水温控制系统(模拟电子)
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目 录 Abstrct……………………………………………………………………………II 1绪论…………………………………………………………………………………1 2设计内容及要求……………………………………………………………………2 2.1 设计的目的及主要任务…………………………………………………………2 2.1.1 设计的目的…………………………………………………………………2 2.1.2 设计任务及主要技术指标…………………………………………………2 2.2 设计思想…………………………………………………………………………2
3 设计原理及单元模块设计…………………………………………………………3 3.1设计原理及方法…………………………………………………………………3 3.2单元模块设计……………………………………………………………………3 3.2.1电源模块……………………………………………………………………3 3.2.2温度传感器模块……………………………………………………………3 3.2.3放大器模块…………………………………………………………………4 3.2.4比较器模块…………………………………………………………………6 3.2.5继电器模块…………………………………………………………………7 3.2.6加热模块……………………………………………………………………9 3.3电路的安装与调试………………………………………………………………10 3.3.1电路的安装…………………………………………………………………10 3.3.2电路的调试…………………………………………………………………10 4电路的仿真…………………………………………………………………………11 5电路的特点及改进………………………………………………………………12 6 课程设计心得及体会……………………………………………………………13 参考文献…………………………………………………………………………14 附录I 元件清单……………………………………………………………………15 附录II 整体电路图…………………………………………………………………16 I
摘要 目前,水温控制的应用十分广泛.对人们的生活影响很大，基于此要求，本设计主要采用电压比较器对继电器的控制实行对水温的控制。本设计主要运用了模拟电子技术基础中的比例放大器，电压比较器，继电器的相关知识，实现了温度的测量和对水温的控制，具有较好的可行性和实用性。信号通过LM35温度传感器输入转化为电信号，在经放大器放大后与设定的电压值比较，输出正电压或负电压来实现电路的通断，间接控制继电器的工作，实现温度控制。
关键词：LM35温度传感器，比较器，继电器等。 II
Abstract This paper adopts voltage comparator to relay control of temperature control of practice. Mainly used for simulating electronics proportion of amplifiers, voltage comparator, related knowledge of relays. The design and implementation of a temperature measurement and control of temperature, good feasibility and practicality. By LM35 temperature sensor signal input into electrical signals in the amplifier amplification, and set the voltage output voltage, negative or positive to realize the circuit, indirect control relay, realize temperature control.
Keywords: LM35 temperature sensor, the comparator, relays, etc. 1
1 绪论 人类社会已经进入信息化时代，信息社会的发展离不开电子产品的进步。随着我国科学技术势力不段提高，以及世界科学水平也在飞速发展。大规模集成电路再不同的领域也越来越被利用，不论在工业，还是在其他方面都起着举足轻重的作用。其中将其他信号通过传感器转化为电信号处理的产品也是层出不穷。本设计就是通过温度传感器将温度信号转化为电信号来控制温度。 水温控制系统的电路有很多种，这次设计是基于模拟电子技术基础上的电路。其原理框架如图1-1：
图1-1 2
2 设计内容及要求 2.1设计的目的及主要任务 2.1.1设计的目的 温度控制器是实现可测温和控温的电路，通过对温度控制电路的设计安装和调试了解温度传感器的性能，学会在实际电路中的应用。进一步熟悉集成运算放大器的线性和非线性的应用。
2.1.2 设计任务及主要技术指标
要求设计一个温度控制电路，其主要技术指标如下： （1）测温和控制温度 测量范围 室温～100 oC （2）控温精度 ：±1 oC （3）控温通道输出为双向晶闸管或继电器，一组转换触点为市电（220V，10A）
2.2设计思想 本设计要将水温转化成电信号才能控制。所以采用温度传感器来转化温度，经适当放大后与设定的电压比较，设定的电压就代表特定的温度值。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热；当实际温度高于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度在某个值或小范围波动。 3
3 设计原理及单元模块设计 3.1 设计原理及方法 根据绪论中的原理方框图，该设计问题可分为温度传感器模块，放大器模块，比较器模块，继电器模块，加热模块。由于电路中含有运算放大器，需接入±12V直流稳压电源，所以电源模块也可算在其中。
3.2 单元模块设计 3.2.1电源模块 本设计的电源电路采用固定集成稳压源电路输出±12V电压。稳压源电路如图3-2-1-1：
图3-2-1-1 这是一个用集成稳压器输出的稳压源电路，LM7812和LM7912是集成稳压器，分别控制输出±12V直流电压。电源接220V交流电后经变压器后变为18V左右的交流电，再经桥式整流后滤波，此时的电压不稳定，经上述集成稳压器后就能得到较稳定的电压。
3.2.2 温度传感器模块 本设计选用LM35温度传感器连转化温度。LM35的输出电压与摄氏温度呈线性关 4
系，转换公式为： mV/10Vout oC T oC
在0℃时输出为0V，每升高1℃输出电压增加10mV,LM35的外观如图所示
图3-2-2-1 图3-2-2-2 常温下LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。此设计采用单电源供电，在25℃下的静默电流约50A，非常省电，并且无散热问题，精度非常高。并且输入电压宽，从4V到30V都可以。所以选择LM35很合适。
3.2.3 放大器模块 放大器和比较器均要用到运算放大器，这里采用LM324集成运放。LM324是4个运算放大器的集成器件，这个设计中选择其中的两个使用。LM324的接线图如图3-2-3-1： 5
图3-2-3-1 图3-2-3-2 下面说明放大器的原理： 此设计用正相比例放大器，使输出时正电压，考虑到控制的温度是室温到80 oC，所以取放大器的放大倍数为10倍（即温度缩小10倍）比较合适。正相比例放大器的原理图如图3-2-3-3： 6
图3-2-3-3 由运放的“虚短”“虚断”的性质有
ioioii
vRRvRvvRvi）1221NP1( 0 v v
这里取R1=10K，则R2=90 K，因为电源电压为12V，保持10倍放大，则设定的电压值与温度的转换关系就为10 倍，比较容易控制和调节。实际中取R2=90.9 K。
3.2.4 比较器模块 这里采用简单的单门限电压比较器，使用的运算放大器为LM324中的一个。电路图如图3-2-4-1： 7
图3-2-4-1 图3-2-4-1中1接放大器的输出电压作为比较器的输入电压，3接输出电压。此时放大器工作在非线性状态，输出电压只有正或负两种饱和值。这种情况下运算放大器的输入端“虚短”不再适用。当NPv v时，ov=12V，当NPvv时，ov=V12。这种情况下，运算放大器的“虚短”仍然可用，则有
114PNivvvvv
所以可以通过调节滑动变阻器来控制11v的值。 图中增加R9=5 K的电阻，是为了控制11v的最大值不超过8V，即设定的温度值不超过80 oC。当滑动变阻器的接入电阻为0时，
12VRRRv93311
取3R=10K，R9=5 K 即可达到要求。 3.2.5 继电器模块
继电器是可以高温控制低温的器件，其内部构造及工作原理如图3-2-5-1：
