1、西安欧亚学院水温控制系统项目报告第三组： 夏禹谢志恒员武张彬张进步张双龙张亮张光灿项目简介及安排一、项目介绍：1、设计可以测量和控制温度的温度控制器。测量和控制温度范围：580，控制精度：1，控制对象：继电器，继电器触点连接：一组转换接点（市电 220V/50Hz/2A） 。2、选择电路方案，完成对确定方案电路的设计和仿真。使用 multisim10.0 仿真软件实现电路的仿真二、组员分工安排：水温控制系统相关资料的搜集和整理 谢志恒 张进步模块一（温度传感模块） 张亮模块二（比例放大模块） 张彬模块三（电压比较模块） 员武Multisim10.0 仿真 张双龙项目报告制作 夏禹PPT 制作及
2、演讲 张光灿摘要本文主要从水温的测量和控制两方面设计了水温控制系统。首先，要实现对水温的测量，需要用到温度传感器，本设计采用了具有较好准确度的 LM35 型温度传感器，成功地实现温度的测量问题。其次，对于温度的控制问题，可以分为三部分。第一，温度转化为电信号。只有将温度转化为电信号后才能控制，所以采用 LM35 型温度传感器来转化温度。第二，电信号放大。由于 LM35 能将温度变化线性地表征为电信号,经过放大器放大后才可用万用表测量，因此要用到比例放大器进行电信号放大。第三，电压比较。把经过放大的电信号通过电压比较器与设定的电压进行比较，设定的电压就代表特定的温度。当实际温度高于设定温度时，控
3、制电路停止加热；当实际温度高于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度在某个值或小范围波动。关键词：LM35 温度传感器、比较器、放大器、继电器、万用表等。一、 设计分析温度控制系统可以分为二个部分，一是温度测量，二是温度控制。本文通过温度传感器实现温度的测量，并转换为电信号。再经放大器放大后与设定的电压值比较，输出正电压或负电压来实现电路的通断，从而实现温度的控制。其原理框架如下图 1.1：图 1.1二、 设计目的及思想2.1 设计目的通过模拟电子技术的学习，学习和掌握对集成运算放大器的线性和非线性应用。并基于模拟电子技术设计水温控制系统，实现水温的测量和控制。最后实现电路的仿真。2
4、.2 设计思想通过温度传感器和正比例放大器实现温度的测量，经适当放大后与设定的电压比较，设定的电压就代表特定的温度值。当实际温度高于设定温度时，控制电路停止加热；当实际温度高于设定温度时，使电路接通加热。这样就能自动控制温度的高低。受控水温温度传感器 比例放大器继电器 电压比较器三、 设计原理和方法3.1 原理分析根据设计分析中的框架图来看，该设计原理可分为 4 个模块，即：温度传感模块、比例放大模块、电压比较模块和继电器模块。通过温度传感器的温度变化实现 LED 灯的亮或者灭，从而实现继电器的开关来控制温度。3.2 模块设计3.2.1 温度传感器模块本设计选用 LM35 温度传感器转化温度。
5、LM35 的输出电压与摄氏温度呈线性关系，转换公式为： 10/outVmvCT在 0时输出为 0V，每升高 1输出电压增加 10mV。 LM35 温度传感器图如下图 1.2：图 1.2常温下 LM35 不需要额外的校准处理即可达到1/4 的准确率。此设计采用单电源供电，在 25下的静默电流约 50 ，非常省电，并且无散热问题，A精度非常高。并且输入电压宽，从 4V 到 30V 都可以。所以选择 LM35 很合适。3.2.2 比例放大器模块比例放大器要用到集成运算放大器，本文使用正向比例放大器，使输出时正电压。考虑到控制的温度是室温到 80 oC，所以取放大器的放大倍数为 10 倍（即温度缩小
6、10 倍）比较合适。正相比例放大器的原理图如下图 1.3：图 1.3由集成运算放大器的“虚短” “虚断”的性质有： PN121 v0 (iioioivRv）取 R =10K ，则 R =90 K ，因为电源电压为 12V，保持 10 倍放大，则12设定的电压值与温度的转换关系就为 10 倍。实际中取 R =90.9 K 。23.2.3 电压比较模块本文采用简单的单门限电压比较器，仿真图如下图 1.4：图 1.4放大器的输出电压作为比较器的输入电压，输出接输出电压。此时放大器工作在非线性状态，输出电压只有正或负两种饱和值。这种情况下运算放大器的输入端“虚短”不再适用。当 时， =12V，当 时，
7、 =NPv oNPvo。这种情况下，运算放大器的“虚短”仍然可用，则有V12 14Pivv所以可以通过调节滑动变阻器来控制 的值。图中增加 R1=5 K 的电阻，是为了控制 的最大值不超过 8V，即设定的1温度值不超过 80 oC。当滑动变阻器的接入电阻为 0 时，411Rv2V取 =10K ， =5 K 即可达到要求。4R13.2.4 继电器模块继电器是可以高温控制低温的器件，因为当低压电源端开关接通后电磁铁由于电流产生磁性，吸住磁铁使高压电源的开关接通，实现了低压控制高压。其内部构造及工作原理如图 1.5：图 1.5继电器选取的是额定电压为 12V 的常开型型号。即在无电流通过继电器时，继
8、电器高压端开关打开，加热电路不工作，当有一定的电流通过时，继电器产生磁性使高压端开关闭合。四、 电路的仿真通过 multisim10.0 仿真得到如下图 1.6、1.7、1.8 和 1.9 的仿真结果（不包含温度传感器模块和继电器模块）：图 1.6由于电压比较器的输出电压为正或者负的 12V，当输入电压为 +12V 时，发光二极管导通，当输入电压为-12V 时，发光二极管截止。接入三极管的目的是放大电流信号，使继电器能正常工作。由于发光二极管的导通电流与三极管的基极电流不匹配（发光二极管的导通电流大一些） ，故需要在发光二极管的负极接一个电阻，与基极电阻并联，这样流入基极的电流就变小，使三极管
9、能正常工作。图 1.7图 1.8图 1.9一般取 R =10K ，实际的发光二极管正向导通时有 2V 的压降，所以发光6二极管正向导通时负极的电位约为 10V，流过的电流约为 6mA。三极管的基极电流为 量级，所以与基极并联电阻 R =2 K 即可。A1用万用表测量 LM35 温度传感器输出端的电位，设为 V ，则有10mCT1）（ 用万用表测量比较器正向输入端的电压，现在的室温在 15 oC 左右，调节滑动变阻器，当比较器的 v 为 1.5V 以上时，就能观察到很容易就能观察到发P光二极管灯亮；加热温度传感器，很快就可以观察到二极管熄灭。五、电路特点与改进设计主要根据事实与现实的需求，主要运用了模拟电子技术基础中的放大器和比较器的知识，耗材小，省电，安全。基本都能达到预想的目标。如果电路能精进，并且应用数码直接显示温度，那样就会事半功倍！
