空調(diào)溫度控制器

課程設(shè)計(jì)報告

目錄

弓I言........................................................................1

第一章設(shè)計(jì)目的..........................................................1

第一章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求......................................................?

第三章方案設(shè)計(jì)與論證......................................................2

1方案一..................................................................2

2方案二..................................................................2

3方案比較...............................................................3

4方案詳細(xì)介紹...........................................................3

第四章電路工作原理及說明..................................................4

1溫度信號采集模塊工作原理...............................................5

2溫度信號處理與控制模塊工作原理.........................................6

1LM324運(yùn)算放大器功能介紹.............................................6

2LM324功能測試及信號處理.............................................7

4CD4011芯片功能介紹.................................................10

3電機(jī)控制模塊工作原理..................................................11

第五章電路性能指標(biāo)的測試.................................................12

1溫度信號采集模塊性能測試..............................................12

2雙限比較器輸出信號性能測試............................................13

第六章結(jié)論與體會.........................................................14

結(jié)論.....................................................................14

體會.....................................................................14

展望.......................................................................16

第八章參考文獻(xiàn)...........................................................17

附錄【元器件清單.........................................................18

附錄n整體電路原理圖......................................................1

引言

十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初，電子技術(shù)開始逐漸發(fā)展起來，并成為一項(xiàng)新興技術(shù)。它在二

十世紀(jì)發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣泛，并且成為了近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志。第一

代電子產(chǎn)品以電子管為核心。四十年代末世界上誕生了第一只半導(dǎo)體三極管，它以小巧、輕

便、省電、壽命長等特點(diǎn)，很快地被各國應(yīng)用起來，在很大范圍內(nèi)取代了電子管C五十年代

末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，它把許多晶體管等電子元件集成在一塊硅芯片上，使

電子產(chǎn)品向更小型化發(fā)展，集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)

模集成電路，從而使電子產(chǎn)品向著高效能低消耗、高精度、高穩(wěn)定、智能化的方向發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子控制電路在日常生活中有了更為廣泛的應(yīng)用，各種報警

專用集成電路、語音/音效集成電路、傳感器的不斷推出，一些新穎實(shí)用的報警器、警示器

電路已廣泛應(yīng)用于家庭生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、機(jī)動車、通信和防盜、防災(zāi)等領(lǐng)域。

目前空調(diào)機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。而此類家電越來越趨于輕巧型。微型單

片機(jī)系統(tǒng)以其體積小、性能價格比高，指令豐富、提供多種外圍接口部件、控制靈活等優(yōu)

點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中，在溫度控制領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。

隨著能源的日趨減少，大氣污染愈加嚴(yán)重，節(jié)能已是一個不容忽視的問題。眾所周知，

空調(diào)正朝著節(jié)能、舒適、靜噪于一體的方向發(fā)展。鑒于這些方面的綜合考慮，設(shè)計(jì)一種可

以實(shí)現(xiàn)溫度自動控的空調(diào)機(jī)，將會在節(jié)能方面有有新的突破，也必將會取代傳統(tǒng)的靠人工

實(shí)現(xiàn)的溫度控制的空調(diào)機(jī)，通過巧妙的設(shè)計(jì)和安裝可實(shí)現(xiàn)美觀典雅和舒適衛(wèi)生的和諧統(tǒng)一，

是國際和國內(nèi)的發(fā)展潮流，可以預(yù)料.，下個世紀(jì)的節(jié)能空調(diào)將會以更快的步伐向前發(fā)展。

其應(yīng)用的范圍將極為廣闊，極大地方便了人們的工作和生活?？梢哉f節(jié)能空調(diào)將是未來一

種新的發(fā)展趨勢。

電子控制設(shè)備中的電路都是由基本功能電路構(gòu)成的。該課題涉及到模擬電子線路、

Multisim軟件仿真，數(shù)字電子應(yīng)用等。方案實(shí)行中應(yīng)用電阻分壓、運(yùn)算放大器、三極管控

制開關(guān)以及繼電器電路等，該課題目的是要設(shè)計(jì)空調(diào)溫度控制電路，能夠控制負(fù)溫度系數(shù)

