模电课程设计温控装置打印.docx

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模电课程设计温控装置打印

山东科技大学

电子课程设计报告

温控装置设计

姓名:

专业:

班级:

学号:

指导教师:

信息科学与工程学院

2013-6-6

摘要

本设计以LM358电压比较器和热敏电阻为核心，让热敏电阻、10K电阻来组成的分压电路，接LM358的反相输入端。

当环境温度大于或等于5℃时，热敏电阻阻值减小，使反相输入端电压小于正向输入端的参考电压，从而使LM358输出端输出参考电压，令LED发光,蜂鸣器发出响声报警，提醒用户及时采取措施。

关键词：

热敏电阻温度电压比较器参考电压

目录

山东科技大学I

温控装置设计I

摘要II

目录III

第一章课题背景4

1.1引言4

1.1.1背景4

1.1.2设计目的与意义4

1.2技术指标4

1.3主要工作5

第二章元件介绍5

2.1电压比较器LM3585

2.1.1电压比较器的工作原理5

2.1.2LM358的特点6

2.1.3LM358参数功能特性7

2.1.4LM358内部功能框图7

2.2热敏电阻8

2.2.1热敏电阻原理8

第三章方案论述10

3.1设计简介10

3.2总体思路11

3.3电路图11

3.4说明12

3.5结论12

参考文献13

第一章课题背景

1.1引言

1.1.1背景

温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。

随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。

温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。

日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。

利用热敏电阻器制作一个温度报警器，可通过调节微调电位器的阻值，改变电压比较器正向输入端的参考电压，可以改变电路报警时的温度。

1.1.2设计目的与意义

本文通过采用热敏电阻作为敏感元件的温度报警器的设计与制作，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。

这种温度报警器结构简单，由温度控制部件和报警器两部分组成，可操作性强，应用广泛。

工作时，温度测量范围为-30℃～110℃。

当温度达到预定值时，利用热敏电阻的特性，采集电压信号，驱动报警装置，立刻发出报警信号，从而防止因温度升高而带来的不必要的损失。

1.2技术指标

1）输入电压范围为5-7V

2）输入参考电压为0-4.6V

3）输出电压为2.2V

4）温度测量范围为-30℃～110℃

1.3主要工作

1）根据指标设计温度控制报警电路。

2）完成设计的焊接以及调试工作

第二章元件介绍

2.1电压比较器LM358

2.1.1电压比较器的工作原理

简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较的，这里不介绍），并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。

图1（a）是比较器，它有两个输入端：

同相输入端（“+”端）及反相输入端（“-”端），有一个输出端Vout（输出电平信号）。

另外有电源V+及地（这是个单电源比较器），同相端输入电压VA，反相端输入VB。

VA和VB的变化如图1（b）所示。

在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。

在这种情况下，Vout的输出如图1（c）所示：

VA>VB时，Vout输出高电平（饱和输出）；VB>VA时，Vout输出低电平。

根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。

2.1.2LM358的特点

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

2.1.3LM358参数功能特性　

内部频率补偿

直流电压增益高（约100dB）

单位增益频带宽（约1MHz）

电源电压范围宽：

单电源（3—30V）　　

双电源（±1.5一±15V）

低功耗电流，适合于电池供电

2.1.4LM358内部功能框图

图1内部功能框图

2.2热敏电阻

2.2.1热敏电阻原理

NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。

它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。

这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。

温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。

NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O～1000000欧姆，温度系数-2%～-6.5%。

NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流、测温、控温、温度补偿等方面。

2.2.2热敏电阻的R-T特性

NTC热敏电阻的温度特性可用下式近似表示：

式中：

RT：

温度T时零功率电阻值。

A：

与热敏电阻器材料物理特性及几何尺寸有关的系数。

B：

B值。

T：

温度（k）。

更精确的表达式为：

式中：

RT：

热敏电阻器在温度T时的零功率电阻值。

　　　T：

为绝对温度值，K；

　　　A、B、C、D：

为特定的常数。

NTC负温度系数热敏电阻R-T特性

B值相同，阻值不同的R-T特性曲线示意图

相同阻值，不同B值的NTC热敏电阻R-T特性曲线示意图

第三章方案论述

3.1设计简介

本设计能根据周围的温度变化发出警报提醒用户采取措施，它具有以下的优点：

①：

可通过调节电位器电阻值来改变输入参考电位，即改变报警时的温度。

②：

本设计简单易用，在日常生活中能广泛运用。

3.2总体思路

本设计以LM358电压比较器和热敏电阻为核心，当环境温度升高时，热敏电阻减小，即反相输入电压减小，使得反相输入电压小于正向输入的参考电压，从而使LM358输出端输出正向参考电压，令LED亮,蜂鸣器响起报警，提醒用户及时采取措施。

3.3电路图

3.4说明

电路图中，电源电压为4节5号电池组成，即输入电压为6V。

R1、R4、R5为普通电阻器，阻值分别为4.7K、12K、10K，R2为负温度系数热敏电阻，在温度为25℃时阻值为10K，在5℃时约为22K。

调节变阻器，使其阻值固定在26K。

当温度小于5℃时，R2的阻值大于22K，电压比较器的反相输入端电位高于同相输入端电位，输出低电平，LED不亮；当温度大于5℃时，R2的阻值小于22K，电压比较器的反相输入端电位高于同相输入端，输出高电平，LED亮，蜂鸣器响起。

从而实现超过5℃时的报警功能。

这样一个温控系统，还可以通过调节其中的变阻器来实现对不同温度的报警。

3.5结论

温度的调控能力和传感器的反应速度有非常大的关系。

如果温度传感器对温度的敏感速度非常低，控制器就无法及时得在欲控制温度处停止降温，这样就起不到控制温度的目的了。

LM358的反应速度也不是非常快，当用热水进行试验的时候，温度滞后可以达到3到4度。

于是使其贴附在散热片上，这样它对温度的反应速度才提高到控制精度为1度以内。

然而，如果控制的密室温度上升速度再快点，或者密室再大点，控制的精度就又会降下来的。

因此，在温度传感器方面必须进行改进。

改进意见是加大传感器的表面积，或者是跟换效果更好的传感器，这样就会在更苛刻的条件下也可以有较大的精度了。

这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。

其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我们今后的发展。

参考文献

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].第三版.北京:

高等教育出版社,2001．

[2]何道清，张禾，湛海云.传感器与传感器技术[M].第二版.科学出版社，2008.

[3]吴建品.传感器原理及应用[M].北京:

机械工业出版社,2008.

[4]郁有文,常建,程继红.传感器原理及工程应用[M].西安:

西安电子科技大学出版社，2004.

[5]周四春,吴建品.传感器技术与工程应用[M].北京:

原子能出版社,2007.

[6]唐贤远,刘岐山.传感器原理及应用[M].成都:

电子科技大学出版社,2000.

[7]朱清慧,张凤蕊等.Proteus教程[M].第1版.北京:

清华大学出版社,2008．

[8]邱关源,罗先觉.电路[M].第五版.北京:

高等教育出版社,2006.

[9]王志功，朱恩，陈莹梅.集成电路设计[M].电子工业出版社，2006.

[10]周润景，张丽敏等.AltiumDesigner完全电路设计[M].第1版.成都:

电子工业出版社，2009.

附录1总电路原理图

附录2元件清单