1、我們本次課程設(shè)計(jì)的主題是做一個(gè)簡(jiǎn)易溫度控制器。根據(jù)課題， 我們?cè)O(shè)計(jì)用純比較運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)其任務(wù)要求。具體方法是采用熱敏 電阻作為溫度傳感器，將溫度模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再利用比較運(yùn)算 放大器與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，輸出高或低電平至電路控制元件從而 對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。整個(gè)電路分為四個(gè)部分：測(cè)溫電路，比較電路， 報(bào)警電路，控制電路。其中后三者為技術(shù)重點(diǎn)。為模擬溫度變化，此設(shè)計(jì)用滑動(dòng)變阻器代替熱敏電阻，而加熱部 分，用繼電器連接兩LED燈模擬實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：溫度控制、溫度模擬量、純比較運(yùn)算放大器目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Docum

2、ent 1、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)4 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1.2設(shè)計(jì)要求4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2.1系統(tǒng)要求5 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 2.2方案設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark38 o Curren

3、t Document 2.3系統(tǒng)組成及工作原理7 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3、單元電路設(shè)計(jì)83.1測(cè)溫部分單元電路 8電路結(jié)構(gòu)及工作原理8 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 電路仿真8 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 元器件的選擇83.2比較部分單元電路8電路結(jié)構(gòu)及工作原理8 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 電路仿真9 HYPERLINK l bookmark59 o Current

4、 Document 元器件的選擇93.3報(bào)警部分單元電路9電路結(jié)構(gòu)及工作原理9電路仿真10 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 元器件的選擇103.4控制部分單元電路10電路結(jié)構(gòu)及工作原理11電路仿真11 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 元器件的選擇11 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 4、 系統(tǒng)仿真13 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document 5、 電路安裝、調(diào)試與測(cè)試16 HYPERLINK l

5、 bookmark116 o Current Document 5.1電路安裝16 HYPERLINK l bookmark119 o Current Document 5.2電路調(diào)試165.3系統(tǒng)功能及性能測(cè)試17測(cè)試方法設(shè)計(jì)17 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document 測(cè)試結(jié)果及分析17 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 6、參考文獻(xiàn)19 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 7、總結(jié)和體會(huì)20 HYPERLINK l bookmark140 o

6、 Current Document 8、附錄211、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，用溫度傳感器檢測(cè)容器內(nèi)水的溫 度，以檢測(cè)到的溫度信號(hào)控制加熱器的開關(guān)，將水溫控制在一定的范 圍之內(nèi)。1.2設(shè)計(jì)要求1、當(dāng)水溫小于50C時(shí)，H1、H2兩個(gè)加熱器同時(shí)打開，將容器內(nèi) 的水加熱，；2、當(dāng)水溫大于50C，但小于60C時(shí)，H1加熱器打開，H2加熱 器關(guān)閉；3、當(dāng)水溫大于60C時(shí)，H1、H2兩個(gè)加熱器同時(shí)關(guān)閉；4、當(dāng)水溫小于40 C，或者大于70 C時(shí)，用紅色發(fā)光二極管發(fā)出 報(bào)警信號(hào)；5、當(dāng)水溫在40C70C之間時(shí)，用綠色發(fā)光二極管指示水溫正 常；6、電源：220V/50HZ的工頻交

7、流電供電。（注：直流電源部分僅完成設(shè)計(jì)即可，不需制作，用實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)壓 電源調(diào)試）按照以上技術(shù)完成要求設(shè)計(jì)出電路，繪制電路圖，對(duì)設(shè)計(jì)的電路 用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2進(jìn)行必要的仿真，仿真通過(guò)后購(gòu) 買元器件，用萬(wàn)用板焊接電路，然后對(duì)制作的電路完成調(diào)試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，通過(guò)答辯。設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)考慮方便調(diào)試。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)要求主要技術(shù)要求為將溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字溫度信號(hào)再轉(zhuǎn)化為 控制信號(hào)，對(duì)報(bào)警電路和控制電路進(jìn)行控制。任務(wù)要求有四個(gè)溫度控 制點(diǎn)（分別存在各個(gè)器件的控制）.如下（H1.H2均為加熱器）：*一紅燈f 綠燈紅燈Hl. H2Hl.HZH140C50C60C70

