溫度自動控制指示電路電子課程設計

1、<p>　　電子技術課程設計報告</p><p>　　題目： 溫度自動控制指示電路 </p><p>　　姓　　名： </p><p>　　學　　號： </p><p>　　班　　級： </p

2、><p>　　成 績：________________________</p><p>　　2011年 12月23日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、引言………………………………………………………………………………………（1）</p><p>　　1.1 選題的

3、意義及目前國內外的狀況………………………………………………（1）</p><p>　　1.2 電路設計的用途及實際應用情況………………………………………………（1）</p><p>　　1.3電路設計旨在解決的關鍵問題…………………………………………………（2）</p><p>　　2、總體方案設計……………………………………………………………………………（3）&l

4、t;/p><p>　　2.1 設計思路及框架…………………………………………………………………（3）</p><p>　　2.2 設計方法…………………………………………………………………………（3）</p><p>　　3、電路的工作原理…………………………………………………………………………（4）</p><p>　　3.1 電路原理圖………

5、………………………………………………………………（4）</p><p>　　3.2 電路元器件及工作原理…………………………………………………………（4）</p><p>　　3.3 電路工作原理……………………………………………………………………（5）</p><p>　　3.4 電路參數(shù)計算……………………………………………………………………（5）</p&

6、gt;<p>　　4、仿真設計結果……………………………………………………………………………（6）</p><p>　　5、結論………………………………………………………………………………………（7）</p><p>　　6、課程設計的體會…………………………………………………………………………（8）</p><p>　　7、參考文獻………………………

7、…………………………………………………………（9）</p><p><b>　　1、引言</b></p><p>　　1.1選題的意義及目前國內外的狀況</p><p>　　現(xiàn)代電子技術日新月異，各種新型的自動控制系統(tǒng)也越來越多地運用到人們的日常生活、工業(yè)生產等領域，它不但可以提高勞動生產率，而且可以使控制的設備或執(zhí)行的操作更加精確。在生產和科

8、學技術的發(fā)展過程中，自動控制起著十分重要的作用。目前，自動控制技術已廣泛應用于工農業(yè)生產、交通運輸和國防建設。生產過程自動化是保持生產穩(wěn)定、降低成本、改善勞動條件、促進文明生產、保證生產安全和提高勞動生產率的重要手段，是21世紀科學與技術進步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標志之一?？梢哉f，自動化水平是衡量一個國家的生產技術和科學水平先進與否的一項重要標志。</p><p>　　溫度是工業(yè)對象中的主要被控參數(shù)之一。在工業(yè)企

9、業(yè)中，如何提高諸如電爐這樣的溫度控制對象的運行性能一直是現(xiàn)場技術人員努力解決的問題。由于這類對象的熱慣性大，滯后現(xiàn)象嚴重，存在很多不確定的因素，難以建立精確的數(shù)學模型，導致控制系統(tǒng)性能不佳，甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。</p><p>　　溫度是表征物體的冷熱程度最基本的物理量。因此，溫度的測量與控制在國民經濟各個領域中均受到了相當程度的重視。對于不同場合、不同工藝、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同；產品工

10、藝不同、控制溫度的精度不同、時效不同，則對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因此。對溫度的測控方法多種多樣。目前國內溫度自動控制的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，他們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內溫度自動控制在全量程范圍內溫度控制精度比較低，自適應性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對不同的被控對象，由于控制算法的不足而導致控制精度不穩(wěn)定。</p><p>　　1.2

11、電路設計的用途及實際應用情況</p><p>　　隨著現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能夠獨立工作的溫度檢測已經應用于諸多領域。在一些運用場合必須保證溫度在一定的范圍內，如何來保證這一要求是人們研究的一個課題。最初是認為地通過觀察溫度計來確定溫度是否在要求范圍內，當?shù)陀谝笾禃r，接通加熱設備的電源，進行加熱；當超過要求時，切斷電源，停止加熱。這種操作，不僅浪費人力資源，還存在很大的誤差。因此，如何

12、解決這一問題就成了一個迫切的問題。開發(fā)出能夠隨時進行溫度檢測的恒溫自動控制系統(tǒng)成了人們追求的目標，也符合智能時代發(fā)展的要求。</p><p>　　溫度自動控制技術就是探索和研究實現(xiàn)自動化過程的方法和技術。它是涉及機械、微電子、計算機等技術領域的一門綜合性技術。同時，溫度自動控制技術也促進了工業(yè)的進步，如今溫度自動控制技術已經被廣泛的應用于機械制造、電力、建筑、交通運輸、信息技術等領域，成為提高勞動生產率的主要手段

13、。在科學研究和生產實踐的諸多領域中，溫度自動控制占有著極為重要的地位，特別是在冶金、化工、建材、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產情況和工藝要求下的溫度自動控制，所采用的加熱方式、燃料、控制方案也有所不同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度自動控制系統(tǒng)的工藝過程復雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術和控制理論。<

