【正文】 號(hào)處理單元，主要作用是對(duì)信號(hào)無(wú)損放大。放大后的信號(hào)就可以送到溫度比較單元了。這個(gè)單元將處理后的信號(hào)與預(yù)訂值進(jìn)行比較，從而決定是否進(jìn)行加熱。 顯示部分用來(lái)顯示所測(cè)的密室和所要控制的溫度。傳感器接收信號(hào) 信號(hào)處理 顯示 控制 加熱 溫度比較 7 4 單 元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件選擇及電路圖 測(cè)溫單元 圖 測(cè)溫單元電路圖 溫度傳感器需要放入水中，所以應(yīng)該在電路中引出一個(gè)出口來(lái)接溫度傳感器。 LM35 有三個(gè)引腳，其中 0 接正電源， 2 接地，這樣在 1 腳就會(huì)輸出隨溫度而現(xiàn)行變化的電壓。具體是每變化 1 攝氏度，輸出電壓變化 10mV。信號(hào)采集單元電路如圖 所示 。 Vcc 8 信號(hào)處理單元 LM35 輸出端的電壓因溫度改變 1 攝氏度而改變 10mv，很難檢測(cè) 。所以必須經(jīng)過(guò)一定的處理方可成為測(cè)量以及控制部分所使用的信號(hào)。處理方法也就是將它無(wú)損的放大一定的倍數(shù)。 因控制或測(cè)量溫度在 30 攝氏度的時(shí)候， LM35 輸出電壓為 300mv。溫度在 0 攝氏度的時(shí)候輸出為 0mv。經(jīng)下面計(jì)算： max vA 12VV ? min vA 0VV ? 得 max120 V VVA V?? 即 0 Av 40 考慮計(jì)算的方便，以及最后輸出測(cè)量的方便，放大倍數(shù)為 30 為宜。電路 如 圖 。 Vee Vcc Vin 9 圖 信號(hào)處理單元電路圖 溫度顯示單元 溫度顯示單元承擔(dān)兩個(gè)主要的任務(wù)，主要是顯示當(dāng)前以及控制的溫度，如果沒(méi)有它就不知道自己到哪里了。 溫度顯示實(shí)質(zhì)上就是電壓顯示，主要是設(shè)計(jì)一個(gè)可以表征溫度的電壓表。因低溫區(qū)的電壓比較小，因此為了提高測(cè)量和控制的精度，需要設(shè)置兩個(gè)量程。 電阻選擇計(jì)算： 已知：萬(wàn)用表內(nèi)阻 0=250R ? 滿量程為 0V= 所以若使其測(cè)量 10V 電壓，串聯(lián)電阻 R1 需要滿足 ： 100goR R VRV? ? 帶入數(shù)據(jù)可算出 1 10Rk? 若使其測(cè)量 5V 電壓，串聯(lián)電阻 R2 需要滿足： 205R R k?? 因此可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)達(dá)到改變量程的目的。 另外控制和測(cè)量溫度都需要使用一個(gè)表頭來(lái)顯示。如圖 當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān) S2 打到左邊的時(shí)候，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 R7 來(lái)調(diào)整控制電壓，具體的會(huì)在控制單元中說(shuō)明。當(dāng)開(kāi)關(guān) S2 打到右邊的時(shí)候，表頭用來(lái)顯示當(dāng)前傳感器傳過(guò)來(lái)的經(jīng)過(guò)處理的 信號(hào)，也就是表征溫度的電壓量。 10 圖 顯示單元電路圖 11 控制單元 控制單元的作用是通過(guò)接收來(lái)自傳感器處理后的信號(hào)，判別是否需要對(duì)當(dāng)前的水體進(jìn)行加熱。因?yàn)槌跫?jí)放大電路是反向放大電路，所以，電壓會(huì)變成負(fù)電壓。因此控制電路處的比較基準(zhǔn)電壓應(yīng)該從負(fù)電源中索取。 電位器選擇計(jì)算： 為了使電位器在阻值最小的時(shí)候電路中電流在 以下，選擇固定電阻 R為 2k。雖然控制溫度需要達(dá)到 30 攝氏度，但是為了適應(yīng)實(shí)際，同時(shí)以防被毀，控制電壓設(shè)置最大為 50 攝氏度。 Vo = 500mV 30= 15 V 因 此電位器選擇 10k 為宜。具體電路圖如圖 圖 控制單元電路圖 12 控制電路是一個(gè)比較器，如圖 所示。