的熱敏電阻所在環(huán)境內(nèi)的溫度，當(dāng)空調(diào)運(yùn)行時和空調(diào)停止工作時分別由LED1和LED2指

示。所設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于操作、使用壽命較長；采用LED作指示燈，并

且控制空調(diào)在設(shè)定的溫度范圍之外工作,LED指示燈具有結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、耗電省、美觀

鮮艷、易于識別等特點(diǎn)。

第一章設(shè)計(jì)目的

1了解并掌握運(yùn)算放大器的工作原理和使用方法及其注意事項(xiàng)

2學(xué)會查閱元器件資料，辨別元器件，檢查并測試元器件

3學(xué)會繪制電路圖并組裝電路，調(diào)試電路.

4熟練掌握各種基本儀器的使用

5學(xué)會并熟練掌握電路仿真軟件的使用(Multisim等)

第二章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1使用模擬電子元件設(shè)計(jì)一個空調(diào)溫度控制器,并能顯示空調(diào)的運(yùn)行和靜止?fàn)顟B(tài).

2電路簡單，元器件經(jīng)濟(jì)，使用壽命長.

3電路布局合理，焊接完美.

第三章方案設(shè)計(jì)與論證

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求我們可以將空調(diào)溫度控制電路分成以下幾個模塊，如圖1所示,

它是由溫度信號采集模塊，溫度信號處理模塊，溫度控制模塊，電機(jī)控制模塊組成.這樣做，使

得我們的設(shè)計(jì)思路更加清晰，也為我們修改電路提供方便.

圖1溫度控制電路基本框架

通過搜集資料分析，我們找到了兩個解決方案，下面我們將對這兩個方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行

闡述：

1方案一

使用感溫效果較好的熱敏電阻進(jìn)行溫度感應(yīng)，當(dāng)周圍溫度變化時，引起電阻阻值發(fā)生變

化，進(jìn)而導(dǎo)致輸入到555元件的電壓發(fā)生變化，式555輸出電壓發(fā)生變化，使相應(yīng)的二極管

發(fā)光，相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行工作。如圖2.

2方案二

利用熱敏電阻進(jìn)行溫度測量，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，熱敏電阻的阻值也發(fā)生變化，直接導(dǎo)

致分壓變化，進(jìn)而使運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙限比較器的輸入電壓發(fā)生變化，經(jīng)過比較之后產(chǎn)生

兩個大小不同的電壓進(jìn)入R5觸發(fā)器，并由RS觸發(fā)器經(jīng)過判斷后,輸出端輸出一個信號傳遞給

三極管，控制電機(jī)是否工作.如果RS觸發(fā)器輸出高電平,則三級管導(dǎo)通，電機(jī)開始工作,RS觸發(fā)

器輸出低電平，則電機(jī)停止工作.工作框圖如圖3所示

圖3利用分壓電路處理信號框架圖

3方案比較

與方案二相比，方案一需要用較為復(fù)雜的元件，如555

電路，需要多種不同電壓的電源，雖然它也能起到比較電壓的

作用，但是需要的條件比較苛刻，利用率比較低，并且效果

不好，基于以上多種原因，選擇方案二，因?yàn)榭刂葡喈?dāng)簡單,

原理易于理解，操作方便易行，如果出現(xiàn)異常，還可以簡單

的進(jìn)行修改就會達(dá)到維修的目的，最重要的是它的性價比較

高。

4方案詳細(xì)介紹

如圖4,該電路利用由運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙限比較器，控制室內(nèi)的最高溫度以及空調(diào)開啟的

溫度。當(dāng)空調(diào)接通甩源時：由R2和R3及RP1微調(diào)電位器對直流電源分壓后給IC1的同相輸

入端一個固定基準(zhǔn)電壓。

圖4空調(diào)溫度控制器電路圖

由溫度調(diào)節(jié)電路RP2.R5及R4對電源

分壓的微調(diào)電位器RP2調(diào)整后輸出一個設(shè)

