温度闭环控制电路.docx

大大 连连 民民 族族 学学 院院电子工程师资格认证电子工程师资格认证题目：题目： 温度闭环控制设计电路仿真温度闭环控制设计电路仿真 班级：班级： 电子电子 115 学号：学号： 2011131502 姓名：姓名： 程江海程江海 一一 设计内容设计内容1.通过运放差分放大电路将温度传感器的阻值变化转换的电压信号的变化放大；2.利用 A/D 转换实现模拟信号到数字信号的转换，根据模拟电路部分电路原理计算得出最后 输出电压与温度值的关系, 并通过数码管显示温度值，实现温度的测量；3.并利用比较器（单限）来实现对温度的控制，通过设定温度上下限可使整个系统工作于一 个限定的温度范围内；4.报警装置，当被测温度超出设定温度范围时，声光报警装置工作5. 学会系统仿真、测量和调试二二 方案方案实现内容及设计思路实现内容及设计思路1.当水温小于或等于 20°C 时，系统自动加热2.当水温高于或等于 50°C 时，系统停止加热3.并用数码管显示温度情况，水温测量用热敏电阻，加热及停止用不同发光二极管4.设计流程：方案设计：按照要求，将电路划分为若干模块，从而将一个大的系统划分为小的单元电路，方案设计电路设计器件设计结构设计电路仿真及调试并分配各单元模块要完成的任务，确定各模块间输入输出关系，最后决定单元电路的组成方式。

电路设计：电路设计是按功能模块确定的单元电路设计在该部分设计中，要详细拟定单元 电路组成，性能指标及前后关系，明确采用的方法，理清思路器件设计：是在单元电路的结构确定后，根据单元电路的功能，确定具体元器件型号及计算 相应电路系数，计算量较大主要分为①阻容元件的设计；②分立元件的选择③模拟集成电路的 相关计算电路仿真及测试：使用 Proteus 软件仿真，争取实现各单元电路的具体功能三三 设计方法及步骤设计方法及步骤3.1 系统框图系统框图1信号调理模块由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻而热敏电阻是将温度转化成电阻值的 变化，故在系统中有信号调理电路，作用是将温度的变化这样一个非电量转换成电信号，然后加 以放大以便后一单元电路检测信号调理的任务是将非电量转化成电量并适当放大固该模块 也称为放大电路2水温检测模块水温检测模块的任务是将经转换后得到的温度间接测量值与设计要求所设定的上限温度，下 限温度进行比较，从而确定被测对象的加热与否3加热，停止加热模块加热，停止加热模块的任务是对水温用电热丝进行加热或停止加热在这里，是用热敏电阻 加热，也是放大电路4温度显示模块温度显示模块的任务是将当前的温度反映在显示器上，其作用是将温度的间接值的模拟量转 化为数字量。

温度显示被测对象加热，停止控制信号调理加热，停止状态显示水温检测3.2 电路设计与器件设计电路设计与器件设计⑴信号调理模块① 电路设计信号调理模块的任务是将非电量转化成电量，然后加以放大，将非电量转化成电量的传 感器用热敏电阻当环境温度发生变化时，热敏电阻的阻值发生变化，利用这一特性将非 电量转化成电量，因此，选用由运算状态组成的放大电路最为简便且采用同相比例运算② 器件设计a．运放的选择b． 热敏电阻的选择c．电路外围电路所用元件的参数计算电路的设计以选定的热敏电阻系数入手，然后计算出所需要的电压增益°C单位：KΩ029.394 523.319 1018.659 1515.052 2012.229 2510.000 308.225 356.802 405.654 454.721 503.958 553.330经查：在 T=25°C 时，电阻值为 10K由设计要求，当环境温度下降为 20°C 时，系统要加热，当上升为 59°C 时，系统停止加热20°C：对应阻值为 12.229K；50°C：对应阻值为 3.958K分压电路选择为+5v，R1 为 20K，这样 ：V20°C =1.89V；V50°C =0.826VViR2+VCCR1RfRtNP+-+VCCVO174图３-２ 信号调理电路然后再计算电压所需增益，A=2；则 Af=1+Rf/R2,Rf=10k，R2=10K；这样 T=20°C，V==1.89v此时， V=3.78v，当 T=50°C 时，V=1.65v（2）水温检测模块水温检测模块的任务是将温度为 20°C 和 50°C 相对电压检测值给测出来，并将这两个 电压值提供给加热停止模块及加热，停止状态显示模块，因此，这部分由电压比较器组成， 利用运放的非线性特征来完成，由于温度不同时对应的 2 个电压值，故利用 2 个电压比较 器及信号锁存器来完成a. 对应温度为 20°C 时的检测电路由于采用负温度系数电阻，温度越低，电阻值越大，股采用反向电压比较器，有信号调 理电路输出的电压作用与运放的同向输入端R4=10k，阙值电压为 3.2k考虑到允许误差，用电位器 Rp 代替 R5，取 Rp=10K当环境温度大于 20°C 时，v=0（实际值为 0.3v）当温度小于或等于 20°C 时，v=+5v（实际值为 3.5v）b．对应于 T=50°C 时的检测电路由于温度越高，R 的阻值越小，信号调理输出的电压越低, 这样，采用反向电压比较器， 即 vo1 作用于 A 的反向输入端当环境温度没有 50°C 时，vO3=0v；当环境温度大于或等于 50°C 时，v=5vc. 阙值电压 V 的确定：取 R6=10K, Vt=Vp，带入数据 1.65=10/10+R7 *5, 得到 R7=20.3K,考虑到电阻的允许误 差，故用阻值为 50K 的电位器 Rp 代替 R7。

