【正文】 I 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí) ： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目 : 溫度控制 的設(shè)計(jì) 初始條件： 電阻、二極管、正負(fù) 12V 電源、 UA74電位器、 LED、半導(dǎo)體制冷片，溫度傳感器 LM3開關(guān) 要求完成的主要任務(wù) : （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求） 一、設(shè)計(jì)任務(wù) 利用溫度傳感器件、集成運(yùn)算放大器和 Tec(Thermoelectric Cooler， 即半導(dǎo)體致冷器 )等設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器。 二、要求 （ 1）控制密閉容器內(nèi)空氣溫度 （ 2）容器容積 5cm*5cm*5cm （ 3）測(cè)溫和控溫范圍： 0℃ ~室溫 （ 4）控溫精度177。 1℃ 三、 發(fā)揮部分 （ 1） 測(cè)溫和控溫范圍： 0℃ ~（室溫 +10℃） 時(shí)間安排： 時(shí)間安排： （ 1） 第 18 周理論講解。 （ 2） 第 19 周理論設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及 安裝調(diào)試 。 地點(diǎn)：鑒主 13 樓通信工程綜合實(shí)驗(yàn)室、鑒主 15 樓通信工程實(shí)驗(yàn)室（ 1） 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任 教師）簽名： 年 月 日 II 目 錄 摘要 ............................................................... I Abstract ......................................................... II 1 緒論 .............................................................. 1 2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 .................................................... 2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 .............................................. 2 設(shè)計(jì)思想 ..................................................... 2 3 選定方 案的論證及整體電路的工作原理 ............................... 3 設(shè)計(jì)方案選擇 ................................................ 3 可行方案 ............................................... 3 方案討論和選擇 ........................................ 4 選定方案的論證 .............................................. 5 選定溫度傳感器的論證 ................................... 5 選定繼電器的論證 ....................................... 5 選定運(yùn)算放大器的論證 ................................... 5 整體電路的工作原理 .......................................... 6 4 單元 電路的設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件選擇及電路圖 ............................ 7 測(cè)溫單元 .................................................... 7 信號(hào)處理單元 ................................................ 8 溫度顯示單元 ................................................ 9 控制單元 .................................................. 10 5 整 體電路圖、元件及器件明細(xì) ...................................... 13 整體電路圖 ................................................. 13 實(shí)物圖展示 ................................................. 14 元件及器件明細(xì) ............................................. 15 6 設(shè) 計(jì)小結(jié) ......................................................... 16 成果的評(píng)價(jià) ................................................. 16 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ............................................... 16 存在的問題和改進(jìn)的意義 ..................................... 16 參考文獻(xiàn) ……………………………………… ………………………………… 17 I 摘要 控制系統(tǒng)一般由溫度測(cè)量部分和溫度控制部分組成 。溫度測(cè)量部分主要用來接收當(dāng)前系統(tǒng)中的溫度，然后發(fā)送到控制部分；溫度控制系統(tǒng)主要是用來控制外部降溫系統(tǒng)的，它接受來自溫度測(cè)量部分的信號(hào)，然后與所要控制的溫度信號(hào)進(jìn)行比較，從而決定是否降溫。本設(shè)計(jì)同樣采用這兩大部分，通過對(duì)當(dāng)前與控制 溫度 的對(duì)比決定是否進(jìn)行加熱，從而達(dá)到控制 溫度 的目的。 關(guān)鍵詞： 溫度； 測(cè)量；控制。 II Abstract General system for temperature is made of the part of measuring temperature and the part of controling temperature. The part of measuring is to receive the signal of current temperature. And then ,it will transfor this signal to the part of controling,which is to contorl if it should be heated up or cooled. The part of controling pare it to the controled temperature after receiving the signal from the forward. Then ,it is going to determine is the system need to be heated up or cooled. This design for water temperature is also made of these system control the temperature of water by paring temperature to temperature to control to decide if to heat that we can get the destination of controling temperature. Key words: temperature 。 