輸出為正負(fù) 12V，而繼電器沒(méi)有正負(fù)，所以必須使比較器輸出負(fù)電壓的時(shí)候繼電器截止，因此把繼電器和一個(gè)二極管串聯(lián)，這樣當(dāng)電壓為負(fù)的時(shí)候繼電器就會(huì)很快地?cái)嚅_(kāi)了。 繼電器內(nèi)部是一個(gè)磁線圈，在斷電的時(shí)候會(huì)有很大的電流，為了保護(hù)電路需要在繼電器兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，以使繼電器斷電后它的保留電流可以在二極管和電阻中快速消完 。 圖 繼電器使用電路圖 13 5 整體電路圖、元件及器件明細(xì) 整體電路圖 電路如圖 所示 圖 水溫控制系統(tǒng)整體電路圖 14 實(shí)物圖展示 圖 主模塊實(shí)物圖（正面） 圖 實(shí)物演示圖 （反面） 15 圖 電路板測(cè)試圖 元件及器件明細(xì) 元件及器件明細(xì)如表 所示 表 元件及器件明細(xì) 元件 器件明細(xì) 繼電器 1 個(gè)， 9V 開(kāi)啟， 28A 二極管 1N4007 4 個(gè) LM35 1 個(gè)，每 1 攝氏度輸出變化 10mV LED 3 個(gè)， 2 個(gè)黃， 1 個(gè)紅 uA741 3 個(gè) 電位器 1 個(gè) ， 10k 單刀雙擲開(kāi)關(guān) 1 個(gè) 普通開(kāi)關(guān) 2 個(gè) 表頭 1 個(gè)， ， 250 歐姆 電阻（ 10kΩ， 100kΩ， 5kΩ， 1kΩ，2kΩ……） 若干，有的需要串并聯(lián)得到 6 設(shè)計(jì)小結(jié) 成果的評(píng)價(jià) 在電路的設(shè)計(jì)和制作中，使我無(wú)形中加深了對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的理解和運(yùn)用能力，對(duì)課本及以前學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)更好的總結(jié)。在電路的實(shí)物連接中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，需要不斷的解決，所以這幾周下來(lái) ，我對(duì)問(wèn)題的排查能力有了很大的提高；再次，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)設(shè)計(jì)所用到的集成塊有了更加深刻地了解，這對(duì)我們以后的工作和學(xué)習(xí)的幫助都很有用處。 在這次的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)物的測(cè)試還在進(jìn)行中。 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)中采用的是價(jià)格便宜且又有較好的線性度的溫度傳感器 LM35，并采用運(yùn)算放大器幾乎無(wú)損放大，非常準(zhǔn)群反映了所測(cè)量的溫度。另外由于比較器比較好的開(kāi)關(guān)特性。 存在的問(wèn)題和改進(jìn)的意義 溫度的調(diào)控能力和傳感器的反應(yīng)速度有非常大的關(guān)系。如果溫度傳感器對(duì)溫度的敏感速度非常低，控制器就無(wú) 法及時(shí)得在欲控制溫度處停止降溫，這樣就起不到控制溫度的目的了。 LM35 的反應(yīng)速度也不是非常快，當(dāng)我用熱水進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，溫度滯后可以達(dá)到 3 到 4 度。于是我使其貼附在散熱片上，這樣它對(duì)溫度的反應(yīng)速度才提高到控制精度為 1 度以內(nèi)。 然而，如果控制的密室溫度上升速度再快點(diǎn)，或者密室再大點(diǎn)，控制的精度就又會(huì)降下來(lái)的。因此，在溫度傳感器方面必須進(jìn)行改進(jìn)。我的改進(jìn)意見(jiàn)是加大傳感器的表面積，或者是跟換效果更好的傳感器，這樣就會(huì)在更苛刻的條件下也可以有較大的精度了。 參考文獻(xiàn) [1]吳友宇 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) . 武漢：清華 大學(xué)出版社， 2020. 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