同相比例放大器。经过放大的电压信号输入电压比较器，与设定的电压对比而产生高低电平来控制三极管的导通。其电路如图所示：

为了获得更大的放大系数，取R5=R6=2kΩ，R9=R13=10kΩ。

(3).温度控制报警单元

虽然传感器的输出信号经过放大器进行了放大，但如果直接点亮二极管就无法起到对设定的上限温度或设定的下限温度进行判断的作用，从而分别点亮不同颜色的二极管。在此，可以选择电压比较器来对输出电压和某特定电压进行比较，这个比较电压可以根据电阻分压电路的输出电压和温度特性，以及放大后的信号和电阻分压电路的输出信号的关系得出，进而起到设定的上限温度或下限温度的作用。

放大器输出的电压信号与比较器另一端输入的电压信号进行比较，分别输出高电平与低电平。当输入电压大于设定电压时，输出高电平，LED2被点亮，三极管导通，使得LED1被短路，因而不亮。当输入电压小于设定电压时，输出低电平，LED2被截止，不能被点亮，三极管同样截止，相当于断路，因而LED1导通。当输入电压等于设定电压时，电压比较器输出为零，此时三极管导通，LED1被截止，不亮；LED2所在电路电流不足以使LED2导通，同样发光二极管LED2也不回被点亮。

具体的温度控制报警单元电路图如下图所示