模电课设小室恒温控制电路3.docx
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模电课设小室恒温控制电路3
课程设计名称：
电子技术课程设计
题目：
小室恒温控制电路设计
专业：
班级：
姓名：
学号：
课程设计任务书
一、设计题目
小室恒温控制电路设计
二、设计任务
1小室的温度自动控制在所设定的温度内（T=±δT）℃,且恒定温度T℃的设定在一定范围内可调。
2用灯泡模拟加热系统。
在设定温度（T=-δT）℃以下灯泡自动亮（加热），达到（T=+δT）℃时灯泡自动灭（停止加热）。
三、设计计划
电子技术课程设计共1周。
第1天：
查资料；
第2天：
方案分析比较，确定设计方案；
第3天：
电路设计；
第4天：
修改设计；
第5天：
编写整理设计说明书。
四、设计要求
1.画出整体电路图。
2.写出设计说明书。
3.同组同学的设计不能雷同。
4.电路图必须亲自绘制。
指导教师：
教研室主任：
时间：
2011年6月17日
目录
综述.......................................................................................................................1
1温度传感器的选取..............................................2
2各单元电路的设计与分析........................................3
2.1.1AD590功能及管脚图..................................................................................3
2.1.2环境温度感温电路......................................................................................4
2.1.3窗口比较器..................................................................................................5
2.1.4温度阈值设定电路......................................................................................7
2.1.5设定电压与检测电压..................................................................................7
2.1.6LED灯检测工作状态..................................................................................7
3整体电路图....................................................9
4实验内容仿真..................................................10
4.1.1环境温度感温电路仿真..............................................................................10
4.1.2窗口比较器电压阈值设定..........................................................................11
5结论..........................................................12
6心得体会......................................................13
7参考文献......................................................14
摘要
本小室恒温控制电路共有四部分组成：
现测量环境温度感温、实现温度阈值设定、判断预先设定电压与检测电压、模拟加热与制冷。
第一部分主要器件为AD590，根据温度的变化电流成线性变化，第二部分是设定允许输入温度的上，下限，第三部分是通过窗口比较器分析是加热还是制冷。
第四部分是通过LED灯的亮、灭模拟加热与制冷。
系统停止加热————LED灯灭。
系统开始加热————LED灯亮。
并通过AD590检测温度的变化。
使温度维持在预先设定的范围内变化。
关键字：
恒温控制环境感温电压比较器
综述：
恒温控制系统在生产生活中有着重要的作用，例如恒温储存的保温箱、保温室，冬季北方的供暖系统，中央空调控温系统，以及农业恒温育种、暖棚等。
因此本次模拟电子技术课程设计，选题为小室恒温控制电路设计，一方面对已学过的知识进行初步的应用，另一方面，对恒温系统进行初步的了解。
小室恒温控制电路大致分为四个部分，分别是温度的获取，阈值电压的设定（温度范围的设定），电压的比较，模拟加热。
流程图如下;
阈值电压设定
u1≥U1
电压比较
开始制冷
环境温度感温
u1≤U1
开始加热
环境温度感温主要由AD590器件和集成运放（将温度变化转换成电流变化再转换成电压变化）阈值电压的设定如图1.1.4，电压比较主要由窗口比较器组成，并通过LED1，LED2，LED3灯的亮灭模拟系统的是否工作，是加热还是制冷状态。
1.温度传感器的选取
1）铂电阻
铂电阻与温度之间的关系接近于线性，在0～630.74℃范围内可用下式表示Rt=R0（1+At+Bt2）在-190～0℃范围内为Rt=R0（1+At+Bt2十Ct3）。
式中：
RO、Rt为温度0°及t°时铂电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，由实验确定，A=3.9684×10-3/℃，B=-5.847×10-7/℃2，C=-4.22×10-l2/℃3。
由公式可看出，当R0值不同时，在同样温度下，其Rt值也不同。
