电气类专业课程设计.docx

简易纯净水加热控制电路目 录1.概述21.1 摘要 21.2 课程设计主要内容 21.3 简易纯净水加热控制电路技术要求 21.4 设计方案 22系统硬件设计 42.1 电源电路部分42.2 水温监测部分52.3 电压比较部分62.4 加热控制部分72.5 工作状态显示部分72.6 元器件清单9结论与展望11参考文献12附 录 简易纯净水加热控制电路总电路图 13 1.概述1.1 摘 要本方案的主要目的是制作一个简易的纯净水加热控制器。该电路主要由电源电路、水温监测及水温范围测量和比较控制电路手动控制与自动控制电阻丝加热电路和装置工作状态显示电路等几部分构成。电源电路的功能是通过变压器、整流、滤波电路把电网220V交流电转变为能供装置正常工作的直流电。水温监测电路和水温范围测量电路主要由温度传感器AD590构成测温系统。其原理是将温度信号转变为电信号，从而将此电信号与参考信号通过比较器比较来实现对加热电阻丝的控制和装置工作状态的显示电路。显示电路是通过逻辑运算来控制发光二极管是否发光来判断其工作状态。1.2 课程主要内容 阅读相关科技文献。 学习Protel软件的使用。学会整理和总结设计文档报告。 学习如何进行文件检索和查找数据手册及相关参数。1.3 简易纯净水加热控制电路技术要求 要求电路能够检测纯净水的温度T。 要求电路能够通过两根电阻丝实现对加热的控制，具体情况如下：l T50时，两根电阻丝都工作，电路处在加热状态；l 50T100时，只有一根电阻丝工作，电路处在保温状态；l T100时，两根电阻丝都不工作，电路完成加热。 要求电路设置一个按键，此按键能够起到快速加热的作用，即按键按下后，当50T100时，两根电阻丝都工作。 要求电路能够显示加热的各种状态。1.4 简易纯净水加热控制电路设计方案简易纯净水加热控制电路的初步总体框图如图11所示。它是由水温监测电路、电压信号比较、加热控制电路和显示电路5部分组成的。水温监测电路电压信号比较器显示电路加热控制电路图1-1 简易纯净水加热控制电路的初步总体框图 2系统硬件设计2.1 电源电路部分图21 电压转换图电源电路的原理图如图21所示。电路直接从电网供电，通过变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成+12V的直流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压器，电源变压器将220V电网交流电压变为19V的交流电压。整流电路采用二极管桥式整流电路，整流电路将19V交流电压变为19V脉动的直流电压。C1、C2、C3和C4完成滤波功能，稳压电路采用三端小电流正稳压集成电路来实现。其中C1和C4的主要作用是滤波；C2是输入电容器，其作用是改善纹波和抑制输入的过电压；C3是输出电容器，其作用改善负载的瞬态响应，使输出电流更加平滑。并联的二极管的作用是在电路出现输入短路时为电容C4提供放电通路，以保护集成稳压器。稳压电路清除了电网波动及负载变化的影响,从而保证了12V输出电压的稳定。其中涉及的主要元件有变压器、整流桥（二极管）、三端小电流正稳压集成电路等。下面主要介绍两个：a) 整流桥工作原理： u2正半周时: D1 、D3导通， D2、D4截止 u2负半周时：D2、D4 导通， D1 、D3截止主要参数：输出电压平均值：UL=0.9V2输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9V2 / RL 流经每个二极管的平均电流：ID=IL/2二极管承受的最大反向电压：VRM =1.4 V2b) 三端小电流正稳压集成电路图22 LM78系列集成电路外形与应用（a）外形 (b)应用电路主要参数：输入电压：最小值、典型值和最大值都是19V输出电压：最小值11.5V、典型值12V、最大值12.5V静态工作电流：8mA纹波抑制比：552.2 水温监测部分该部分主要由温度传感器AD590构成测温系统。AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器。如图23是AD590的封装形式和基本应用电路。它的测温范围为-55150,非线性误差在0.30，其输出电流与绝对温度成正比，温度每升高1K(K为开尔文温度),输出电流就增加1uA。所以其输出电流I=(273+T) uA。本次设计中串联的电阻采用10K，所以输出电压V+=(2730+10T)mV。AD590的电源电压范围为430 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏，且元件价格便宜，因而使用AD590来测温。图2-3 AD590的封装形式和基本应用电路2.3 电压比较部分该部分主要是通过电阻R1、R2、R3、R4组成的分压电路，由+12V直流电压源提供电压，得到的V1,V2作为参考电压，通过比较器与AD590所测得的电压V3比较，来判断比较器导通与否，从而得到C1，C2。