14、/p><p>　　溫度控制是工業(yè)控制中發(fā)展最早、最重要的分支之一，其應用已涉及社會生活的各個領域，如家電、汽車、材料、電力電子等。而控制溫度的對象也多種多樣，大到煉鋼爐，小到加熱器。在工業(yè)控制領域，溫度通常也是控制的主要被控物理量之一，尤其一些對運行環(huán)境要求苛刻的場合，溫度更是一個主要的控制參數(shù)。為保證生產過程正常進行，提高產品的數(shù)量與質量，減輕工人的勞動強度以及節(jié)約能源，常要求被控對象的工作環(huán)境溫度按某種指定規(guī)律變

15、化。</p><p>　　溫度測量與控制電路廣泛應用于生產生活中的各個方面，特別是在工業(yè)生產中，溫度自動控制已經成為一個相當成熟的技術。隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國民經濟的快速發(fā)展，溫度已經成為工業(yè)生產中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應都與溫度密切相關。</p><p>　　1.3電路設計旨在解決的關鍵問題</p><p>　　溫度自動控制系統(tǒng)運行可

16、靠、穩(wěn)定，節(jié)省人力，節(jié)省電力，使用方便。溫度自動控制技術的應用與發(fā)展，是工業(yè)技術改造、技術進步的主要手段和技術發(fā)展方向。電子信息技術發(fā)展的主要目標是實現(xiàn)高度智能化，在減少以至不需要人為干預下使機器能獨立處理各種工作，智能化溫度控制也是如此。用自動裝置代替人工控制，控制生產中的溫度等參數(shù)，實現(xiàn)生產自動化，從而將人們從繁重復雜的勞動中解放出來。完成人工無法完成的任務，實現(xiàn)各種科技創(chuàng)新。</p><p>　　在很多生產

17、過程中，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，溫度的測量和控制都直接和安全生產、提高生產效率、保證產品質量、節(jié)約能源等重大技術經濟指標相聯(lián)系。</p><p><b>　　2、總體方案設計</b></p><p>　　2.1 設計思路及框架</p><p>　　在本課程設計中，將溫度自動控制系統(tǒng)的總體設計及其主要的功能特點進行簡單

18、的分析，并給出它的特點。</p><p>　　受控對象，簡稱對象，被控設備或系統(tǒng)即“受控對象”；如電機、加</p><p><b>　　熱爐、化學反應器。</b></p><p>　　監(jiān)測裝置，簡稱傳感器，相當于人的耳和目，“觀察”設備原件，測</p><p>　　量干擾和被控量實際值（對象的輸出量）。</p>

19、;<p>　　（3）控制器，相當于人腦，承擔分析比較、計算決策任務，根據(jù)預期目標——給定值（被控量的希望值）、被控量實際值及干擾等信息，經計算，輸出控制決策——控制量。</p><p>　　（4）執(zhí)行器，相當于人手、工具，接收控制信號（控制量），輸出操作量，使被控量等于或接近給定值。</p><p><b>　　2.2 設計方法</b></p>

20、;<p>　　具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻R5作為測溫元件，并以電阻R1、R2、電位器R4構成電橋電路,通過電壓比較確定晶體三極管的導通狀態(tài)。若VT2、VT3導通，則繼電器R9吸合，加熱器R14通電加熱，彩色指示燈U2發(fā)光指示；若VT1導通，則繼電器R9釋放，加熱器R14斷電停止加熱，此時彩色指示燈U1和U4發(fā)光指示。</p><p><b>　　3、電路的工作原理</b><

21、/p><p><b>　　3.1 電路原理圖</b></p><p>　　3.2 電路元器件及工作原理</p><p><b>　?。?）運算放大器</b></p><p>　　運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中，通常結合反饋網(wǎng)絡共同組成某種功能模塊。由于早期應用于模擬

22、計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學運算，故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發(fā)展，大部分的運放是以單芯片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛應用于電子行業(yè)當中。</p><p>　　運放如圖有兩個輸入端a（反相輸入端），b(同相輸入端)和一個輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當電壓U-加在a端和公共端(公共端是電壓為零的

23、點，它相當于電路中的參考結點。)之間，且其實際方向從a 端高于公共端時，輸出電壓U實際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實際方向相對公共端恰好相同。為了區(qū)別起見，a端和b 端分別用"-"和"+"號標出，但不要將它們誤認為電壓參考方向的正負極性。</p><p>　　電壓比較器是集成運放非線性應用電路，它將一個模擬

24、量電壓信號和一個參考固定電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生躍變，相應輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應用于模擬與數(shù)字信號轉換等領域。</p><p><b>　?。?）繼電器</b></p><p>　　繼電器是一種電控制器件。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）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它

25、實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。</p><p>　　3.3 電路工作原理</p><p>　　如圖1—2電路原理圖所示為運算放大器組成的溫度自動控制指示電路圖，運算放大器AR1接成電壓比較器，具有負的溫度系數(shù)的熱敏電阻R5作為測溫元件，并以電阻R1、R2、電位器R4構成電橋電路，R4為溫度值設定電位器，改變R4可改變加