measure 。control 1 1 緒論 冬暖夏涼是人們對(duì)溫度的第一感覺，而如果要對(duì)溫度進(jìn)行精確的測(cè)量，則要進(jìn)行利用儀器進(jìn)行測(cè)量，這就要用到溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)，生活?yuàn)蕵?，儀器運(yùn)行等很多方面都有著廣泛的應(yīng)用。 而現(xiàn)今很多的溫度控制系統(tǒng)大多數(shù)都有很多的缺點(diǎn)，最主要的就是價(jià)格昂貴，反應(yīng)速度慢或者是精度不高等。這些缺點(diǎn)使得溫度控制部分成為整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)污點(diǎn)。本設(shè)計(jì)通過本人自身的所學(xué)知識(shí)，以及所考慮到的問題，盡量設(shè)計(jì)比較完美的溫度控制系統(tǒng)，希望通過設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單而價(jià)格便宜的溫度控制 系統(tǒng)達(dá)到拋磚引玉的目的。當(dāng)然，現(xiàn)今應(yīng)該是存在比我的系統(tǒng)更加完美的設(shè)計(jì)，如果可能，僅希望提供另外一種設(shè)計(jì)思路，也許會(huì)有某些火花的碰撞。 2 2 設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)及要求 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù) 技術(shù)要求和 所給條件 ，完成對(duì) 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，裝配與調(diào)試 。 設(shè)計(jì)要求 一、設(shè)計(jì)任務(wù) 利用溫度傳感器件、集成運(yùn)算放大器和 Tec(Thermoelectric Cooler， 即半導(dǎo)體致冷器 )等設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器。 二、要求 （ 1）控制密閉容器內(nèi)空氣溫度 （ 2）容器容積 5cm*5cm*5cm （ 3）測(cè)溫和控溫范圍： 0℃ ~室溫 （ 4）控溫精度177。 1℃ 三、 發(fā)揮部分 （ 1） 測(cè)溫和控溫范圍： 0℃ ~（室溫 +10℃） 設(shè)計(jì)思想 本次設(shè)計(jì)使用溫度傳感器收集當(dāng)前密室的溫度，然后經(jīng)過各部分電路處理，與所要控制的電路進(jìn)行比較。電路根據(jù)比較的結(jié)果決定是否對(duì)密室空氣進(jìn)行降溫，如果需要制冷會(huì)自動(dòng)開啟半導(dǎo)體制冷片。當(dāng)溫度低于所控制的溫度后，控制部分要斷開制冷電路。在不制冷的情況下，密室會(huì)自動(dòng)升溫，當(dāng)溫度上升到控制溫度以下的時(shí)候電路就會(huì)依照以前的步驟重新來一遍，然后對(duì)密室進(jìn)行降溫，然后循環(huán)往復(fù)執(zhí)行這樣一個(gè) 周期性的動(dòng)作，從而達(dá)到把溫度控制在一定范圍內(nèi)的目的。 3 3 選定方案的論證及整體電路的 工作原理 設(shè)計(jì)方案選擇 可行方案： 方案一： 通過集成運(yùn)放構(gòu)成的比例器，把溫度傳感器獲得的信號(hào)放大，再將信號(hào)傳輸給功放，帶動(dòng)半導(dǎo)體制冷片工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。功放采用乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。測(cè)溫部分通過測(cè)溫度傳感器輸出端與基準(zhǔn)端的電壓，在轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度值。其中，基準(zhǔn)端的電壓有事先調(diào)試好。 方案二： 利用集成運(yùn)放在非線性工作區(qū)（即飽和區(qū)）的輸出端電壓為正負(fù)電源電壓的特性，構(gòu)造溫度比較器，將溫度信 號(hào)離散成為高電平和低電平，高電平時(shí)制冷，低電平時(shí)加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。其中功放采用乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。測(cè)溫部分方案同方案一。 方案三： 用半導(dǎo)體制冷片分別實(shí)現(xiàn)制冷功能，該方案中同樣用比較器將溫度信號(hào)離散為高電平和低電平，高電平時(shí)制冷片工作，低電平時(shí)，加熱器工作，這樣就可也實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。其中功放電路采用兩個(gè)獨(dú)立的二級(jí)放大電路，且只用正電源。測(cè)溫部分方案同方案一。 4 方案的討論與選擇： 方案一可行，可是存在著許多缺點(diǎn)，如反應(yīng)慢，且溫度相近時(shí)，靈敏度也降低了。 方案二可行，它將變化的溫度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的高電平和低電平，通過功放的作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。但是半導(dǎo)體制冷片一直工作在較大功率條件下，耗能較多，且加熱器和制冷器始終有其一在工作中，所以會(huì)造成資源浪費(fèi)，電路也相對(duì)復(fù)雜。 方案三可以很好得實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制和測(cè)量，雖然方案三使用的電子器件較多且繁雜，電路也較復(fù)雜，但是對(duì)于控制電路來說更加準(zhǔn)確，迅速，因?yàn)椴恍枰獙?duì)電路進(jìn)行加熱，則這個(gè)電路是不錯(cuò)的。 綜合考慮之后 ，采用方案三作為具體實(shí)現(xiàn)方案。 5 選定方案的論證 選定溫度傳感器的論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可以測(cè)量并控制 0 到室溫的溫度，精度要達(dá)到 177。1℃。也就是說基本要求為傳感器可以測(cè)量 0 到室溫的溫度，并且具有很好的穩(wěn)定性。再結(jié)合性能以及價(jià)格方面的原因，選擇了集成溫度傳感器 LM35。 LM35 溫度傳感器在 55～ 150 攝氏度以內(nèi)是非常穩(wěn)定的。當(dāng)它的工作電壓在4 到 20v 之間是可以在每攝氏度變化的時(shí)候輸出變化 10mv。它的線性度也可以在高溫的時(shí)候保持得非常好。因此 LM35 完全符合設(shè)計(jì)要求。 選定繼電器的論證 繼電器是低壓控制高壓的部分，它的開啟電壓以及穩(wěn)定性相當(dāng)重要。因?yàn)檫x用的電源電壓是 12V 的，所以繼電器的開啟電壓應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)陀?12V 當(dāng)接近它，因此選用開啟電壓為 9V 的比較適合。另外，由于加熱部分的電流比較大，所以繼電器的承受電流要大，一般 1000W 的加熱裝置電流為 ，選擇 2=9A以上的比較適合。 選定運(yùn)算放大器的論證 本設(shè)計(jì)對(duì)放大器的要求只是有較好的虛短和虛斷特性，作為比較器時(shí)輸出可以接近電源電壓。因此通用型的運(yùn)算放大器便可滿足要求。因此選用通用型的ua741. 6 整體電路的工作原理 電路設(shè)計(jì)的總體思想是測(cè)溫 —— 比較 —— 控溫如圖 所示 圖 模塊框圖 傳感器采用封裝形式，將其放入欲控制系統(tǒng)中。收集溫度所表征的信號(hào)，主要是電壓信號(hào)。這個(gè)由傳感器所采集到的信號(hào)是非常微弱的，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)信