1、簡易浴室水溫控制電路設計 目錄 一. 設計任務和要求 1 二. 設計的作用、目的 1 三. 設計的具體實現2 1.系統組成框圖2 2. 主要單元監測電路設計 3 2.1 電路中儀器設備的選擇 5 2.2 電阻絲開關電路和顯示電路 5 2.3電路分析及原理圖 6 四.心得體會7 五附錄 8 六.參考文獻9 .設計任務和要求 設計任務：設計一個簡易浴室水溫控制電路。該電力能夠將水溫控制在一 個合適的范圍內，同時可以通過手動實現對水溫范圍的改變。 設計要求： 1. 要求電路能夠通過兩根電阻絲實現對水溫的控制。假定水溫范圍為 : ，t為實際溫度。當t 時，兩根電阻絲都通電加熱；當 一I時，僅一根電阻絲

2、通電加熱；當 時，兩根電阻絲都不通電。 2. 要求電路在、 溫度點不能出現跳閘現象，即電阻絲不能進行短時間內 反復在通電和不通電之間轉換。 3. 要求電路能夠顯示出電阻絲的通電與否。 4. 要求電路能夠手動調節水溫控制的范圍。 5. 根據上述要求選定設計方案，畫出系統框圖，寫出詳細的設計過程。 6. 利用Proteus的設計電路圖，畫出一套完整的設計電路圖，并列出所有的元件清單。 二.設計任務和要求 模擬電路課程設計是電子技術基礎課程的實踐性教案環節，通過課程設計， 要求達到以下目的。 1）鞏固和加深學生對模擬電子電路基本知識的理解，提高他們綜合運用本課 程所學知識的能力。2）培養學生根據課題

3、需要選學參考書籍，查閱手冊、圖 表和文獻資料的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關問題，學會自己分析 并解決問題的方法。3）通過電路方案的分析、論證和比較，設計計算和選 取元器件初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。4） 了解與課 題有關的電子電路以及元器件的工程技術規范，能按設計任務書的要求，完成 設計任務，編寫設計說明書，正確地反映設計與實驗的成果，正確地繪制電路 圖等。5）培養嚴肅、認真的工作作風和科學態度。通過課程設計實踐，幫 助學生逐步建立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點。 三.設計的具體實現 1. 系統組成框圖 簡易浴室水溫控制電路的總體框圖如圖1所示。它是由水溫監測電路

4、、水 溫范圍測量電路、電阻絲開關電路、顯示電路和電源電路5部分構成的。 水溫監測 電路 水溫范圍 測量電路 電源電路 圖1簡易浴室水溫控制電路的總體框圖 圖2 水溫監測電路和水溫范圍測量電路 水溫監測電路的功能是利用溫度傳感器的特性監測水溫的變化，同時將溫 度信號轉化為電信號。水溫范圍測量電路的功能是利用比較器的原理實現水溫 范圍的確定，同時利用遲滯比較器的遲滯特性來避免跳閘現象。電阻絲開關電 路的功能是完成控制電路和加熱電路的強、弱電轉換。顯示電路的功能是利用 發光二極管將電阻絲通電與否顯示出來。電源電路的功能是為上述所有電路提 供直流電源。 圖2 水溫監測電路和水溫范圍測量電路 5D%：

5、RMF51 58J VREF1 vcc D2 10 VREF2 0- . 120: LfJ :R3 1kQ：: 叫7 * - 10kG : :R7 ：1kQ： AA/V1 14 10kQ :R5 ： lOkQ : 12V _VGG U1 a : VA R8 1Ok0 : 12V : vcc : V1 17 2. 主要單元監測電路設計 2.1電路中儀器設備的選擇及水溫范圍測量電路 如上圖所示，水溫監測電路由可變電阻R9和電阻型溫度傳感器VRMF51- 583) 構成。電阻型溫度傳感器是最典型也是最簡單的一種溫度傳感器，它的工作原 理是通過阻抗的變化來表示溫度的變化，同時將溫度信號轉化為電信號Vs