定溫度電壓給IC1-2的反相輸入端，這樣就

由IC1-1組成開機(jī)檢測電路，由IC1-2組成

關(guān)機(jī)檢測電路。當(dāng)室內(nèi)的溫度高于設(shè)定溫

度時，由于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt和R3

的分壓大于IC1-1的同相輸入端和IC1-2的

反相輸入端電壓，ICLl輸出低電平，IC1-2

輸出高電平。由IC2組成的RS觸發(fā)器其輸

出端輸出高電平，使三極管導(dǎo)通，VD2(R)點(diǎn)

亮，繼電器吸合，其常開觸電閉合，接通壓

縮機(jī)電動機(jī)電路，壓縮機(jī)開始制冷。

當(dāng)壓縮機(jī)工作一定時間后，室內(nèi)溫度

下降，達(dá)到設(shè)定溫度時，溫度傳感器阻值

增大，使IC1-1的反相輸入端和IC1-2的同

相輸入端電位下降，IC1-1的輸出端為高電

平，而IC1-2的輸出端為低電平，RS觸發(fā)器

的工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，其輸出為低電平，從而

使三極管截止,VD3(G)點(diǎn)亮，繼電器停止工

作，常開觸點(diǎn)被釋放，壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

第四章電路工作原理及說明

1溫度信號采集模塊工作原理

溫度信號采集甩路主要工作原理是利用熱敏電阻在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的變化

其阻值也呈線性變化.熱敏電阻有正溫度系數(shù)電阻和負(fù)溫度系數(shù)電阻.因此，我們可以利用滑

動變阻器來模擬熱敏電阻隨溫度變化時阻值的變化情況.如圖5所示：

VGC5V

RI：VCC

U

310k。：

>>Key=A50%

1

>R2

6::

圖5模擬熱敏電阻溫度變化時工作原理圖

當(dāng)環(huán)境的溫度變化時，熱敏電阻的阻值也相應(yīng)的發(fā)生變化，從而使其對外輸出的電壓U也

發(fā)生變化，這樣當(dāng)溫度改變時，輸出的電壓U也是不同的.

2溫度信號處理與控制模塊工作原理

溫度信號處理模塊的作用是對信號進(jìn)行處理，將溫度信號變化進(jìn)行分辨，并產(chǎn)生控制信號.

其原理是,利用兩個運(yùn)算放大器，對輸入的信號進(jìn)行比較,得到兩個信號

主要使用的元器件是運(yùn)算放大器.這里我們使用LM324運(yùn)算放大器.

1LM324運(yùn)算放大器功能介紹

圖6LM324論一個運(yùn)算放大器圖7LM324芯片引腳圖

一個LM324芯片共有4個運(yùn)算放大器。芯片引腳圖如圖7,引腳功能如表1.

表1LM324引腳功能

2LM324功能測試及信號處理

如圖6.4端口是2端口電壓/V3端口電壓/V1端口輸出電壓信號

接VCC,11端口

接地,3端口與2

端口接兩個比

較信號。假如3

端口的電壓比2

端口的電壓高，

則1端口輸出為

高電平，如果3

端口的電壓比2

端口的電壓低，

則1端口輸出為

低電平。為此，

我們設(shè)計(jì)一個

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并在

multisim軟件上

做了仿真.仿真

圖如圖8,測試

結(jié)果如表下表.

序號

18.2899.22910.565V高電平

29.2358.289-560.911mV低電平

圖8LM324運(yùn)算放大器引腳測試模擬實(shí)驗(yàn)

由表2可以驗(yàn)證以上結(jié)論.

