水温自动控制系统设计

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1、实验项目名称：水温自动控制系统设计实验日期：2011年1月5日实验室名称数字电路仿真实验室本项试验成绩同组学生班级、姓名实验分组号一、实验项目1、利用仿真软件proteus设计一个水温自动控制系统2、进一步理解水温自动控制系统的工作原理。3、学会用仿真软件设计一个电子线路系统二、实验要求模拟一个水温自动控制系统，当水温小于或等于20℃时，系统自动加热；当水温高于或等于50℃停止加热，并用数码管显示其温度情况，水温测量用热敏电阻，加热及停止用不同颜色的发光二极管显示。三、主要实验设备型号及技术指标PC、proteus7.5四、实验方案与测量记录（实验方案包括进行实验的硬件电路和软件程序，测试

2、记录包括实验过程中测量得的主要数据、波形、现象或问题）首先进行方案设计，按照设计要求，将系统划分为若干功能模块（即单元电路模块），得到系统框图，然后确定各单元电路要完成的任务，最后得到单元电路的具体结构（即电路的组成方式）。该系统框图如图5-1所示。系统框图说明如下：（1）信号调理模块由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。因为热敏电阻是将温度的变化转换成电阻值的变化，故在系统中应有信号调理电路，，其作用是将温度的变化这样一个非电量转换成电信号，然后加以放大。以便后一单元电路检测。信号调理电路的任务是将非电量转换成电量并适当放大。故该模块为放大电路。（2）水温检测模块水温检测模块的

3、任务是将经转换后得到的温度间接测量值与设计要求所设定的上限温度，下限温度进行比较，从确定对被测对象是加热还是不加热，故该模块电路的形式是参量比较器。（3）加热/停止加热模块加热/停止加热模块的任务是对水温用电热丝进行加热或停止加热。在这里，是对热敏电阻进行加热，故该单元电路也是放大电路。温度显示模块任务是将当前的温度反映在显示器上，故其作用是将温度的间接值，这样的模拟量转换成数字量热/停止加热显示部分的作用是将两个不同的状态用不同颜色发生二极管显示出来，这部分电路的任务是两种不同的状态显示，故用开关电路即可2.电路设计与器件设计1）信号调理模块①电路设计信号调理模块的任务是将非电量转换成电

4、量，然后加以放大，将非电量转换成电量的传感器用热敏电阻。当环境温度发生变化时，热敏电阻的阻值发生变化，利用这一特性，将非电量（温度）转换成电量（热敏电阻上的压降变化），因此，信号调理模块可以用三极管组成的放大电路，还可以用由运算状态组成的放大电路。这里选用由运算状态组成的放大电路最为方便。电路如图3-2所示。由图3-2，由运放组成的放大器为同相比例运算放大电路，其电压增益，即这样，，其中热敏电阻上的电压。电路的设计思想是这样的：设热敏电阻在环境温度为时阻值为则=，这样当选用负温度系数电阻时（关于这点，以后再详细介绍），环境温度越高，则热敏电阻的阻值愈小，设环境温度为时，其阻值为，则此时)这

5、样由于温度变化引起的热敏电阻变化，就通过运算放大器转换成了电信号。采用同相比例运算电路的理由如下：由于同相比例放大电路具有深度电压串联负反馈电路，它的输出电压较稳定，其输出电阻很小，故对后级电路而言，相当于一个电压源，因此带负载能力强。串联型的负反馈其输出电阻增大，这样就减少了对前级电路取用的电流。故对前级电路的测量精度不会产生不良影响。②器件设计a.运放的选择器件设计要从整个系统的角度来考虑：①是采用双电阻供电的运放还是采用电源供电的运放？②是采用精度型运放还是采用普通型运放(从价格来考虑)？普通型运放常有的有，其供电电源为±5V～±18V，且可以用正电源以+5V～+18V供电；精度型运

6、放常有的有OP07,其电源供电范围为±5V～±18V通常为±12V，且不能单电源供电。综合以上情况，选用运放且采用+5V单电源供电。图3-2所示电路中的电阻及的阻值要结合热敏电阻的具体参数来确定。将热敏电阻的阻值转换成电压的电路可采用分压电路，如图3-3所示。这里分压电压值应在1～3V，（为什么要这样选择，请同学们自己思考）分压电路的直流电源采用+5V电源。b.热敏电阻的选择热敏电阻从结构上可分为正温度系数电阻和负温度系数电阻，正温度系数电阻（PTC）是当温度增加时，其电阻阻值迅速增大；负温度系数电阻（NTC）是当温度增加时，其电阻阻值呈非线性减小。正温度系数电阻一般应用于电冰箱和压缩机启

7、动电路、彩色电视机消磁电路、电动机过热保护等电路中。负温度系数热敏电阻一般应用于各种电子产品中的温度检测、温度控制等。常用的温度检测用NTC热敏电阻有MF53～MF57系列，每个系列又有多种型号，同一类型不同型号的NTC;其标称电阻阻值也不相同。常用测温及温度控制用NTC热敏电阻有MF51系列、MF54系列、MF55系列等,因此,信号调理部分电阻的选择是在选定热敏电阻后来进行的。c.电路外围电路所用元件参数计算电路的设计