8、C2.2方案設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)要求，查閱資料可采用555時(shí)基電路、比較運(yùn)算放大器和555集成邏輯電路的組合電路、純比較運(yùn)算放大器電路、單片機(jī)。方案一：555時(shí)基電路1 RIU 10K162IC1555集成電路接成自激多諧振蕩器，Rt為熱敏電阻，當(dāng)水溫溫度發(fā)生變化時(shí)，由電阻器R1、熱敏電阻器Rt、電容器C1組成的振 蕩頻率發(fā)生變化，頻率的變化通過(guò)集成電路IC1555的3腳送入頻率 解碼器集成電路IC2 LM567的3腳，當(dāng)輸入的頻率正好落在IC2集成 電路的中心頻率時(shí)，8腳輸出一個(gè)低電平，使得繼電器K導(dǎo)通，觸電 吸合，從而控制設(shè)備的通斷，形成溫度控制電路的作用。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)于單片機(jī)而言，由于現(xiàn)階段

9、專業(yè)知識(shí)有限，單片機(jī)還不能完全 掌握，并且其成本較組合電路更高。方案三：組合電路對(duì)組合電路而言，一個(gè)組合只能完成一個(gè)溫度控制點(diǎn)的控制，成 本較高并且非常不實(shí)用。方案四：純比較運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制的報(bào)警和控制加熱。綜合考慮成本、焊接難度和任務(wù)要求后選用了純比較運(yùn)算放大器 電路.其有以下優(yōu)點(diǎn)：輸入輸出規(guī)則、元件體積小、管腳少焊接簡(jiǎn)單、 價(jià)格低廉。2.3系統(tǒng)組成及工作原理原理方框圖如下：系統(tǒng)組成及工作原理：由測(cè)溫部分，比較部分，報(bào)警部分，控制 部分四部分組成，測(cè)溫部分用熱敏電阻將溫度模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信 號(hào)，與給定值在比較部分進(jìn)行比較，輸出高地電平來(lái)控制報(bào)警部分的 LED燈和控制部分

10、繼電器的開斷，進(jìn)而以弱電控制強(qiáng)電使控制部分的 加熱器工作，再改變水溫，形成循環(huán)，達(dá)到控制溫度的日的。R12R1450DR2313、單元電路設(shè)計(jì)3.1測(cè)溫部分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理一個(gè)1K0的熱敏電阻（改變?yōu)榛瑒?dòng)變阻器）及控壓 電阻組成。水溫改變熱敏電阻的電阻值，從而改變R12 電阻下端點(diǎn)電壓.實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)變.此處熱敏電阻用可控電阻代替，來(lái)模擬熱敏電阻的 變化值。電路仿真仿真圖如右圖，用可控電阻模擬熱敏電阻元器件的選擇選擇使用1KQ的可控電阻來(lái)模擬熱敏電阻，連接4500的控壓電阻3.2比較部分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理主要由4個(gè)比較運(yùn)算放大器、4個(gè)有等差阻值的電阻組成。通過(guò) 運(yùn)

11、放對(duì)測(cè)溫部分的輸出電壓和設(shè)置電壓的比較所輸出的電平來(lái)控制 報(bào)警電路和控制電路。VCC與地間串聯(lián)的電阻為溫度設(shè)置電阻。通過(guò) 從中取得電壓獲得溫度比較點(diǎn)。電路仿真rlR13 15450Q 45JQ 4500R1G1113R1 450Q144500元器件的選擇4500控壓電阻8個(gè)，8200電阻一個(gè)，6000電阻一個(gè)，3800電 阻一個(gè)，1600電阻一個(gè)，四個(gè)等差2200的電阻。UA741CN運(yùn)算放大器1個(gè)SN74LS08其內(nèi)連接4個(gè)與門，使用其中1個(gè)3.3報(bào)警部分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理由一個(gè)與門、紅綠LED和限流電阻組成。由比較部分輸出的電平 在與門進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警燈的設(shè)計(jì)。U1為40