26、熱器（如電爐）的設定溫度，用作溫度微調。當爐溫低于設定溫度時，電壓比較器AR1輸出低電壓，VT1管截止，VT2管飽和導通，繼電器R9吸合，電爐通電加熱。當爐溫高于設定溫度時，電壓比較器AR1輸出為高電平，VT1管飽和導通，VT2、VT3管截止，繼電器R9釋放，電路停止加熱。爐溫的控制過程可以通過改變R5的阻值在計算機上模擬運行。R14表示加熱器，V4表示交流加熱電源。電爐通電加熱狀態(tài)由指示燈U2指示，電爐停止加熱狀態(tài)由指示燈U1和U4指

27、示。</p><p>　　3.4 電路參數(shù)計算</p><p>　　U1、U2和U4為彩色指示燈，當電位高于2.5V時通電發(fā)光；電阻R1、電阻R2、負溫度系數(shù)的熱敏電阻R5和電位器R4共同組成電橋電路，取適宜電阻值，即R1為0.5K歐，R2為0.5K歐，R5為1K歐/49%，R4為1K歐/50%；對電壓比較器進行參數(shù)設定為+20V；如電壓比較器輸出高電平，則20=Ube1+RIm，其中Im

28、=1e-16A,Ube1=0.75V,R為R3和R13并聯(lián)阻值，所以取R3為0.1K歐，R13為0.2K歐/50%；如電壓比較器輸出低電平，則VT1截止，VT2、VT3導通，取直流電源12V，即12=Ube2+Ube3+R2Im，其中Ube2、Ube3分別等于0.75V，Im=1e-16A,R2為R11和R12的并聯(lián)電阻，則取R12為10K歐/10%，R11為0.5K歐/68%；C1為1nF；加熱電源V4選交流120V/60HZ/0De

29、g；加熱電阻R14為1K歐；繼電器最大電流為0.05A，則12=ImR10+Uce3,則取R10為1K歐/8%。</p><p><b>　　4、仿真設計結果</b></p><p><b>　　5、結論</b></p><p>　　我所設計的溫度自動控制指示電路滿足設計要求，即當溫度低于設定溫度時，繼電器吸合，加熱器通電

30、加熱，彩色指示燈U2指示；當溫度高于設定溫度時，繼電器釋放，加熱器斷電停止加熱，彩色指示燈U1和U4指示。</p><p>　　電路的優(yōu)點：節(jié)省人力資源，使控制更加方便快捷。</p><p>　　電路的缺點：熱慣性大，滯后現(xiàn)象嚴重，存在很多不確定的因素，導致控制精度不穩(wěn)定。</p><p>　　改進：可以增加報警裝置。如一些嚴格控制范圍溫度的生產環(huán)境，若因熱慣性使溫

31、度超出溫度范圍，則發(fā)出報警信號，但這需要電路能更精確的控制溫度。</p><p><b>　　6、課程設計的體會</b></p><p>　　電子課程設計實踐周，是以學生自己動手動腦，并親手設計、制作與調試為特色的。它將基本技能訓練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機結合，培養(yǎng)我們的實踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時代的大學生，僅會書本理論是不夠的，基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造

32、的基礎和必要條件，而且要有一個清晰的思路，在課程設計過程中遇到問題是很正常的，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。</p><p>　　在這次課程設計中我覺得最重要的就是要有自學能力，因為這次設計中有部分知識我們之前還沒有接觸過，所以自己必須學會查找相關的資料。另外就是在遇到實際問題的時候，要認真思考，運用所學的知識，一步一步的去探索，是完全可以解決遇到的一般問題的。本次課程

33、設計給我們創(chuàng)造了良好的學習機會：一是查閱資料將自己所學的數(shù)字電子技術，模擬電子技術，以及傳感器的相關知識綜合運用；二是系統(tǒng)了解溫度監(jiān)測的詳細過程，為日后的學習和工作增長知識，積累經驗。同時經過查資料、撰寫實驗報告等，加強在電子技術方面解決實際問題的能力，基本掌握常用模擬電子線路的相關知識，提高模擬電子線路的制作、調試和測試能力。</p><p>　　經過這次課程設計，讓我深深的感受到理論聯(lián)系實踐的重要性，平時在學

34、習中不能夠透徹理解的知識，通過動手，會有更好的認知。本次課程設計雖然不長，但是它給我們帶來了很多收獲。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我以后的學習、工作和生活中。設計過程，好比是我們人類成長的歷程，難免會遇到各種各樣的問題。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握的不夠牢固。我們通過查閱大量有關資料，和及時請教老師，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但同樣收獲巨大。它使我意識到

35、自己的操作能力的不足，在理論上還存在很多缺陷。所以在以后的學習生活中，我會更加努力地加強理論聯(lián)系實踐的學習，在努力學好專業(yè)知識的同時努力加強自己的專業(yè)技能方面的能力，使自己的知識在實踐中不斷增長，在實踐中鍛煉自己，培養(yǎng)自己各方面的能力，不斷提高自己。</p><p><b>　　7、參考文獻</b></p><p>　　袁宏，李忠波.電子設計與仿真技術.機械工業(yè)出版社