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样本2正文恒温

综述

很多的应用不需要精确的温度测量。

精确的温度测量是成本高的。

降低一点精度要求,就会有很多可供选择的成效方案,例如可选用:

二极管、热敏电阻、RTD(电阻温度计)、热电偶、硅温度计等测温方法。

在选择温度感测电路时,传感器的成本比温度范围、稳定性或精度更重要。

实现温度信号调理3种最经济的方法是用热电偶、二极管和热敏电阻。

本设计采用硅三极管3DG6做为感温探头,电压比较器采用LM324,降低了元件的成本。

 温度传感器的应用范围很广,它不仅广泛应用于日常生活中,而且也大量应用于自动化和过程检测控制系统。

  

 

1.器件选择和基本电路

1.1主要器件的选择

本设计采用LM234作为主要器件,LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,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。

每一组运算放大器可用图1-1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。

LM324的引脚排列见图1-1。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。

图1-1LM324的表示符号和引脚排列

1.2测温电路

空调温控电路的感温探头采用一只硅三极管3DG6,把它接成二极管形式。

硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/℃,即温度每上升1度,发射结电压变会下降2.5mV。

运放A1连接成同相直流放大形式,温度越高,晶体管BG1压降越小,运放A1同相输入端的电压就越低,输出端的电压也越低。

 这是一个线性放大过程。

在A1输出端接上测量或处理电路,便可对温度进行指示或进行其它自动控制。

图1-2测温电路图

1.3电压比较器

当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB,既10万倍)。

此时运放便形成一个电压比较器,其输出如不是高电平(V+),就是低电平(V-或接地)。

当正输入端电压高于负输入端电压时,运放输出低电平。

图1-3中使用两个运放组成一个电压上下限比较器,电阻R1、R1ˊ组成分压电路,为运放A1设定比较电平U1;电阻R2、R2ˊ组成分压电路,为运放A2设定比较电平U2。

输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间,当Ui>U1时,运放A1输出高电平;当Ui

运放A1、A2只要有一个输出高电平,晶体管BG1就会导通,发光二极管LED就会点亮。

若选择U1>U2,则当输入电压Ui越出[U2,U1]区间范围时,LED点亮,这便是一个电压双限指示器。

若选择U2>U1,则当输入电压在[U2,U1]区间范围时,LED点亮,这是一个“窗口”电压指示器。

此电路与温度传感器配合使用控制空调的制冷电机。

图1-3空调电压比较器

1.4A/D转换和显示电路

  电流转换成电压,由于此信号为模拟信号,因此,要进行数码显示,还需将此信号转换成数字信号。

本设计采用MCI4511BCD码锁存/七段译码/驱动器。

驱动共阴极LED数码管。

图1-4为MCI4511引脚排列管。

图1-4MCI4511引脚排列

其中,A、B、C、D—BCD码输入端;a、b、c、d、e、f、g—译码输出端,输出“1”有效,用来驱动共阴极LED数码管;

—测试输入端,

=“0”时,译码输出全为“1”;

—消隐输入端,

=“0”时,译码输出全为“0”;

LE—锁定端,LE=“1”时译码器处于锁定(保持)状态,译码输出将一直保持在LE=0时的数值,而此时LE=0为正常译码。

表1-1MCI4511功能表

输入

输出

LE

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示字形

×

×

0

×

×

×

×

1

1

1

1

1

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1

×

0

1

×

×

×

×

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0

0

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消隐

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0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

×

×

×

×

锁存

锁存

表1-1为MCI4511功能表。

MCI4511内接有上拉电阻,故只需在输出端与数码管笔端之间串入限流电阻即可工作。

译码器还有拒伪码功能,当输入码超过1001时,输出全为“0”,数码管熄灭。

当对此电路进行操作时,只要接通+5V电源和将十进制数的BCD码接至译码器的相应输入端A、B、C、D即可显示0~9的数字。

四位数码管可接受四组BCD码输入。

采用MC14433的转换电路如图1-5所示。

此电路的作用是通过A/D转换器MC14433将模拟信号转换成数字信号,以控制显示电路。

其中MC14511为译码/锁存/驱动电路,它的输入为BCD码,输出为七段译码。

LED数码显示由MC14433的位选信号DS1~DS4通过达林顿阵列MC1413来驱动,并由MC14433的DS1、Q2端来控制“+”、“-”温度的显示。

当DS1=1,Q2=1时,显示为正;Q2=0时,显示为负。

 