12、C溫度比較， 當(dāng)水溫低于 40C，熱敏電阻（此設(shè)計(jì)為可控電阻）上端電壓高于設(shè) 置電壓則輸出低電平，通過(guò)與門輸出低電平后紅燈發(fā)光。U3為70C 溫度比較，當(dāng)水溫高于70C，熱敏電阻上端電壓低于設(shè)置電壓則輸 出低電平，通過(guò)與門輸出低電平后紅燈發(fā)光。當(dāng)水溫高于40 C，低 于70C則U1和U3都輸出高電平，通過(guò)與門輸出高電平后綠燈發(fā)光。 由此實(shí)現(xiàn)電路報(bào)警。電路仿真元器件的選擇紅LED燈1個(gè)，綠LED燈1個(gè)，2個(gè)控壓電阻450Q3.4控制部分單元電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理由繼電器、加熱器（此處用兩個(gè)LED燈代替）和限流電阻組成。由比較部分輸出的電平控制三極管的通斷進(jìn)而控制繼電器的開斷，從 而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器工

13、作狀態(tài)的控制。同上，對(duì)U2而言，當(dāng)水溫高于50C， 熱敏電阻上端電壓低于設(shè)置電壓，則輸出低電平，三極管Q1斷開，H2停止工作；當(dāng)水溫低于50C，熱敏電阻上端電壓高于設(shè)置電壓， 則輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通，H2開始工作。同理，U4亦是如此。電路仿真R416。口 70C1R3 RS1R11 R545QD 4&QQ 45Q1 45QD R15 R16 4500 4501 R5 4&on R8,45Qn R13 R154&QQ 45QQ R14 450fl R5 450fl R5,4500 45Q25EDR201A0512CANECR2U- AL4、溫度高于60度，小于70度，H1H2關(guān)閉，綠燈亮5

14、VVDDR4160Q 7QCRG600Q5QCR282 0D 40CR93 8 OD 60CR237lkl*Key=A131R11：45QQ 4500R5R20：45QD5、溫度高于70度，H1H2關(guān)閉，紅燈報(bào)警5V|R12450D 七h(yuǎn)R13 .4&0Q hR15 4&0Q e4500 -R14；450D2U【RTF*4500|Q1R6ftrt160D 7QLRS d&OQ 450QR11 R5450D 450DR20：450fl5、電路安裝、調(diào)試與測(cè)試5.1電路安裝此電路是將器件依照原理圖焊接于萬(wàn)用板上，其有銅一側(cè)為背 面，方便焊接后電路的導(dǎo)電，電阻，發(fā)光二極管，三極管等器件需先 將其引腳

15、剪裁后焊接，焊接時(shí)要防止短路等現(xiàn)象的出現(xiàn)，用導(dǎo)線將各 個(gè)元件依照原理圖連接好后，檢查其連接是否正確。將各個(gè)部分，有 序地排列好后再焊接，方便焊接好后的調(diào)試與檢查，特別注意焊接時(shí)， 因電烙鐵溫度很高，要防止?fàn)C傷他人或自己。元件依照仿真圖購(gòu)買， 有相關(guān)器件購(gòu)買不到，用其他參數(shù)接近的器件代替。在安裝過(guò)程中電 源要在左側(cè)引出。5.2電路調(diào)試根據(jù)原理圖連接焊接好電路后，就要進(jìn)入調(diào)試階段，Multisim 仿真雖然成功，但電腦仿真時(shí)都是理想情況，與實(shí)際狀況會(huì)有偏差， 所以，連接好的電路多數(shù)是無(wú)法正常運(yùn)行的，故需仔細(xì)調(diào)試修改。我們?cè)O(shè)計(jì)的電路在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)問(wèn)題：（1）連接好電源后，紅燈綠燈同時(shí)亮起解