由于使用單個比較器難以確定熱敏電阻的大小。無法確定電路的初始值，我們采用了雙

比較器法，并使用互補(bǔ)對稱的比較電路。檢測到的結(jié)果在我們的要求范圍之內(nèi)。

如圖9,為使熱敏電阻對溫度一定變化范圍內(nèi)比較敏感,

我們應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)R10和R11的阻值,使得熱敏電阻R9能在設(shè)定

的溫度范圍內(nèi)變化,假設(shè)R9的初始值為R9最大值的二分之

一.這時，我們開始調(diào)節(jié)R10和R11電阻值，使5和7之間的電

壓為3V左右,4和7之間的電壓為左右.這樣就是使得在

初始狀態(tài)3端口輸出高電平,2端口輸出低電平.當(dāng)7端口的電

壓大于5端口時,3端口則輸出低電平，此時7端口的電壓又大

于4端口，這時2端口則輸出高電平.

4CD4011芯片功能介紹

A1Vdd

1

B1

2A4

Q班

134

Q24Q4

B25Q3

A26B3

6A3

vs7

圖10CD4011引腳圖

如圖10是CD4011的引腳圖，其引腳的功能如表3所示.

CD4011一個有4個與非門,根據(jù)圖4的電路圖，我們知道，只需要兩個與非門來實(shí)現(xiàn)一個

RS觸發(fā)器就夠了，但是圖中還有兩個非門，這時CD4011亦有兩與非門，為了充分利用元器件,

我們分別將兩個的與非門的一個引腳接高電平，這樣與非門的功能就跟非門的功能是一模一

樣的.

表3CD4011引腳功能表

序號符合功能電壓序號符號功能電壓

IAI輸入端8A3輸入端

2Bl輸入端9B3輸入端

3Qi輸出端10Q3輸出端

4Q4輸出端IIQ4輸出端

5B2輸入端12B4輸入端

6A1輸入端13A4輸入端

7VSS接地014VDD正電源12

圖11信號控制判斷電路

如圖11,該電路模擬了信號的處理和產(chǎn)生控制信號.我們知道，從比較器輸出的兩路信號

是反向的.所以假設(shè)9為高電平,8為低電平，則13輸出為高電平.如果9為低電平：,8為高電平,

則13輸出為低電平.這樣成功對信號進(jìn)行判斷選擇.

3電機(jī)控制模塊工作原理

我們知道,當(dāng)室溫高于我們設(shè)定的溫度的時候，空調(diào)的壓縮電機(jī)就要開始工作.當(dāng)室內(nèi)的

溫度處于我們設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)，控制電路就要控制空調(diào)的壓縮電機(jī)停止工作.

根據(jù)我們的需求，我們選用繼電器來實(shí)現(xiàn)功能，因?yàn)槔^電器是一種電子控制器件，它具

有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中,

它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、

安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。如圖,為繼電器工作原理電路圖.

下面是電機(jī)控制模塊的工作原理圖：

當(dāng)輸入給繼電器的線卷I的電流達(dá)到?定值時，線圈就會將連接空調(diào)壓縮機(jī)的開關(guān)閉合，從

而使壓縮機(jī)開始工作。當(dāng)瑜入的電流不能夠使線圈將線圈的開關(guān)閉合時，壓縮機(jī)不工作。這

樣就達(dá)到了控制空調(diào)工作為目的。

模擬電路如下圖13所示：

第五章電路性能指標(biāo)的測試

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對電路進(jìn)行了Multisim軟件仿真，整體仿真電路的連接見

附錄II,在輸出端接入相關(guān)萬用表，檢測設(shè)計(jì)要求所需要的各個參數(shù)，所得數(shù)據(jù)

如表1所示。萬用表示數(shù)如圖所示。

1溫度信號采集模塊性能測試

溫度變化時將會導(dǎo)致熱敏電阻R9的阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，從而導(dǎo)致LM324中U1加U2