2）铜电阻
在测温精度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜电阻做成热电阻材料代替铂电阻。
在-50～150℃的温度范围内，铜电阻与温度成线性关系，其电阻与温度关系的表达式为Rt=R0（1+At）（2-3）式中，A=4.25×10-3～4.28×10-3℃为铜电阻的温度系数。
红外线传感器
热传感器是利用辐射热效应，使探测器件接收辐射能后引起温度升高，进而使传感器中一栏与温度的性能发生变化。
检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。
多数情况下是通过赛贝克效应来探测辐射的，当器件接收辐射后，引起一非电量的物理变化，也可通过适当变化变为电量后进行测量。
3）模拟温度传感器
LM135/235/335
LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。
该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA到5mA，精度为1℃，LM135的温度范围为-55℃~+150℃，LM235的温度范围为-40℃~+125℃，LM335为-40℃~+100℃。
封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。
该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。
由于传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。
集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。
常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。
所以本次课程设计选取模拟温度传感器的AD590感温器件。
具体感温器件参数如下表：
温度传感器
型号
温度范围
价格
体积
灵敏度
铂电阻
PT100
-190°C〜630.74°C
25元
偏大
接近于线性
铜电阻
CU50
-200°C〜420°C
15元
偏大
接近于线性
红外线传感器
SMTIRMOD09
Sil
<300°C
25元
小
0.5°C
Std
70°C
Micro
120°C
模拟温度传感器
LM135
-55℃~+150℃
15元
小
10mV/K
LM235
-40℃~+125℃
LM335
-40℃~+100℃
AD590
-50℃~+150℃
25元
小
1μA/℃
数字式温度传感器
DS18B20
0℃~+99℃
5元
小
0.5°C
感温器件参数
2.各单元电路的设计与分析
2.1.1AD590功能及管脚图
AD590是电流输出型两端温度传感器，它的主要特性如下：
1）、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即mA／K式中；一流过器件（AD590的电流，单位为mA；T——热力学温度，单位为K。
2）、AD590的测量范围为-55°C〜+150°C。
3）、AD590的电源电压范围为4V〜30V。
电源电压可在4V〜6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
4）、输出电阻为710MW。
5）、精度高。
AD590共有I、J、K、L、M、五档，其中M档精度最高，在测量范围内，非线性误差为±0.3°C。
6）、输出电流以绝对温度零度（-273°C）为基准，温度每增加1°C，它会增加1μA输出电流。
因此室温为25°C时，输出电流Io=（273+25）=298μA。
7）、AD590的管脚图如下：
AD590的封装及基本应用
2.1.2环境温度感温电路
功能为实现测量环境温度感温，虚线框部分为电流—电压变换电路，电流I1以实现抵消在0摄氏度时的273.15μA偏移量（AD590管将温度变化转化为电流偏信号，相关计算为热力学温标T（K）=273.15+t（°C）。
流过电流与温度呈每增加1摄氏度电流增加1μA。
因而电流是时间函数。
U0=（If-I1）Rf，电路输出Rf=100kΩ，则0——100摄氏度对应0到10伏获得被测环境温度。
由于稳压管将电压稳定在5.1V，可以求得Rw+R2=5.1V/273.15μA=18.671kΩ（可
以取Rw=20kΩ，R2=10kΩ）IN4733A5.1v稳压管的功率为1W，则稳压管最大电流为I=1W/5.1V=0.196A，R1≥（15-5.1）V/0.196A=50.5Ω
+15v
If
Rf
—
A+
+
R1
∞
U0
+
AD590
Rw
Dz
5.1v
R2I1
R’
I
-15v
1.1.2环境温度感温电路
2.1.3窗口比较器
单限比较器和滞回比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次，因而不能检测输入电压是否在两个给定电压之间，而窗口比较器具有这一功能，如图所示为一种双限比较器，外加参考电压URH>URL，电阻R1，R2和稳压管DZ构成限幅电路。
当输入电压U1>URH时，U1>URL，所以集成运放A1的输出uo1=+U1。
单输入电压U1使得二极管D2导通D1截止，稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uo=+UZ。
URLURH和URL分别为比较器的两个阈值电压，设URH和URL均大于零，则传输特性如图。
电压比较器有以下特点：
1）、在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。
2）、一般用电压传输特性来描述输出电压和输入电压的函数关系。
3）、电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变
方向。
输出电压的高、低电平决定于限幅电路；令uN=uP，所求的uI就是阈值电压；uI等于阈值电压和输出电压的决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端。