6、,即 Vs代表了實際的水溫t。本電路采用電阻型溫度傳感器型號為 RMF51-583是一 種正系數的電阻型溫度傳感器，即傳感器的阻抗隨溫度的增加而增加?？勺冸?阻 的作用是通過調節可變電阻的阻值，就可以調節可變電阻的阻值，就可以 調節Vs的范圍，也就可以調節水溫控制的范圍。 水溫范圍測量電路即如圖 2所示，它由兩部分構成：第一部分是由電阻 、 和穩壓管也、構成的參考電壓產生電路；第二部分是由遲滯比較器 構成的水溫范圍測量電路。 參考電源產生的功能是產生兩個穩定的電壓，這兩個電壓代表水溫范圍的 上限值 和下限值由于參考電源產生電路輸出端接入比較器的輸入，為了防 止出現輸出電流導致參考電源不穩定的情

7、況，電路采用電阻和穩壓管相結合的 方式構成。 其中穩 壓管的穩定電 壓均為+8V,因此得 到輸出 I I 。 水溫測量范圍電路的功能有兩個：第一是確定實際水溫和水溫控制范圍的 大小關系；第二是防止出現跳閘現象。 首先 和 丨分別接入兩個運算放大器的同相輸入端，而Vs則同時輸 入到這兩個運算放大器的反相輸入端。這樣當 時， 和也輸出都為高電 平；當 U I 時，因輸出為高電平，兇輸出為低電平；當時，0 和口輸出都為低電平 表示運算放大器的同相輸入端）。由于 Vs、 和 分別代表t、，實際水溫和水溫控制范圍的大小關系就確定了。 其次，本電路通過遲滯比較器代替單門限比較器來防止跳閘現象的出現。 遲滯

8、比較器 的特性表達式為 1.1 ） 0 1.2 ） 由式1.1 ）和式1.2 ）可以得到回差范圍 I，即 從高電平轉化為低電平和從低 電平轉化為高電平的分界點電壓值有了 1.1V的差別，從而可以防止跳閘現象的 出現。同理，遲滯比較器的特性表達式為 1.3） I1.4） 由式1.3）和式1.4 ）可求得遲滯比較器 _1的 之差 I1 同樣具有1.1V的回差范圍。 穩壓管： D1, D2選擇參數為31mA,1W,8.2V的穩壓管 電源： 直流穩壓電源9V 電阻： R1=（9-8.2/3仁0.026 千歐 分別取R1, R2為10千歐 在水溫監測電路和水溫范圍測量電路中，使用了一個四運放集成電路 L

9、M324將它作為一個電壓比較器，輸出高電平和低電平的電信號。 LM324應用作比較器：當去掉運放的反饋電阻時，或者說反饋電阻趨于無窮 大時（即開環狀態 ，理論上認為運放的開環放大倍數也為無窮大（實際上是很大 如LM324運放開環放大倍數為100dB,既10萬倍。此時運放便形成一個電壓 比較器，其輸出如不是高電平V+ ），就是低電平V-或接地）。當正輸入端電 壓高于負輸入端電壓時，運放輸出低電平。與各類傳感器配合使用，稍加變 通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 2.2電阻絲開關電路和顯示電路 如圖3所示，電阻絲開關電路是由三極管電路和繼電器電路構成的。電路 的輸入即為圖 2電路

10、中的輸出，即當 一 時，匚和引都輸出高電平；當 I時，輸出為高電平，輸出為低電平；當町時，輸出都為低電 平。 由于電阻絲的功能是加熱，即電阻絲中通過的是大電流和大功率，因此電 阻絲需要交流供電，這樣一來，電路中的開關必須使用繼電器電路。而一般運 算放大 電路的輸出電流無法驅動繼電器，因此需要加入電流放大電路。由于三極 管電路構成的電流放大電路是一種比較典型和簡單的電路。其中和口為限流 電阻，防止輸入電流過大燒毀三極管。三極管為共射極電路，三極管飽和導 通，可以將輸入電流放大倍；當輸入電壓為低電平時，三極管截止，無電流 通過。繼電器連接三極管的集電極，當有電流驅動時，開關吸合，對應的電阻 絲通電

