模电课程设计---温控装置设计.doc

山东科技大学 电子课程设计报告 温控装置设计山东大学电子课程设计报告温控装置设计姓名: 专业: 班级:学号:指导教师: 2013-6-6 摘 要 本设计以LM358电压比较器和热敏电阻为核心，让热敏电阻、10K电阻来组成的分压电路，接LM358的反相输入端。当环境温度大于或等于5时，热敏电阻阻值减小，使反相输入端电压小于正向输入端的参考电压，从而使LM358输出端输出参考电压，令LED发光,蜂鸣器发出响声报警，提醒用户及时采取措施。关键词：热敏电阻 温度 电压比较器 参考电压目录山东科技大学I温控装置设计I摘 要II目录III第一章 课题背景51.1 引言51.1.1 背景51.1.2 设计目的与意义51.2 技术指标51.3 主要工作6第二章 元件介绍62.1 电压比较器LM35862.1.1 电压比较器的工作原理62.1.2 LM358的特点72.1.3 LM358参数功能特性72.1.4 LM358内部功能框图82.2 热敏电阻82.2.1 热敏电阻原理8第三章 方案论述113.1设计简介113.2 总体思路113.3 电路图113.4 说明123.5结论12参考文献1314第一章 课题背景1.1 引言1.1.1 背景温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。利用热敏电阻器制作一个温度报警器，可通过调节微调电位器的阻值，改变电压比较器正向输入端的参考电压，可以改变电路报警时的温度。1.1.2 设计目的与意义 本文通过采用热敏电阻作为敏感元件的温度报警器的设计与制作，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，由温度控制部件和报警器两部分组成，可操作性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为-30110。当温度达到预定值时，利用热敏电阻的特性，采集电压信号，驱动报警装置，立刻发出报警信号，从而防止因温度升高而带来的不必要的损失。1.2 技术指标1）输入电压范围为5-7V2）输入参考电压为0-4.6V3) 输出电压为 2.2V4）温度测量范围为-301101.3 主要工作1） 根据指标设计温度控制报警电路。2） 完成设计的焊接以及调试工作第二章 元件介绍2.1 电压比较器LM3582.1.1 电压比较器的工作原理简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0t1时，VAVB；在t1t2时，VBVA；在t2t3时，VAVB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VAVB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VBVA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。2.1.2 LM358的特点 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 2.1.3 LM358参数功能特性 内部频率补偿 直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V) 双电源(1.5 一15V) 低功耗电流，适合于电池供电 2.1.4 LM358内部功能框图图1 内部功能框图2.2 热敏电阻2.2.1 热敏电阻原理NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料， 采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O1000000欧姆，温度系数-2%-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流、测温、控温、温度补偿等方面。 2.2.2 热敏电阻的R-T特性 NTC热敏电阻的温度特性可用下式近似表示： 式中： RT：温度T时零功率电阻值。 A：与热敏电阻器材料物理特性及几何尺寸有关的系数。 B：B值。 T：温度（k）。 更精确的表达式为： 式中： RT：热敏电阻器在温度T时的零功率电阻值。 T：为绝对温度值，K； A、B、C、D：为特定的常数。 NTC负温度系数热敏电阻R-T特性 B 值相同， 阻值不同的 R-T 特性曲线示意图相同阻值，不同B值的NTC热敏电阻R-T特性曲线示意图第三章 方案论述3.1设计简介 本设计能根据周围的温度变化发出警报提醒用户采取措施，它具有以下的优点： ：可通过调节电位器电阻值来改变输入参考电位，即改变报警时的温度。 ：本设计简单易用，在日常生活中能广泛运用。3.2 总体思路本设计以LM358电压比较器和热敏电阻为核心，当环境温度升高时，热敏电阻减小，即反相输入电压减小，使得反相输入电压小于正向输入的参考电压，从而使LM358输出端输出正向参考电压，令LED亮,蜂鸣器响起报警，提醒用户及时采取措施。3.3 电路图3.4 说明电路图中，电源电压为4节5号电池组成，即输入电压为6V。R1、R4、R5为普通电阻器，阻值分别为4.7K、12K、10K，R2为负温度系数热敏电阻，在温度为25时阻值为10K，在5时约为22K。调节变阻器，使其阻值固定在26K。当温度小于5时，R2的阻值大于22K，电压比较器的反相输入端电位高于同相输入端电位，输出低电平，LED不亮；当温度大于5时，R2的阻值小于22K ，电压比较器的反相输入端电位高于同相输入端，输出高电平，LED亮，蜂鸣器响起。从而实现超过5时的报警功能。这样一个温控系统，还可以通过调节其中的变阻器来实现对不同温度的报警。3.5结论温度的调控能力和传感器的反应速度有非常大的关系。如果温度传感器对温度的敏感速度非常低，控制器就无法及时得在欲控制温度处停止降温，这样就起不到控制温度的目的了。LM358的反应速度也不是非常快，当用热水进行试验的时候，温度滞后可以达到3到4度。于是使其贴附在散热片上，这样它对温度的反应速度才提高到控制精度为1度以内。然而，如果控制的密室温度上升速度再快点，或者密室再大点，控制的精度就又会降下来的。因此，在温度传感器方面必须进行改进。改进意见是加大传感器的表面积，或者是跟换效果更好的传感器，这样就会在更苛刻的条件下也可以有较大的精度了。 这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我们今后的发展。参考文献1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.第三版.北京:高等教育出版社,20012 何道清，张禾，湛海云.传感器与传感器技术M.第二版.科学出版社，2008.3 吴建品.传感器原理及应用M.北京:机械工业出版社,2008.4 郁有文,常建,程继红.传感器原理及工程应用M.西安:西安电子科技大学出版社，2004.5 周四春,吴建品.传感器技术与工程应用M.北京:原子能出版社,2007.6 唐贤远,刘岐山.传感器原理及应用M.成都:电子科技大学出版社,2000.7 朱清慧,张凤蕊等