热水器控制器.docx
《热水器控制器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热水器控制器.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
热水器控制器
成绩评定：
传感器技术
课程设计
题目热水器控制器
摘要
热水器，为有限范围提供热水的工具，多以对水加热的能源分类，如用天然气、煤气、太阳能或电能加热的热水炉。
用煤气或太阳能加热的热水器多为洗浴用提供热水，用电能加热的有为洗浴也有为饮用提供热水的。
不论何种热水器皆应每年定期捡修，以防发生意外事故。
本文介绍一种适合家用储水式电热水器的控制器，其主要功能有进水显示、进水控制、温度显示、温度控制及报警等。
本文主要对家用电热水器的进水控制部分和温度控制部分两个部分进行分别设计。
采用自上而下的方法完成设计，本文比较详细的介绍了家用电热水器各部分的工作原理，并采用Multisim软件进行电路各部分的仿真。
仿真结果表明，进水控制部分，进水监测，水位预置，进水控制各电路功能达到标准，即通过【预置/进水】按键，完成预置和进水的切换，通过【脉冲】按键，预置水位，通过开关来模拟水位情况，通过对预置水位和模拟的水位的比较，来监测水位控制进水阀的工作，当水位达到一处水位时，报警；温度控制部分，温度检测，温度预置，和加热器控制各电路功能达到标准，即通过【预置/加热】按键完成预置和加热器控制功能的切换，通过电桥来完成温度和电压的转换，在通过A/D转化器来把模拟量变成数字量，通过数码管显示，再与预置的温度进行比较，来控制加热器的工作，并当出现水位过低时，强制停止加热器工作，以防止发生危险。
从功能及技术性能测试结果来看，设计满足要求。
一、设计目的1
二、设计任务与要求1
2.1设计任务1
2.2设计要求1
三、设计步骤及原理分析1
3.1设计方法1
3.2设计步骤5
3.3设计原理分析5
四、课程设计小结与体会6
五、参考文献7
一、设计目的：
本实验主要是通过热敏电阻的温度变化而阻值改变来影响电压，设计一个电桥，让热敏电阻的电压与预先设定好的电压进行比较，从而控制三极管的导通与截止，将三极管与继电器相连，以此来达到控制继电器的开关的自动段开和闭合，达到给水加热与保温的目的。
二、设计任务与要求
2.1设计任务
用热电式传感器（热敏电阻）设计一个电热水器。
当热水器内的水温低于指定的温度时，控制电路给出信号使电热水器电源接通，给水加热，加热时红色指示灯亮；当热水器内的水温达到指定的温度时，控制电路自动切断热水器电源，停止给水加热，使其处于保温状态，停止加热时，黄色指示灯亮。
2.2设计要求
（1）可控制电热水器电源接通或断开。
（2）可显示相应的控制状态。
三、设计步骤及原理分析
3.1设计方法
3.1.1LM324的功能及引脚：
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
如图1所示：
图1
其内部的四个运算放大器,A,B,C,D以及引脚功能如下：
管脚
接法
管脚
接法
1
outA
8
outC
2
inA-
9
inC-
3
inA+
10
inC+
4
电源正
11
电源地或负电源
5
inB+
12
inD+
6
inB-
13
inD-
7
outB
14
outD
LM324中的每一组运算放大器可用图2所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
图2
3.1.2继电器的继电特性：
电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。
一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。
当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。
我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性（参考图3）。
释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即 Kf=xf/xx
触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P0
图3
3.1.3负温度系数热敏电阻（NTC）极其特性：
NTC具有很高的负温度系数，特别实用于-100——3000C之间测温。
其电阻—温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为RT=AeB/T，RT是温度为T时的电阻值。
热敏电阻的温度系数为：
a=-B/T2B和a是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数。
其特性曲线如图
NTC负温度系数热敏电阻R-T特性
3.2设计步骤
图9为电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。
图9中电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R、保护电阻R0、电压恒为6V的电源U1、导线等组成控制电路。
当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通。
热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中。
已知R1＝33Ω、R2＝66Ω、R3＝154Ω、U2＝220V。
3.3设计原理分析
先确定热敏电阻R为950C时，其相应的电阻值，设计一个电桥电路使其达到平衡状态（即运算放大器LM324的U2=U3），可用电位器来实现，此时为临界状态（继电器RL1处于临界工作状态，）。
当热敏电阻VR1的温度T〈950C时，LM324的U2〉U3，晶体管Q1加反偏电压UBE截止，让继电器控制电路处于加热状态；同理，当热敏电阻VR1的温度T>950C时，LM324的U2〈U3，晶体管Q1加正偏电压UBE导通，让继电器控制电路处于关闭状态；这样，根据热敏电阻温度的高低，反复通断加热装置，使现场温度保持恒定。
四、课程设计小结与体会
4.1心得体会
本次课程设计是对我们的传感器知识的综合应用能力的测验，这次实验跟以前有很大的不同，它要求我们有团队合作精神，从分组到最后的实验完成我们都做的很认真。
总体来说实验过程还是比较顺利的，当然也遇到了一些困难。
本次课程设计我们的设计题目是电热水器，主要是应用NTC型热敏电阻的特性，并加上一些其他的电子器件来设计一个电路，使水温保持在95℃，并用发光二极管来显示电热水器的工作状态。
经过一个星期的课程设计，从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
仅仅靠一个人埋头苦干或者大家都太依赖别人，都会严重影响本次课程设计的进度。
课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，只有大家都要了解了实验的原理，才能积极地发挥自己的特长，提出自己独特的观点和看法，只有大家团结一致，积极地发挥团队合作精神，才能尽快地将理想的电路设计出来，倘若大家都依赖别人，自己不去思考，不去努力，很容易造成虽然电路设计出来了，但真正了解电路的只有一个人，而且很可能由于这一个人的错误而导致整个课程设计的失败。
所以在我看来，团结协作是我们这次课程设计成功的一项非常重要的保证。
通过电热水器的课程设计，我不仅加深了对传感器理论的理解，还将理论很好地应用到实际当中去，将枯燥的理论知识和生动的实际电路联系了起来，不仅如此，我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，不断地完善自己。
4.2总结
总的说来，通过本次实验我们大家学到了很多东西，不只是书本上的，还有来自课外的，也有自己深刻体会到的。
书本上学到的是实验成功的基础，课外知识是实验成功的必要补充，团队互助是实验成功的必要条件。
所以我们要在不断加强自身能力的同时，我们还应特别注重自身能力的加强。
最后，还要感谢老师的指导和帮助。
五、参考文[1]阎石.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2008.
[2]沙占友；王晓君.数字化测量技术[M].北京:
机械工业出版社,2009.
[3]王雪文；张志勇.传感器原理及应用[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2004.
[4]梁家劲.电子温度计的设计及其测量误差分析[J].广州大学学报（综合版）,2001,15（05）.
[5]程勇.实例讲解Multisim10电路仿真[M].北京:
人民邮电出版社,2010.献
升级会员 