基于CCD图像的火焰监控电路设计-石油大学大学生科研训练计划结题报告

附件一：编号中国石油大学（北京）大学生科研训练计划结 题 报 告项目名称： 基于CCD图像的火焰监控电路设计 项目类别： 自主申报 挂靠单位： 地球物理与信息工程学院 项目负责人： 所在院系：地球物理与信息工程学院 宿舍电话： 手 机： 指导教师： 办公电话： 手 机： 大学生科技创新行动计划管理办公室制填表日期: 20XX 年 9 月 8 日项目名称基于CCD图像的火焰监控电路设计项目类别A：自主申报项目（ ） B：双向选择项目（ ）C：竞标项目 （ ） 起止日期 20XX 年 11月 1 日 20XX 年 9 月 12日申请经费 千元 申请者情况学 号姓 名平均绩点E-mail电 话签名指导老师姓名单位职称签名立项过程（主要介绍项目立项原因、意义以及可能达到的预期结果）随着现代工业和科学技术的飞速发展，自动控制技术在工业中的应用日趋重要。在锅炉温度控制方面仅靠人工操作也很难达到工业要求。于是基于对锅炉温度的自动检测控制电路的研究及应用越来越受到重视，并取得较好的成果和发展。但其在自动监测和控制程度，原理设计，生产成本方面都还在进一步提高和改进。以期达到更好的控制效果。基于此原因并联想到我们所学专业知识，我们想运用所学知识模拟设计一个温度自动监测控制电路。用其对一定范围内水温变化进行监测，并根据监测结果通过控制电路来自动调节控制水温达到预期的要求。进而起到对工业中锅炉温度自动控制电路系统的模拟。从而希望此控制模型能够对工业锅炉温度自动控制电路系统的研究改进起到一定的帮助作用。与此同时，我们还希望通过此项目的研究设计，加深对所学专业知识的理解和掌握。加强我们的知识运用能力和动手实践能力。研究目的和意义 工业生产过程中通过应用自动控制电路系统来自动监测控制锅炉温度，以期达到工业生产要求。这不仅可以有效的替代人工操作，节省人力，增强控制效果，提高生产效率。而且还可以加大燃料利用率，从而起到节省资源，减少能源浪费，降低成本的作用。因此对锅炉温度自动控制电路原理和技术的研究和改进在工业生产和应用中具有重要意义。 我们利用所学知识进行模拟设计锅炉温度的自动控制电路，一：希望可以为实际工业生产过程中的锅炉温度自动控制电路提供一个科学合理比较有参考价值的控制模型。从而对其实际工业研究设计起到一定的帮助作用。二：通过这个模拟电路的设计制造，不仅可以加深我们对所学知识的理解掌握，而且还可以大大增强我们的动手实践能力。三：通过此次课题设计，我们还可以慢慢培养自己到将所学理论知识真正转化成与生活息息相关的产品或生产力的能力。从而极大地激发我们学习科学知识的热情。体验运用知识的快乐。 除此之外，通过此次科技创新题目的研究设计还以帮助我们增加对工业生产过程的感知和了解。尤其工业生产锅炉生产过程中的一些现状，技术，及问题有一定的了解掌握。为我们以后的专业课学习起到了一定的指导和帮助作用。研究内容与成果（研究内容要具体明确，成果应与立项时的预期结果基本一致，必要时可加附页） 1.温度传感器的原理和使用：我们此次模拟采用的是热敏电阻温度传感器 CWF3A-103F3950，该传感器具有体积小、性能稳定，测量精确高、温感灵敏，反应迅速等优点，是一种精确的负温度系数（NTC）测温元件，该元件电阻值随着温度升高有明显的降低，系数满足方程：RT = RN expB(1/T 1/TN) RN表示摄氏温度25度（华氏温度TN）时的电阻值；其值约8K左右。RT表示华氏温度TN时的电阻值；B 表示热敏系数；其值在3950K左右。