16、決：很顯然是與門輸出電平有問(wèn)題，致使紅綠兩燈都為導(dǎo)通狀 態(tài)，經(jīng)查找SN74LS08N的PDF資料后發(fā)現(xiàn)，我們?cè)诮泳€時(shí)，忽略了 VCC和GND的接線（2）綠燈常亮，紅燈熄滅解決：紅燈和綠燈不能實(shí)現(xiàn)變化，我們首先想到的是與門的輸入 電平不對(duì)，在運(yùn)算放大器放大后輸出的電平過(guò)高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)讓紅燈亮 起，我們?cè)谟萌f(wàn)用表測(cè)試后發(fā)現(xiàn)的確如此，于是，我決定要分壓，我 在與門輸入端用1:2的比例分壓后，一切正常。繼電器不工作解決：首先，我用萬(wàn)用表測(cè)了繼電器是否損壞，經(jīng)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)， 并未損壞，之后我想到，應(yīng)該是繼電器未接受電壓，故無(wú)法工作，順 藤摸瓜，其繼電器上一級(jí)所接三極管發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的所在，原先在三極 管集電極接

17、了一個(gè)450Q的電阻，使其三極管無(wú)法導(dǎo)通，故繼電器無(wú) 法開啟，于是，我先嘗試將電阻短路，后發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)繼電器工作，然后 我就將電阻去掉了。經(jīng)過(guò)以上修改調(diào)試，最后電路達(dá)到任務(wù)要求。5.3系統(tǒng)功能及性能測(cè)試測(cè)。試方法設(shè)計(jì)將電路導(dǎo)通后，調(diào)節(jié)可控電阻，調(diào)整其阻值，然后與給定阻值進(jìn) 行比較，再觀察其報(bào)警與控制部分，是否可以按照任務(wù)要求的工作， 因與理想狀態(tài)偏差，故焊接好的電路板與仿真原理圖電阻值有所差 異。其測(cè)試時(shí)，與仿真狀態(tài)有所不同，但不影響整體任務(wù)要求。按照要求，溫度的改變會(huì)影響熱敏電阻的改變，此設(shè)計(jì)用可控電 阻來(lái)模擬電阻的改變。測(cè)試結(jié)果及分析首先用萬(wàn)用表測(cè)量可控電阻及其控壓電阻的阻值，然后調(diào)節(jié)可控 電

18、阻阻值達(dá)到40度水溫時(shí)的給定電阻值以上，此時(shí)紅燈報(bào)警，兩繼 電器動(dòng)作，兩黃燈亮起；再調(diào)節(jié)可控電阻阻值至40度水溫和50度水 溫給定值中間，此時(shí)綠燈亮起，紅燈熄滅，兩黃燈依舊亮著；繼續(xù)調(diào) 節(jié)可控電阻阻值至50度水溫和60度水溫給定值中間，此時(shí)綠燈仍亮， 一個(gè)繼電器斷開，一個(gè)黃燈熄滅；依舊調(diào)節(jié)可控電阻阻值至60度水 溫和70度水溫給定阻值中間，此時(shí)，另一工作繼電器斷開，黃燈熄 滅，綠燈亮；最后將阻值調(diào)整到70度水溫給定阻值以下，紅燈亮起， 綠燈熄滅。其測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求完全復(fù)合，經(jīng)多次測(cè)試結(jié)果相同。6、參考文獻(xiàn)序號(hào)書名出版社作者1555時(shí)序邏輯電路的原理及應(yīng)用電子工業(yè)陳永甫2數(shù)字電子電路畢業(yè)設(shè)計(jì)指

19、導(dǎo)電子工業(yè)陳布卿3模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高教童詩(shī)白4數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高教閻石5OP放大電路設(shè)計(jì)科學(xué)岡村迪夫6電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分高教康華光7電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)畢滿清8電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試高教謝自美7、總結(jié)及體會(huì)為期三周的數(shù)電課設(shè)，到了結(jié)束的時(shí)候，短短的三周時(shí)間卻讓我 學(xué)會(huì)了許許多多的知識(shí)，而且使平時(shí)在課內(nèi)學(xué)的知識(shí)得到一定的鞏 固，三周的時(shí)間，我們每天都在忙碌著查閱資料，設(shè)計(jì)電路，焊接電 路板，寫說(shuō)明書，每天都覺得很開心很新鮮，幾個(gè)朋友在一起研究方 案，真的覺得很快樂，大家一起，體現(xiàn)了團(tuán)結(jié)的力量，記得大家一起 出去外出買器件，一起在夜晚商量問(wèn)題，三周的時(shí)間真的過(guò)的太快， 轉(zhuǎn)眼我們的課設(shè)