11、加熱；當無電流驅動時，開關斷開，對應的電阻絲不通電，同時繼電器 兩端并聯入二極管進行保護。顯示電路如圖3所示，通過發光二極管亮滅來表 示電阻絲是否通電，同時由于繼電器的驅動電流過大，需要加入限流電阻。 2.3電路分析及原理圖 (1) 當.T 時， 和 輸出都為高電平；從而三極管 T1,T2飽和導通， 繼電器K1和K2都有電流通過，繼電器被驅動，開關吸合，對應的電阻絲通電 加熱，導致發光二極管工作發光。 當 I 時，E輸出為高電平，T輸出為低電平；三極管T1飽和 導通，T2截止，繼電器K1有電流通過，而K2則沒有，當繼電器被驅動，開關 吸合，對應的電阻絲通電加熱，導致發光二極管 T1工作發光，T

12、2則不工作。 (2) 當 I時， 和也輸出都為低電平；三極管 T1，T2都截止，繼電器 K1，K2都沒有電流通過，繼電器不被驅動，電阻絲均不通電加熱。 從電路的原理圖以及仿真過程中可以看出，能夠確定出實際的水溫和水溫 控制范圍，能夠達到一定的下限水溫，在沒有達到這個下限水溫之前，兩根電 阻絲同時加熱，使水溫快速上升。當達到這個溫度以后，只有一根電阻絲加 熱，節約能源。知道水溫上升到一個上限水溫之后，為防止人燙到，電阻絲停 止加熱。知道水溫下降之后，電阻絲才再重新開始加熱，如此循環加熱，實現 了設計的要求 四. 心得體會 為期一周的模電課程設計讓我學到了很多關于模電理論方面和實踐方面的 知識，讓

13、我受益匪淺。這次設計雖然遇到了許多出乎意料的問題，但在老師和 同學的虛心教導下，順利地解決了所有的問題。不僅鍛煉了自己的動手能力， 也從一定程度上鞏固了 Proteus仿真軟件的應用，加深了對模擬電路方面知識 的理解。 在仿真軟件Proteus中，首先，繪制原理圖，接著設置元件的各種參數， 最后就要應用Proteus的仿真功能觀察實驗現象。在此期間，對電路元件參數 進行了相應的修改，最后得到比較接近實際的仿真結果。 在做實驗的過程中，我們必須對每一個細節引起重視，尤其是在焊接的過 程中，有一個環節出錯，就可能導致整個實驗失敗，所以這次設計不僅考驗了 我們對知識的吸收和掌握，更重要的是考驗了我們

14、的細心和耐心。不要怕麻 煩，特別是在焊接過程中，我們必須一次一次地核對接線，直至找出問題的所 在。 同時，在這次設計中，除了在老師的細心指導下，同學們之間的團結與互 助也讓我伸手感觸。我深刻地體會到實踐工作是一個團隊的工作，團隊需要我 們每一個人的參議，團結的力量是無窮的。這種團結的精神值得我們發揚光 大。 五. 附錄 簡易浴室水溫控制電路元器件清單 符號 類別 數目 備注 R9 可變電阻 1 可變范圍為 0- 10k R1，R4, R5, R6, R8,R10, R11 10 k 7 R3, R7, R12,R13 1 k 4 D1, D2 穩壓管 2 D3, D4 二極管 IN4148 2 D5,D6 LED 2 T1,T2 三極管9013 2 J1,J2 繼電器EDR2H1A1 2 2 RMF51-583 熱敏電阻 1 用可調范圍為 0-10k電位器替代 仿真 C1 470 卩 F 1 C2,C4 0.1 卩 F 2 C3 47卩F 1 U1,U2 LM324 2 U3 MC78L12K( : 1 簡易浴室溫度控制設計電路圖 六參考文獻： 1. 清華大學電子學教研組編，童詩白、華成英主編：模擬電子技術基礎 第三版，北京，高等教育出版社， 2001 2. 騰國仁主編、笠清琪副主編：電氣實驗技術，北京，煤炭工業出版 社， 2003 3. 李銀華主編、王新金副主編、江泳副主