因为其阻值的变化进而引起该传感器上电压的相关变化，我们将其电压变化信号导出输入到温度观测电路中，从而完成对温度的精确测量。2.集成运放的相关原理及运用：在此次电路设计中，我们采用了集成运算放大器构成的迟滞比较器作为我们电压控制的核心部分，该比较器是一种具有迟滞回环传输特性的比较器，可以通过两个门限电压来控制输出电平的高低，具体原理如图所示：电路中使用正反馈和U0相连，而U0有两个值，所以对应的U+也就有两个值。故阈值就有两个值。1因为有正反馈，所以输出饱和。2当U0正饱和时（U0=+Uom）:U+=R1/(R1+R2)Uom=U+H。3当U0负饱和时（U0=-U0m）:U+=-R1/(R1+R2)Uom=U+L.设初始值：U0=+Uom,U+=U+H; 设Ui逐渐增大，当Ui=U+H时，U0从+Uom变到-Uom。设初始值：U0=-Uom,U+=U+L; 设Ui逐渐减小，当Ui=U+L时，U0从-Uom变到+Uom。具体传输特性如图：具体电路和模拟如下：传感器输出的电压信号可作为迟滞比较器的两个门限电压V-和V+，当输入电压低于门限电压V-时，随着电压值的升高，比较器输出电压一直为高电平，直到电压值到达门限电压V+时，输出电压变为低电平，而当输入电压高于门限电压V+时，随着电压值得降低，比较器的输出电压一直为低电平，直到输入电压低于门限电压V-时，输出电压变为高电平，进而可以保证输入电压在门限电压V-和V+之间的输出保持不变，而一旦电压超出这一范围则会引起输出的变化。3. 三极管BJT的原理和相关运用：在此次设计中，我们采用了三极管BJT作为继电器的驱动电路，我们利用了三极管具有截止区的特性，当输入电压低于三极管的开启电压时三极管工作在截止区，三极管处于截止不导通状态，而当输入电压高于三极管的开启电压时，三极管导通，其间有电流通过。该电流可以控制继电器的吸合。研究成果： 1设计出了温度检测控制模拟电路.如图：说明：（1）此电路图只是电路原理图。图中器件的相关参数只是一个参考。具体数值以实际电路给出的为准。因为实际器件的参数尤其是热敏电阻，运放器，继电器的参数与理论值有一定偏差，要以实际测得为准。进而才能确定其它器件的参数值。（2）电路具体原理见论文。2 完成了电路的仿真。（仿真电路图也如上图所示） 当模拟的测试温度高于设定要求时，控制电路中继电器断开发光二极管电路，用来模拟表示电路降温。当模拟的测试温度低于设定要求时，控制电路中继电器闭合发光二极管电路，用来模拟表示电路加热。推广前景分析（包括经济效益与社会效益分析）（主要介绍项目的市场转化程度以及取得的成就，项目的经济效益要明确产品的成本收益指标，社会效益应介绍产品的社会影响及创新） 我们设计的温度自动控制模拟电路不仅可以用于帮助工业中锅炉温度自动控制技术的研究改进，减少他们的研究支出。而且对温控冰箱，饮水机，电饭锅等电器中自动温控技术的研究也会有一定参考帮助作用。减少他们研究经费的支出。把自动温控技术真正应用到实际生产中后，不仅可以大大提高生产的人工智能化，减少人力劳动，从而节省人力资源。而且还可以提高控制精度和生产效率。具有很高的经济效益。除此之外，众所周知能源问题一直是影响各国发展的重要问题之一。节约能源都是各国倡导的主题。而自动温控技术的应用，可以有效地提高燃料利用率，减少能源浪费，节省了能源。正符合节约型社会的要求。因此，此项目也具有很好的社会效益。经费使用明细拨款计划资助总额（千元）资助项目起止年月年 月 至 年 月第一次拨款（千元） 第二次拨款（千元）本项目共拨入经费：