20、就完成了，看著我們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的電路，我心里真的非 常開心。此次課設(shè)，的確讓我們學(xué)到很多有用的知識(shí)，也鍛煉了我們的耐 心，讓我們明白做好一件事情不是在短暫的時(shí)間內(nèi)就可以完成的，需 要大家一起合作，需要我們用細(xì)心，用耐心，才能完成。俗語(yǔ)說(shuō)實(shí)踐出真知，現(xiàn)在我終于明白了，只有書本的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不能做成一件事情的，沒有實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，就無(wú)法將一件事情做的完整， 知識(shí)只是給予實(shí)踐幫助的一個(gè)脊柱，有了知識(shí)才可以讓實(shí)踐尋找到方 向，我們?cè)诖舜握n設(shè)中，通過(guò)對(duì)原理圖的設(shè)計(jì)計(jì)算，才選擇出器件的 參數(shù)，然后再搜尋器件信息，最后選擇好器件。在設(shè)計(jì)時(shí)，在仿真時(shí)，在制作電路時(shí)，我們都遇到許許多多的困 難，但我們都繼續(xù)努力去探索，

21、改變?cè)O(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了課題要求。我 們將每一個(gè)困難都作為未來(lái)成功的墊腳石，讓我們可以一步一步地邁 向成功。最后，我在此向一只細(xì)心幫助指導(dǎo)我們的馬老師表示感謝！8、附錄450Q電阻820Q 600Q 380Q1KQ可變電阻SN74LS08UA741CN 運(yùn)放紅LED綠LED黃LED三極管S8050繼電器HK4100F15個(gè)160Q電阻各一個(gè)1個(gè)1個(gè)4個(gè)1個(gè)1個(gè)2個(gè)2個(gè)2個(gè)所用器件信息A A A A A A ASEATING PLANEV V V V V V VSymbolParameterLimitsUnitTest ConditionsMinTypMaxV|HInput HIGH Voltage

22、2.0VGuaranteed Input HIGH Voltage for All InputsV|LInput LOW Voltage0.8VGuaranteed mput LOW Voltage for All InputsV|KInput Clamp Diode Voltage-0.65-1.5VVCc = MIN1 l|N = -18mAVoHOutput HIGH Voltage2.73.5VVcc = MIN, Ioh 二 MAX,V|n 二 Vih or Vil per Truth TableVOLOutput LOW Voltage0.2504VIql = 4.0 mAVcc

23、= Vcc MIN, V|N 一 V【l 濟(jì) V|h per Truth Table0.350.5VIol 二 8.0 mAhHInput HIGH Current20VCc = MAX, V|N = 27 V0.1mA=MAX, V|N = 7.0 VhLInput LOW Current-0.4mAVcc = MAX, V|N = 0.4 VlosShort Circuit Current (Note 1)-20-100mAVCc = MAXIccPower Supply CurrentTotal, Output HIGHTotal, Output LOW48mAVCc = MAX88UA

24、741CN雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓22V，差分電壓30V，輸入電壓土 18V,允許功耗500mWDIPa/CEflDIP8DIPS(Plastic package)- Offset null- Inverting inputNon-Inverting rnputVLo繼電器 HK4100F-DC5V-SHG觸點(diǎn)形式：1C (SPDT)觸點(diǎn)負(fù)載：3 A 250 VAC/30 VDC阻抗：100mQ額定電流：3A電氣壽命：10萬(wàn)回機(jī)械壽命：1000萬(wàn)回線圈參數(shù)：阻值（士 10%）： 120。線圈功耗：0.2W額定電壓：DC 5V吸合電壓：DC 3.75V釋放電壓：DC 0.5V工作溫度：-25 C70C絕緣電阻：100M。線圈與觸點(diǎn)間耐壓：4000VAC/