图2-4即为电压比较原理电路。R1R2R3R4245312C1A312167C1B+12+12GND-12+12-12V1V2V3C1C2图2-4 电压比较原理电路由AD590构成的测温系统中，当水温为50时，V3的电压是3.23V，当水温为100时，V3的电压是3.73V。所以可以把参考电压V1、V2分别设为3.23V、3.73V。再选R1、R2的阻值分别为10 K，通过计算可以得到分压电阻R3、R4的阻值分别为3.69 K、4.51 K。当T50时,则V3V1，V3V2，两个都导通；当50TV1，V3100时,两个都不导通。2.4 加热控制部分继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。由电压比较电路结果和继电器的工作原理后，进一步分析得到下列结论：当T50时,则V3V1，V3V2，两个都导通，开关在附录二图中开关的3位置，继电器的电流线圈中有电流流过，致使继电器K1开关闭合，电阻丝R8工作,同理电阻丝R9也工作；当50TV1，V3100时,两个都不导通，继电器K1、K2开关都断开，两个电阻丝都不工作。除自动控制外，也可以通过按键来起到快速加热的作用，即按键按下后，当50T100时，开关从3接到2上，从而两根电阻丝都工作。2.5 工作状态显示部分该部分电路主要是通过二极管的发光与否来观察简易纯净水加热控制电路的工作状态。图2-5为简易纯净水加热控制电路的工作状态显示电路。经过分析可得出如下结论：当T50时,则V3V1，V3V2，两个都导通，即输出高电平，再进行逻辑运算可判断D1指示灯亮，D2、D3不亮；当50TV1，V3100时,两个都不导通，所以C1 、C2都是低电平，进行逻辑运算可判断D3指示灯亮，D1、D2不亮。图2-5 简易纯净水加热控制电路的工作状态显示电路该电路中所应用的门电路由74LS00提供。经查数据手册知74LS00是由四个相同的与非门构成的集成电路。其引脚排列如图2-6所示。它的功能表如图2-7所示。它的功能表如表2-1所示。工作参数如表2-2所示。其封装形式如图2-8所示。表 2-1 功能表输入A输入B输出L 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0图2-6 74LS00引脚排列图表2-2 74LS00参数表符号参数最小值典型值最大值单位VCC电源电压4.7555.25VVIH输入高电平电压2-VVIL输入低电平电压-0.8VIOH输入高电平电流-0.4mAIOL输入低电平电流-8mATA工作温度0-70图2-8 封装形式2.6 元器件清单序号元件名称元件规格数量1 变压器变比K约等于12 1 2 整流桥四个二极管 1 3 电容0.1uF 1 4 电容 1000uF 1 5温度传感器 AD590 1 6三端小电流稳压电源78LM12 1 7比较器 a741 2 8单刀双掷开关 86型 1 9电流继电器SPST 2 10 电阻丝500W 1 11电阻丝 1000W 112集成芯片74LS00四个与非门 213发光二极管 PN型 3 14电容 0.33uF 2 15电阻 10K 216电阻 3.69K 1 17电阻 4.51K 1 18电阻1K 3结论与展望通过为期一周的课程设计，我对此有了一定的了解和认识，也激发了我对电子设计的兴趣，虽然时间很短，但却给了我很多启示。首先，我感觉过去所学的知识无法再设计中展示出来，感觉过去所学的都是死的知识，而通过课程设计我感觉我又重新学了很多以前遗漏的许多知识，所以以后我想把这所有的课题都慢慢做一遍，相信会有更大的收获。其次，明确了课程设计的一般步骤，根据课程设计要求，知道要设计什么，却也不知道往哪方面去考虑，以及如何去解决，先想个大致轮廓来，然后看看能不能用所学知识去解决，遇到了难题怎么去解决，是问还是查，怎么问，又该怎么查？怎么问能让别人明白你的意思，怎么查资料，到哪查，时参考书上的还是到网上搜？这些刚开始都不熟悉浪费了好几天的时间，但丝毫没有进展。后来慢慢的有了了解，才使得进展有点眉目。这次课程设计我才用了书上查找和上网搜寻相结合的模式，步履艰难的完成了任务，有喜悦有感慨，喜悦是因为这是我第一次做这样的任务，而且有了作品出来；感慨的是我知道的太少了，需要学习的还有很多很多，自己以后学习的方向有了。最后，我对以后课程的学习有了新的认识，作为电气专业的学生死学课本是不行的，多动手，勤思考是很有必要的。自己去发现生活中的问题然后解决就是最生动实际的例子。只有理论与实践结合了，学的知识才能举一反三，做些东西的时候才会游刃有余。因为自己想在自己的专业发展，所以今后一定要加强锻炼，以提高自己的真本事，真技能。同时也感谢学校和老师给我们提供了这样的机会，让我们对课程设计有了理解，但我感觉最多的是给同学们的启示：学以致用才算学会了学通了。而不能只靠临考前突击拿个高分才算学会了。虽然短短一周的时间，我得到了老师、同学的帮助，在此表示感谢。我也掌握了一些查询信息的技巧，