電路課程設計--- 溫度測量域控制器的設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  電子技術課程設計</b></p><p>  題目名稱: 溫度測量域控制器的設計 </p><p>  班 級: 自動化0902班 </p><p>  學 號: </p><p>  姓 名:

2、 </p><p>  指導教師: </p><p>  日 期: 11.06.22 </p><p>  題目 溫度測量與控制器的設計</p><p><b>  設計任務和要求</b>

3、</p><p>  在工農業(yè)生產或科學研究中,經常需要對某一系統(tǒng)的溫度進行測量,并能自動地控制、調節(jié)該系統(tǒng)的溫度。下面設計并制作對某一系統(tǒng)的溫度進行測量與控制的電路。電路要求為:</p><p>  ① 被測溫度和控制溫度均可數字顯示。</p><p>  ② 測量溫度范圍為~,精度為。</p><p> ?、?控制溫度連續(xù)可調,精度為。&

4、lt;/p><p> ?、?溫度超過額定值時,產生聲、光報警信號。</p><p><b>  題目分析和內容摘要</b></p><p>  溫度測量與控制器的設計是主要涉及到對信號的采集,放大,模擬信號轉換為數字信號,譯碼器,編碼,顯示,以及在現(xiàn)實生活常常出現(xiàn)危險等情況的預測的綜合處理實驗。整個實驗的目的和過程都和現(xiàn)實都有著密切的關系。整個電路

5、可分為①溫度采集電路②恒溫控制電路③高溫報警電路④溫度顯示電路這四部分組成。</p><p>  溫度采集電路:又有熱敏電阻會因溫度變化而變化,那么熱敏電阻的電壓也隨之變化,通過對熱敏電阻電壓變化量放大達到測量溫度的目的。</p><p>  恒溫控制電路:溫度信號轉化為了電壓信號,那么恒溫控制即就</p><p>  是保證熱敏電阻兩端的電壓不變,通過電壓比較控制

6、加熱電路,反饋控制熱敏電阻的電壓。</p><p>  高溫報警:設置高溫相對應的電壓值,達到時啟動報警電路,從</p><p><b>  而避免危險。</b></p><p>  溫度顯示電路:涉及到編碼,譯碼,顯示等數字電路問題,將采集到的電壓信號(0V~6V)依次編碼,譯碼之后顯示溫度為0~100.顯示采用四位lcd顯示</p&g

7、t;<p><b>  3.總體方案設計</b></p><p><b>  (1) 設計思路</b></p><p> ?、?對溫度進行測量、控制并顯示,首先必須將溫度(非電量)轉換成電量,然后采用電子電路實現(xiàn)課題要求??刹捎脺囟葌鞲衅鳎瑢囟茸兓D成相應的電信號,并通過放大、濾波后送A/D轉換器變成數字信號,然后進行譯碼顯示。&

8、lt;/p><p> ?、?恒溫控制,將要控制的溫度所對應的電壓值作為基準電壓,用實際測量值與進行比較,比較結果(輸出狀態(tài))自動地控制、調節(jié)系統(tǒng)溫度。</p><p> ?、?報警部分,設定被控溫度對應的最大允許值為,當系統(tǒng)實際溫度達到此對應值時,產生報警信號。</p><p> ?、?溫度顯示部分,采用轉換開關控制,可分別顯示系統(tǒng)控制溫度對應值和報警溫度對應值<

9、/p><p>  (2) 原理框圖:在圖1所示框圖中:</p><p>  圖1 設計思路原理框圖</p><p> ?、?傳感器可采用鉑電阻、精密電阻和電位器組成測量電橋,如圖所示,電橋的輸出電壓作為運放構成的差動放大器的雙端輸入信號,將信號放大后由低通濾波器將高頻信號濾除。</p><p>  設計思路電路圖 (熱敏電阻由滑動變阻器R4替

10、)</p><p>  具體思路:由于multisim中沒有熱敏電阻,故采用滑動變阻器代替作用。在時,調節(jié)滑動變阻器R1,使顯示器顯示。溫度在10,調節(jié)放大器的增益(調節(jié)滑動變阻器R13),使顯示器顯示100攝氏度。滑動變阻器R13主要用來調節(jié)增益的大小。然后經過U1放大器、電容C2、C3組成的低通濾波器濾波,消除高頻信號。注意放大器的輸出電壓不允許大于A/D轉換器的最大輸入的電壓值。輸出電壓U1在0V~6V。&

11、lt;/p><p> ?、?被測溫度信號電壓加于比較器1與控制溫度電壓進行比較,比較結果通過調溫控制電路控制執(zhí)行機構的相應動作,使被控系統(tǒng)升溫或降溫。</p><p>  具體思路:U1是經過體統(tǒng)濾波去濾波的信號,Vref是人為根據溫度顯示器在Tref時,測量的電壓值。經過電壓比較器U1和Uref比較,在輸出端得到+12V或者—12V的電壓,經過二極管D3來確定是否超過控制溫度,而控制加熱電路

12、的通或不通。當溫度高于Tref時,啟動加熱電爐,從而使溫度升高,反之;加熱電路不通,停止加熱,溫度逐漸降低。</p><p> ?、?當控制電路出現(xiàn)故障使溫度失控時,使被控系統(tǒng)溫度達到允許最高溫度對應值,用聲、光報警電路發(fā)出警報,值班人員將采取相應的緊急措施。</p><p>  具體思路:U1是溫度檢測電路輸出信號,同樣是U1和Umax比較,如果高于最高電壓,就會輸出一個高電平,從而三級