图1-5A/D转换和数码显示电路框图

 

2.设计思路和方案

2.1设计基本原理

空调温度控制器的实际工作温度由温度传感来测量,然后将测得的温度和输入设定温度值相比较,如果达到阈值电压,比较器将驱动执行单元,使空调机运转制冷开始,当工作温度低于输入设定温度时,空调机运转制热。

采用MC14433转换电路的作用是通过A/D转换器MC14433将模拟信号转换成数字信号,以控制显示电路。

其中MC14511为译码/锁存/驱动电路,该电路组成的温控器,它具有线路结构简单、无机械触点、温控范围宽、安装及使用方便于工作、控温效果理想等优点。

2.2设计框图

图2-1空调温控器设计框图

 

3.空调温度控制器电路图

图3-1温控器原理图

 

结论

温度控制器的种类很多,根据现场使用条件,选择恰当的传感器类型才能保证控制的准确可靠,并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。

本空调温度控制器的主要元件是LM324,其感温电路和电压比较器电路都采用LM324作为主要元件。

空调温控电路的感温探头采用一只硅三极管3DG6,把它接成二极管形式。

然后将测得的温度和输入设定温度值相比较,如果达到阈值电压,比较器将驱动执行单元,使空调机运转制冷开始,当工作温度低于输入设定温度时,空调机运转制热。

达到保持室温恒定的目的。

 

姓名:

学号:

日期:

参考文献

[1]陈强,林金表.综合电子电路应用指南[M].第1版,北京:

机械工业出版社,2004.

[2]赵家贵(等).电子电路设计[M].第一版,北京:

中国计量出版社,2005.

[3]黄永定,朱伟华,孙津平(等).电子线路实验与课程设计[M].北京:

机械工业出版社,2005.

[4]华永平,王亚莉,马永兵(等).模拟电子线路——理论、实验与仿真[M].北京:

电子工业出版社,2005.

[5]何书森何华斌(等).应用数字电路原理与设计速成[M].福建:

科学技术出版社,2000.

[6]周亦武(等).运算放大器电路实践青少年电子入门快车[M].福建:

科学技术出版社,1998

 

该电路虽简单,确可以达到控制效果。

电路见图示。

工作原理如下:

ST是WTQ-288型电接点压力式温度计,当恒温箱内的温度降低到下限时,ST的指针与下限接点接触,双向可控硅通过R被强制触发导通,接通加热器RL的电源,于是恒温箱内温度上升。

ST的指针转动,与下限触点脱离。

这时虽然触发回路已断开,但由于电容C的移相作用,当电源电压过零时,电容电流却不为零,这样,当电源反相后,仍能为双向可控硅提供触发电流而使可控硅导通。

当恒温箱内的温度上升到上限温度值时,ST电接点温度计的指针与上限接点接触,双向可控硅失去触发电流,在电源电压过零时关断。

这时恒温箱温度开始下降,当温度下降到下限值时,双向可控硅又被触发导通,接通加热器RL的电源,使恒温箱内温度上升,如此循环达到恒温的目的。

可控硅的功率可根据负载大小选取,功率加大时,应适当加大电容C的容量,以保证足够的触发电流。

 

课程设计体会

在大二的期末我们做了模拟电子课程设计,我们设计的是数字式简易温度控制器,这是一次很重要的实践活动,在设计过程中不仅锻炼了我们积极思考的好习惯,而且培养了我们一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神。

本学期学习了《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》这二门课程,通过完成这门课的课程设计,使我对以往的一些知识有了更深入的理解。

因为在此之前,我们都是在课堂上被动的听老师讲课,生硬的抄写笔记,很少主动去思考,去发现问题。

而这次课程设计为我们提供了亲自实践的机会,让我们自己去独立思考,提出问题,并且解决问题。

为了让自己的设计能够很完善,我们在设计过程中需要认真的翻阅大量的书籍,去网上搜寻资料,其与自己的想法正确的集合,形成自己的理论。

这既要求我们要有一个认真的态度来对待,又锻炼了我们求真务实的精神。

而且在设计过程中,还需要掌握一些必要的办公软件和画图软件,这对我们提高个人能力又很大的帮助。

自己认真的对待这次课程设计,会使我们受益匪浅。

 

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