uo
UOH
UOL
0URLURHu1
1．1.3（a）窗口比较器电压传输特性
-
+A
-
+A
=
URH
Uo1D1
R1
U1uo
Uo2D2
R2DZ
URL
1.1.3（b）窗口比较器一般电路
2.1.4温度阈值设定电路
功能为实现温度阈值设定（及输入允许温度上限、下限），根据具体的环境需求设定温度阈值上下界T1（环境允许最高温度），T2（环境允许最低温）。
对应U1，U2电压值（例如当设置高温为30摄氏度，最低为20摄氏度时，调节电压表V1示数为3V，电压表V2示数为2V），恒压源取Us=15V，同时用电压表测量设置电压观察情况。
Rw1
v2
v1
Rw2
u1u2
+15v
R1R2
1.1.4温度阈值设定电路
2.1.5设定电压与检测电压
主要功能判断预先设定电压与检测电压，主体部分为窗口比较器。
当ui大于U1时（代表测环境温度大于温度上限值）运放A1输出处于高电平Um（运放中无反馈且同相输入端电位高于反相输入端，非线性应用）VD1导通，A2处于输出处于低电平VD2截止u03处于高电平。
同理当ui小于U2时，A1截止，A2导通输出端应处于高电平。
输出端LED3指示灯亮，表明显示处于工作状态（或者温度加热器是温度升高，或者制冷工作温度降低）。
2.1.6LED灯检查工作状态
LED1模拟制冷器降温工作（LED1灯亮模拟降温过程）。
LED2模拟加热器（LED2灯亮模拟加热过程）。
并有AD590时刻检测环境温度变化。
1.1.6电压比较及模拟工作电路
3.整体电路图
小室恒温控制电路整体电路图
4、实验内容仿真
4.1.1环境温度感温电路仿真
仿真结果：
通过电流补偿开始温度转化为摄氏温度。
调节R5使XMM1显示电流为273.15μA
_
环境温度感温电路仿真
4.1.2窗口比较器电压阈值设定
仿真结果：
结果符合预先假设，工作特点当Ui小于U2时输出高电平，U02正向最大值VD2导通；此时运放A1输出低电平，u01=-Uom，VD1截止；因而忽略VD2导通压降，电路输出u02=+Uom。
当U1当U>U2时运放A1输出高电平，VD1导通u01=+Uom；此时运放A2输出低电平，u02=-Uom，VD2截止；因而忽略VD1导通压降，电路输出+Uom。
5、结论
通过仿真实验验证了预先设计的电路功能，并可以通过AD590时刻监控环境中温度变化，若温度超出阈值电压范围，则通过温度调节系统进行温度调节，从而实现了控制过程的反馈回路。
可以维持环境温度在预先设定范围内。
如下仿真电路图，LED1灯亮表明此系统处于工作状态，LED2灯亮LED3灯熄灭，说明此工作状态为加热状态，室温低于20摄氏度，电压小于2V。
同理，如果LED1灯亮，LED2熄灭，LED3灯亮，表明系统工作在制冷状态，室温高于30摄氏度，电压高于3V。
如果LED1、LED2、LED3灯都熄灭，说明系统工作停止，室温在20摄氏度到30摄氏度之间。
电压在2V-3V之间。
6、心得体会
通过本次课程设计，首先了解了一个新元件AD590温度传感器，它随温度的变化，电流会发生改变，温度每升高一摄氏度，电流会增加一微安，AD590的测量范围为-55°C〜+150°C，在零摄氏度时其电流为273.15μA，在本设计中，需要先将其电流补偿为零摄氏度电流为零。
其次以AD590为重要部件做出环境温度感温电路，将AD590的电流变化转换成电压变化，可表示为温度每升高一摄氏度，电压增加0.1V,在本次课程设计中又进一步了解了窗口比较器的输出特性和一般电路，同时知道了窗口比较器的阈值电压的设定，窗口比较器阈值电压设定电路图如图1.1.4.通过改变变阻器的大小改变阈值电压的上限和下限。
在本次课程设计中收获最多的是用Mulitisim进行仿真作图并运行，在作图中开始运用的不够熟练，对器件的位置不是很了解，通过不断地翻找各种器件，对此软件有初步的了解，其次在做图中要提前对器件的参数进行初步的计算，以便跟好的查找器件，节省时间。
其次是对索要绘制的电路图大小要有初步的估计，好进一步设定图纸的大小，以免绘制过程中发现图纸不够大，影响绘制效果。
在仿真过程中要参看各种仿真仪器表，对自己预测的结果进行对照，如果与自己预测的结果偏差很大，需要考虑电路的设计，或是各种器件参数设定是否合理，在接线时，一定要接到位，以免接错线，或是线与线之间有不必要的连接。
由于首次应用本软件，开始并不知道如何导出，最后通过在网上学习了解到可以直接复制粘贴。
在本次课程设计中，最难的一部分应该是对电路图的参数设定，通过大量的计算确定各个器件的参数值，其次是对各种器件的特性了解。
通过查找各种资料对所有器件的性能参数进一步了解。
在查阅资料的过程中，对所学过知识进一步了解并加深。
在本次课程设计中，首先要了解原理，分析所要做的电路要实现的功能，并根据所要达到的功能进行器件的选取，并在搭接好电路后，计算分析是否可以完成所预定的结果，目标，对不适当的地方进行修改。
课程设计是对所学知识的理解，加深，升华的过程。
也是对不同领域在自己所学范围内的应用和了解。
同时通过课程设计可以让我们了解到一些常用的器件，也可以学习到一些曾经不是很了解的器件。
同时提高了在即在各种参考资料中寻找自己需要的重点。
小室恒温控制电路设计给了我一个动脑，动手的机会。
在这次课程设计中了解到恒温系统的原理，对恒温系统有进一步的了解，通过自己动手做出来，提高了自信心，原来并没有想象中的那么复杂。
通过一个简单的小系统将模拟电子技术知识串联起来，收获非常大。
7、参考文献
《模拟电子技术基础》。
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清华大学电子学教研组编童诗白华成英主编
电子电工EDA实践教程。
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孟涛主编
《模拟电子技术基础》。
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哈尔滨工业大学电子教研组编王淑娟主编
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