温度控制器设计毕业论文（设计）完整版.docVIP

电子与信息工程学院 课 程 设 计 报 告 （2011— 2012学年 第 1 学期） 课程名称： 温度控制器设计 班 级： 电子0801 学 号： 15 姓 名： 指导教师： 2011年 11月 一、设计任务和要求 设计任务：设计一个简易的水温控制电路。该电路能够将水温控制在一个合适的范围内，同时可以通过手动调节实现对温度控制范围的改变。 设计要求： 1.电路能够通过两个加热电路实现对水温的控制。假设水温范围为t1 ~ t2(t1 t2),t为实际温度。 当t t1时,两条加热电路都开始工作； 当t1 t t2时，其中一个加热电路工作； 当t t2时，两条加热电路都停止工作。 2.要求电路在t1,t2两个温度点不出现跳闸现象，即加热电路不会在短时间内导通与不导通。 3.要求能显示加热电路是否在工作。 4.要求能手动调节温度控制的范围。 二、总体方案设计 1.方案比较： 设计一个热水温控制器有很多种方案，现列出三种方案如下： 方案一： 系统组成如图2.1所示，由4个部分组成：传感器模块、自动控制模块、加热模块和显示模块。在自动控制模块中用软件编写控制的方式，设定温度控制域值，如果水温低于t1，则自动启动加热模块以保持水温，而当水温高于t2则停止加热，同时输出温度值到显示模块以实现水温动态显示。 图2.1 方案一系统组成框图 方案二： 利用555时基集成电路来实现，该系统的工作原理框图如图2.2所示，主要由4部分组成：传感器电路部分、AD/DC电源变换、555时基集成电路和加热电路。通过传感器设定水温的控制范围为t1至t2，当温度在此之间时电路都会周而复始的工作，从而达到可靠控制水温的目的。 图2.2 方案二工作原理框图 方案三： 利用电压比较电路以及运放电路实现对水温的控制，该系统的工作原理框图如图2.3所示，该系统主要由4部分组成：电源电路、温度传感器、水温范围控制电路、加热开关及显示电路。 图2.3 方案三工作原理框图 2.方案论证： 就第一种方案来看，结构很简单，可行性也还是非常高，并同时有加热模块和显示模块，同时实现了可视化和自动化，功能强大，设计起来有一定的难度。其中的难点可能是由于需要使用单片来实现软件编程控制，而且传感器在与单片机通信时还必须实现模拟信号转换为数字信号，这对于设计人员的编程能力和单片机知识要求较高，调试起来我认为会有些困难。 第二个方案大部分电路都涉及到模拟电路知识，模块也不是很多，结构也相对简单，各部分功能作用明显，难点可能在于传感器的选择和各电路之间的合理连接，经过分析，该电路的传感器要试用温度计，因此就有局限性。 第三个方案与第二个有相似点，又模电电路实现，但只要弄清楚各单元的电路作用，选好相关硬件，就可以设计出一个简单轻便，经济实惠，易于使用的水温调节器。只要参数能够处理好，控制精度也应该十分的好，对于单纯的控制水温，设计这样一个系统可以很好的满足要求。 3.方案选择： 经过方案的比较和论证，以及自己对各部分知识的掌握情况和应用能力，觉得方案三实行起来较为简单，调试起来更为容易，于是在设计中选择了方案三进行，下面就对各部分进行了详细的设计说明。 三、单元电路设计 1.温度传感器电路 由于要对水温进行采集，选用的传感器需要能方便的插入到水中，并且使用方便，价格合理。经过思考，决定使用Cu50，Cu50是铜热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。Cu后的50即表示它在0时阻值为50欧姆，在100时它的阻值约为71.400欧姆。它的工业原理：当Cu50在0摄氏度的时候他的阻值为50欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。铜热电阻的线性较好、价格低、电阻率低，因而体积较大，热响应慢，但是利用这一特点可以制作测量区域平均温度的感温元件。迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。由于反馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。 迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。比较器的反相输入电压从0开始线性变化, 由分压电阻R1、R2构成正反馈。当输入电压从1点开始增加(图), 在输入电压超过同相阈值VTH+ = VCCR2/(R1 + R2)之前, 输出将一直保持为VCC。在阈值点, 输出电压迅速从VCC跳变为VSS, 因为, 此时反相端输入电压大于同相端的输入电压。输出