综上所述，对于 A2：温度大于 20 小于 50°C 时，Vo2=0； 温度小于 20°C 时，vo2=5v对于 A3：温度大于 20 小于 50°C 时，Vo2=0； 温度大于 50°C 时，vo3=5v我们运放 A2，A3 不同的输出状态控制加热停止电路的工作，由设计要求，当温度小于 20°C 时加热，当 T 大于等于 50°C 时停止加热，由以上分析，将 A2，A3 的输出分别接 D 触发器的置数端及清零端，可达到要求当温度到达 50°C 时，对 A2，vo2=0，对于 A3，vo3=5V，74ls04 输出低电平，d 触发 器输出端 Q=0，停止加热，当温度从 50 度减小到 20°C 时，对于 A2,vo2=0，vo3=0，D 触发器输出状态保持不变，停止加热R3R4R5NP+-+5V 7423uA741VO2A2图3-5VO1(20°c)＋５V当温度小于 20°C 时， 对于 A2，VP>VN , Ve2=5V , 74LS04-A 输出由高电平变为 低电平，D 触发器 74LS74 至数端 Sd=0，导致其输出端 Q=“1” （实际电压值 3.6~4.5） ， 开始加热。

对于 A3，VPVP , V03=0，74LS04-B 输出为高电平 D 触发器置数端 Sd=1，其输出状态仍然不 变综上所述，其逻辑状态表如下表所示：加热/停止加热控制模块（温度控制）加热/停止解热控制模块电路设计按如下思路进行：通过振荡器，产生持续的占空比一定的脉冲信号来控制三极管的导通振荡器采用 NE555 构成占空比可调的多谐振荡器，电路如图所示其频率 f0=660KHZ，多谐振荡器输出端连接到一开关电路，以控制三极管 T 的导通和截止其工作过程如下，当 T=50°C 时，定时器 NE555(4 引脚)为低电平，三极管 T 截止，则 20 欧姆/3W 电阻无电流流过，热敏电阻温度逐渐下降4） 控制状态显示模块A2 A3A2 输 出 V02A3 输出 V03RD SDQTVNVP=50°CVPVN01100+5VVO1(20°c)VO2R3R4NP+ -VCC 7423 A2Rp3.78V5.1k图3-6控制状态显示模块实际上是一个通过一个开关电路使加热/停止加热的两种状态通过 发光二极管显出来，这部分电路如图所示74LS74 为温度检测电路中的 D 触发器 74LS74当 T=50°C 时，74LS74 输出 Q=0，则 T2 截止。

T3 导通，红色发光二极管亮，表示 加热停止5）温度显示模块温度显示模块的任务是将环境温度（20°C ~50°C）在数码管上显示出来其方法时将 热敏电阻温度的变化值转化为相应的电压值，然后通过三位半 LED 专用 A/D 转化显示 芯卡四四 总结总结在仿真的过程中，我深切体会到，实践是理论运用的最好检验本次设计是对我所学模电、电路以及数电知识的一次综合性检测和考验，无论是软件仿真还是理论知识运用能力都得到了提高，同时加深了我对网络资源认识，大大提高了查阅资料的能力和效率，使我有能有更多的时间去设计仿真。