13、管Q1開關導通,導致蜂鳴器U2蜂鳴和顯示燈X1亮起。顯示燈和蜂鳴器都由U2供電壓驅動。</p><p> ?、?開關 可分別鍵合系統(tǒng)溫度、控制溫度電壓 和報警溫度電壓,通過A/D 轉換器將模擬量轉換成數字量,顯示器顯示出相應的溫度數值。</p><p>  具體思路:A /D轉換電路采用的是雙積分式A/D轉換器AME7106。由于AME7106功能強大,可以直接驅動LCD顯示器,只需要配上

14、五個電阻和五個電容就可以構成基本量程的直流數字溫度計,且轉化精度達,轉換速率2.5次/s,具有自動調零,自動判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查,可迅速判定其質量的好壞。</p><p>  LCD顯示器采用的是四位顯示,最低位為小數位。由于此電路中線路相對復雜,所以在此電路中采用了總線布置。</p><p><b>  4.總體電路圖:</b></p>

15、<p><b>  相關數據:</b></p><p>  R1:3ΚΩ R2:1.5ΚΩ R3:600Ω R4:1KΩ R5:1KΩ R6:1KΩ R7:100Ω R8:24KΩ R9:24KΩ R10,R11.R12:1KΩ R13:20KΩ R14:15KΩ R15/R16:1KΩ R17:100Ω</p><p>  V1:6V V3:

16、12V </p><p>  U1,U2,U3,U4:三腳放大器</p><p>  D1,D2,D3,D4,D5,D6:二極管(multisim理想條件)</p><p>  C1:10uF C2,C3,C4,C5:1.0uF </p><p>  Vref:4.5v Vmax:6.10v (人工根據溫度計調試溫度測得的電

17、壓值)</p><p>  U5 蜂鳴器 1000Hz 最大電壓 9v 最大電流 0.05A</p><p>  X1 顯示燈 最大電壓 12v</p><p>  Q1 NPN三極管 (做開關用)</p><p>  AME7106:A/D轉換器</p><p>  LCD_DISPLAY_4D

18、IGIT :顯示器(四位顯示)</p><p><b>  5.定量計算:</b></p><p>  1.溫度采集信號放大計算:</p><p>  假設總反饋電阻是Rf,放大器正端輸入電壓為V+,負端輸入電壓為V—。</p><p>  由電阻分壓得:=V1 =V1 (V1 為電源電壓)</p>

19、<p>  輸出電壓: U0=V1+×V1</p><p><b>  增益大?。?+×</b></p><p>  調節(jié)Rf20kΩ 時,輸出信號調節(jié)電壓范圍:0V~6V</p><p>  2.溫度恒溫控制,溫度超限報警計算</p><p>  設加在反向端的電壓為限制電壓,本電路中主要

20、有恒溫電壓Vref,Vmax。</p><p>  加在同向端電壓為測量電壓Uin。</p><p>  由于是采用電壓比較器,且采用了過流保護電路,因此有:</p><p>  據此可以通過二極管開關電路,或者是三極管開關電路控制加熱電路或者是報警電路的通與不通。當電路輸出高電平時,高電平是電路導通,從而使加熱電路啟動,高電平使三極管導通,通過集電極到射極導通,使

21、蜂鳴器開始工作,達到高溫報警的目的。</p><p><b>  6.收獲和體會</b></p><p>  1,現(xiàn)實生活中我們認為很簡單的電路原來包囊著很多的知識,不管是數點還是模電,這些都在生活中普遍出現(xiàn),電路實驗和生活密切相關。不論從一個溫控系統(tǒng)到智能汽車,都是由很簡單的電路一步一步組合而成。</p><p>  2.,實驗總是不可能一蹴

22、而就的,在試驗過程中總是遇到很多問題,需要保持耐心和理智的頭腦思考其中出現(xiàn)的問題。比如在此次中,multisim軟件中,有好多元器件根本無法在元件庫中找到,尋找替代品就是一個不錯的選擇。</p><p>  3,廣泛的資料能夠擴展你的視野,從而在實驗中想到更多,也更容易從中選取某些好的做法,優(yōu)化自己的電路。吸收別人的優(yōu)點,該進自己的缺陷,從而讓自己做得更好。</p><p>  4,基礎很

23、重要。這次實驗充分的考察了模電數電的知識,沒有平時的良好的基礎是無法設計出簡單而又實用的電路的,實驗從每一個小的電阻,大到一個芯片都要從許多之中做出選擇,每一個電阻的大小都影響著實驗最終的結果。</p><p>  5,團隊之間的交流對實驗有很大的幫助。合作是一個團隊的根本,只有團結的團隊才能做出一個很棒的作品,數學建模,電子設計都要求團隊和作,一個人可以做的事情是有限的,考慮的事情也不可能是面面俱到的,幫助別人

24、也是幫助自己。</p><p>  6,實驗的根本還是在實驗上而不在理論上,像調試電阻的大小以獲得得想的放大倍數過程中理論就幫不上很多的忙,雖然從算式上能夠推出相關的關系,但具體的大小還是要在實驗上運行了才知道結果會怎樣。以后要注重自己的實驗動手能力,當然理論分析能力也是不可或缺的。</p><p><b>  7.參考文獻</b></p><p&

25、gt;  宋家友 張友漢 新編電子線路設計實用手冊 福建科學技術出版社</p><p>  康華光 電子技術基礎 高等教育出版社</p><p>  王彥朋 大學生電子設計與應用 中國電力出版社</p><p>  吳建國 數字電子技術 華中科技大學出版社</p><p>  黃根春 電子設計教程 電子工業(yè)出版社

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