【正文】 號處理單元，主要作用是對信號無損放大。放大后的信號就可以送到溫度比較單元了。這個單元將處理后的信號與預訂值進行比較，從而決定是否進行加熱。 顯示部分用來顯示所測的密室和所要控制的溫度。傳感器接收信號 信號處理 顯示 控制 加熱 溫度比較 7 4 單 元電路的設計計算、元器件選擇及電路圖 測溫單元 圖 測溫單元電路圖 溫度傳感器需要放入水中，所以應該在電路中引出一個出口來接溫度傳感器。 LM35 有三個引腳，其中 0 接正電源， 2 接地，這樣在 1 腳就會輸出隨溫度而現(xiàn)行變化的電壓。具體是每變化 1 攝氏度，輸出電壓變化 10mV。信號采集單元電路如圖 所示 。 Vcc 8 信號處理單元 LM35 輸出端的電壓因溫度改變 1 攝氏度而改變 10mv，很難檢測 。所以必須經(jīng)過一定的處理方可成為測量以及控制部分所使用的信號。處理方法也就是將它無損的放大一定的倍數(shù)。 因控制或測量溫度在 30 攝氏度的時候， LM35 輸出電壓為 300mv。溫度在 0 攝氏度的時候輸出為 0mv。經(jīng)下面計算： max vA 12VV ? min vA 0VV ? 得 max120 V VVA V?? 即 0 Av 40 考慮計算的方便，以及最后輸出測量的方便，放大倍數(shù)為 30 為宜。電路 如 圖 。 Vee Vcc Vin 9 圖 信號處理單元電路圖 溫度顯示單元 溫度顯示單元承擔兩個主要的任務，主要是顯示當前以及控制的溫度，如果沒有它就不知道自己到哪里了。 溫度顯示實質(zhì)上就是電壓顯示，主要是設計一個可以表征溫度的電壓表。因低溫區(qū)的電壓比較小，因此為了提高測量和控制的精度，需要設置兩個量程。 電阻選擇計算： 已知：萬用表內(nèi)阻 0=250R ? 滿量程為 0V= 所以若使其測量 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? 若使其測量 5V 電壓，串聯(lián)電阻 R2 需要滿足： 205R R k?? 因此可以通過設置一個開關來達到改變量程的目的。 另外控制和測量溫度都需要使用一個表頭來顯示。如圖 當單刀雙擲開關 S2 打到左邊的時候，可以通過調(diào)節(jié)電位器 R7 來調(diào)整控制電壓，具體的會在控制單元中說明。當開關 S2 打到右邊的時候，表頭用來顯示當前傳感器傳過來的經(jīng)過處理的 信號，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接收來自傳感器處理后的信號，判別是否需要對當前的水體進行加熱。因為初級放大電路是反向放大電路，所以，電壓會變成負電壓。因此控制電路處的比較基準電壓應該從負電源中索取。 電位器選擇計算： 為了使電位器在阻值最小的時候電路中電流在 以下，選擇固定電阻 R為 2k。雖然控制溫度需要達到 30 攝氏度，但是為了適應實際，同時以防被毀，控制電壓設置最大為 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 控制電路是一個比較器，如圖 所示。輸出為正負 12V，而繼電器沒有正負，所以必須使比較器輸出負電壓的時候繼電器截止，因此把繼電器和一個二極管串聯(lián)，這樣當電壓為負的時候繼電器就會很快地斷開了。 繼電器內(nèi)部是一個磁線圈，在斷電的時候會有很大的電流，為了保護電路需要在繼電器兩端并聯(lián)一個二極管，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 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 實物圖展示 圖 主模塊實物圖（正面） 圖 實物演示圖 （反面） 15 圖 電路板測試圖 元件及器件明細 元件及器件明細如表 所示 表 元件及器件明細 元件 器件明細 繼電器 1 個， 9V 開啟， 28A 二極管 1N4007 4 個 LM35 1 個，每 1 攝氏度輸出變化 10mV LED 3 個， 2 個黃， 1 個紅 uA741 3 個 電位器 1 個 ， 10k 單刀雙擲開關 1 個 普通開關 2 個 表頭 1 個， ， 250 歐姆 電阻（ 10kΩ， 100kΩ， 5kΩ， 1kΩ，2kΩ……） 若干，有的需要串并聯(lián)得到 6 設計小結(jié) 成果的評價 在電路的設計和制作中，使我無形中加深了對模擬電子技術基礎的理解和運用能力，對課本及以前學過的知識有了一個更好的總結(jié)。在電路的實物連接中出現(xiàn)了一些問題，需要不斷的解決，所以這幾周下來 ，我對問題的排查能力有了很大的提高；再次，通過此次課程設計，我對設計所用到的集成塊有了更加深刻地了解，這對我們以后的工作和學習的幫助都很有用處。 在這次的溫度控制系統(tǒng)設計中，實物的測試還在進行中。 本設計的特點 本設計中采用的是價格便宜且又有較好的線性度的溫度傳感器 LM35，并采用運算放大器幾乎無損放大，非常準群反映了所測量的溫度。另外由于比較器比較好的開關特性。 存在的問題和改進的意義 溫度的調(diào)控能力和傳感器的反應速度有非常大的關系。如果溫度傳感器對溫度的敏感速度非常低，控制器就無 法及時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 的反應速度也不是非常快，當我用熱水進行試驗的時候，溫度滯后可以達到 3 到 4 度。于是我使其貼附在散熱片上，這樣它對溫度的反應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，或者密室再大點，控制的精度就又會降下來的。因此，在溫度傳感器方面必須進行改進。我的改進意見是加大傳感器的表面積，或者是跟換效果更好的傳感器，這樣就會在更苛刻的條件下也可以有較大的精度了。 參考文獻 [1]吳友宇 . 模擬電子技術基礎 . 武漢：清華 大學出版社， 2020. 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