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电子温控器_电子信息工程毕业论文范文

发布时间:2015-03-16 来源:人大经济论坛
电子温控器_电子信息工程毕业论文范文 1 设计要求 1.1用所学知识,联系实际,设计出一款简单有效的温控电路; 1.2控制温度从0~100摄氏度连续可调; 1.3控制温度精度可达±0.2摄氏度; 1.4使用通用器件。 2 技术指标 2.1电源:直流(DC)12V; 2.2继电器最大工作电流:200mA; 2.3电路工作温度:-10~25摄氏度; 2.4继电器功率:2×1.5KW; 2.5控制电路功耗:350mW。 电子温控器 摘 要 本电路通过电桥电路对温度采样,并对采样信号经过精确放大、比较,来调整加热器的工作状态,从而使温度精确保持在一稳定值。 关键词 电桥电路、Cu100、电桥采样、OP77、电压比较、饱和导通。 1 引言 随着科技的发展,人们对事物的要求越来越高。尤其在科研领域,为使实验结果更加精确,更加具有权威性,其对实验环境要求之高乃是常人难以想象的。由于温度对决大多数物质来说都有影响,所以,对环境温度的理想控制一直以来是人们急待解决的问题。 此次设计由于时间以及各方面限制,在尽量保证温度控制精确的前提下,借先人经验,经过合理修改,成为一款结构简单,性能优越的温度控制电路。可以给一般实验提供较为良好的工作环境。 2 总体设计方案 2.1设计思路 传统的机械式温度采样体积相对较大,精度还不够高;而以往电桥式采样,其工作范围最多在0~95摄氏度。本次设计取样电路采用Cu100,经可调电阻设定温度(其理论工作温度在-50~150摄氏度之间),通过OP77的多级精确放大比较,驱动控制开关来控制加热器,使被控体温度始终保持在设定值上,从而来满足人们工作及研究的一般性需求。 2.2温控器方框图 设计原理分析 3.1核心元件介绍 OP77 OP77运算放大器实物外形如右图所示,是美国PRECISION MONOLITHICS INC.的产品,是一款公认的精密、低噪声、低漂移运算放大器。其内部设有短路保护系统,防止负载短路时损坏器件。其2脚、3脚分别为反相输入和正相输入端、6脚为输出端、7脚、4脚分别接正负12V电源、1脚、8脚为输入端、5脚为空脚。 铜热电阻Cu100 Cu100分度表(ITS—90) 温控器电路图如下所示: 温 控 器 原 理 图 基准电压与调整电路:D1、R1、RP1、RP2; 电压采样电路:R2、Rz; 电压放大电路:IC1、IC2、RP3、RP4; 电压比较电路:IC3、R3、R4、R5、RP5; 放大驱动电路:IC4、Q、D2、D3、J、R6、R7、R8、R9、R10、RP6、RP7。 3.2电路原理 电路中RP1和D1为采样电桥电路提供稳定的5V电压,减少由于电源电压波动对采样电路造成的影响,提高电路的可靠性与精度。OP77的1脚和8脚也为输入端,从RP3到RP6均接到这两个管脚上,并将中间抽头接到电源端,将其调到一合适值,使1脚与8脚电位达到一种平衡,从而防止外界变化对电路的干扰,提高电路的可靠性。 预先设置RP2,将所需温度调到50摄氏度,电路开始工作时,假设受控物温度为0摄氏度,则Rz将环境温度转换为0.5mV的电压送到到IC2的同相输入端。IC2的2脚和6脚用导线连接,在此仅做为电压跟随器。由IC2的6脚输出一正电压,经R3加到IC3反相输入端。同理,此时,IC1的同相输入端由基准调整电阻RP2提供1mV的高电平,它输出电压正,经R4加到IC3正相输入端。 前方输入的这两电压存在差值,于是IC3对其进行比较放大。(Up与Uz分别表示IC1与IC2输出电压)由虚短和虚断: 由于R3与R5阻值的巨大差别,因此,Uo3的值较Up与Uz亦有了百倍级的放大,输出一个负电压,经R6加到IC4的反相输入端。 IC4的正相输入端接地,而反相输入端加一负电压,与上面公式同理得,IC4的6脚将输出一个较Uo3大数倍的正电压,经R8加到开关管Q的基极。RP7为负反馈电阻,保证差值电压的精确放大。三极管Q原本处于截止状态,加上Uo3这一电压后,Q便会立即饱和,此时12V电源经Q发射极与集电极加到继电器上产生感应磁场,使继电器动触点便吸合,220V电压便加到加热器上,开始给受控物加热。R9和R10为开关管Q提供偏置电压。当继电器加电之后,指示灯D2便点亮,指示工作状态。 加热器持续加热,环境温度逐渐上升到设定温度,同时采样电阻Rz阻阻值亦上升。当其值与RP2达到平衡后,IC2的同相输入端也加上一个与IC1同相输入端相同的电压。经IC1、IC2同相跟随之后,共同加到IC3的正反相输入端。由于此两电压相等,所以IC3输出为零。同理,IC4输出亦为一个低电平。加到Q基极,使其截止,从而继电器J失电,动触点复位,切断加热器的供电电路。D3在这里是防止J失电时,自身产生的感应电压不能形成回路,将继电器烧坏。上述过程根据受控物温度变化反复进行,使其始终保持在设定值上。 3.3电路测评 本电路受控开关——电磁继电器,由于前一部分采样与放大电路的设计精度较高,所以其吸合与断开较为频繁,影响其寿命,并且其可靠性不如电子开关。可用电子开关及其相应控制电路来改进这一缺限,从而进一步提高电路性能。电路的前部采样与比较放大电路精度较高,其后部可通过增加其它相应电路来提实现更多功能。可适用于一般单位的较高精度温度控制。 4 说明 本电路在参考文献上所用运算放大器型号为OP07,但在元件参数查询时,发现了OP77这一升级产品,它们相应管脚功能与工作电压均相同,但性能更优于OP07。因此,本电路采用OP77,以方便元件的替换。 5 设计总结 通过此次课程设计,使我们能够把所学知识从书本上拿下来,应用到实际生活之中,使学习从质上发生了飞跃。在图书馆及互联网上查阅资料,增强了我们查阅资料、组织材料的能力。并通过对电路CAD软件Protel99的使用,认识到计算机辅助设计的方便快捷与智能。从知识的实际应用中认识到自己的不足,以便于在以后的学习与工作中能够从整体的高度认识自已,完善自己。 参考文献 [1] 彭介华.电子课程设计指导 [M].北京:高等教育出版社, 1997(2004重印) [2] 康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].北京:高等教育出版社,1999.6(2003重印) [3] 杨长春.2002年《电子报》合订本世纪[J].成都:四川科学技术出版社,2002.12 [4] 精密运算放大器参数 [EB/OL]. [5] 中国传感器
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