兩端間電壓發(fā)生變化.當(dāng)R9的電阻分別為4KC、14KQ和18K。,其輸出電壓如下：

R9=4KQR9=14KQR9=18KQ

"萬用表-XMM6區(qū)〃萬用表-XMM6區(qū)"萬用表-XMM6次

2雙限比較器輸出信號性能測試

根據(jù)第四章2.2節(jié)內(nèi)容，調(diào)節(jié)R10和R11兩個電阻，使得LM324符合公作狀態(tài)，當(dāng)溫度高于

設(shè)定值時,R9等效為4k0,使得U1輸入的電壓大于，則Q1工作,Q2不工作，這時發(fā)光二極管LED2

發(fā)光，這時其工作時的電路圖如下圖：

當(dāng)溫度高于設(shè)定的最大值時,R1可以等效為18kC,使得U2輸入電壓小于5V,Q2工

作,Q1不工作，這時發(fā)光二極管LED1發(fā)光，這時，其工作電路圖如下圖所示：

第六章結(jié)論與體會

結(jié)論

本課題要求設(shè)計(jì)一個簡易溫度控制電路,通過熱敏電阻

采集信號,并將所采集到的信號處理成三種工作狀態(tài)電路,

兩個指示燈發(fā)光來指示相應(yīng)工作情況。發(fā)光二極管LED1放

光表示溫度低于溫度最小值的工作狀態(tài)，此時繼電器啟動空

調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行工作；發(fā)光二極管LED2發(fā)光表示溫度低于設(shè)

定的工作溫度狀態(tài)，此時繼電器斷開關(guān)，使得空調(diào)壓縮機(jī)停

止工作，所以該電路已基本達(dá)到任務(wù)要求及性能指標(biāo)。

體會

四周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我

如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分

工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會了寬

容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。

課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，也是我們邁向社會，從事職業(yè)工作

前一個必不少的過程?！鼻Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會到這句千古

名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)

健地在社會大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過這次課程設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，練合運(yùn)用本專業(yè)所

學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作

能力，鞏固與獷充了模擬電子技術(shù)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握各種設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握模

擬電子技術(shù)的基本設(shè)計(jì)技能，懂得了怎樣分析芯片的實(shí)用性，怎樣確定設(shè)計(jì)方案，了解了芯

片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都

有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。

在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以

致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以

彌補(bǔ)。

在此感謝我們的詹莊春老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)

致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中

的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的

思路給予我無盡的啟迪；這次課程設(shè)計(jì)的每

個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的

細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度,

幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。

同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對

我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。

由于我們的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難

免出現(xiàn)錯誤，懇請老師指出，我們十分樂意

接受你的批評與指正，我們將萬分感謝。

展望

微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，主要是靠

工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，使得器件的特征尺

寸不斷縮

小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件

性能得到提高。21世紀(jì)，微電子技術(shù)仍將以

尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)為主

流。盡管微電子學(xué)在化合物半導(dǎo)體和其它新

材料

方面的研究及在某些領(lǐng)域的應(yīng)用取得了很

大進(jìn)展，但還遠(yuǎn)不具備替代硅基工藝的條

件。

硅集成電路技術(shù)發(fā)展至今，全世界數(shù)以萬

億美元計(jì)的設(shè)備和科技投入，已使硅基工

藝形

成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力。所以，在未來的發(fā)

展，特別是在中國南方的發(fā)展，從事電子科

技方面的工作和研究，是很有發(fā)展前景的。

同學(xué)們，努力學(xué)好本專業(yè)的知識吧!

第八章參考文獻(xiàn)

[1]楊素行主編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）》高等教育出版社,2006

[2]余盂嘗主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第二版）》局等教育出版社,2006

⑶郭鎖利，劉延飛，李琪等編著《基于Multisim9的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與綜合應(yīng)用》

人民郵電出版社,2008年

⑷部分資料來自互聯(lián)網(wǎng)。

附錄I元器件清單

代碼名稱規(guī)格型號數(shù)量

IC1集成電路LM3241

IC2集成電路CD40111

VT三極管2N22221

VDi二極管1N41481

VD2.VD3

發(fā)光二極管2EF441(R,G)2

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電