数电-可调温度控制器.doc

绍兴文理学院电子设计竞赛2012年6月5日作者：郭鹏程 程攀 邵美才可调温度控器【大二组】目录：目录：2摘要31.方案设计与论证42.理论计算与分析41.加热电阻功率10%90%连续可调部分：53.电路图74.测试方法与测试数据105.对测试结果分析总结10摘要本设计利用1N4148二极管的正面压降守温度影响的特性，来检测电路加热器的温度是否超过最大值；再通过最大温度值对应的二极管正面压降与一定值压降比较，若加热器温度达到最大值，则比较器输出高电平，比较器的输出接场效应管（IRF540）来控制电路的导通与断开，同时实现加热器功率连续可调并有八档循环控制与显示。模拟小汽车乘员使用的加热座椅垫功能。关键词占空比；PN结；比较器；555多谐振荡器；4051；40161；4511；LM3241.方案设计与论证方案一：一个八选一模拟开关CD4051控制电路输出电压改变，功率电阻两端电压八档变化。串联滑动变阻器接入电路控制功率电阻连续变化。一个四位二进制同步计数器CD40161和一个BCD7段锁存译码驱动器CD4511通过按键（档位控制）间断闭合使一个共阴7段数码管显示07数字实现八档数字显示。方案二：555多谐振荡器和电位器通过调节输出电压的占空比使加热电阻的功率从10%90%可调。一个八选一模拟开关CD4051分别对应电阻接入控制555多谐振荡器输出电平占空比使加热电阻的功率18档循环调节。一个四位二进制同步计数器CD40161和一个BCD7段锁存译码驱动器CD4511通过按键（档位控制）间断闭合使一个共阴7段数码管显示07数字实现八档数字显示。方案二符合设计要求。2.理论计算与分析电阻超温按键改变阻值555充电时间变化电路断路调节电位器阻值占空比改变电阻功率改变占空比改变555充电时间变化1.加热电阻功率10%90%连续可调部分：利用一个555多谐振荡器和电位器通过调节输出电压的占空比使加热电阻的功率从10%90%可调。由于电路中D1，D2的单向导电特性，使电容C的充放电回路分开，调节电位器，就可调节多谐振荡器的占空比。VCC通过RA、Ra、D1向电容C充电，充电时间为tPH0.7(RA +Ra)C电容器C通过D2、RB、Rb及555中的三极管放电，放电时间为 tPL0.7(RB +Rb)C电压输出的占空比为 q(%)=(RA +Ra)/( RA+ RB+ Ra+ Rb) 100%通过调节滑动变阻器改变Ra，Rb改变占空比。2.加热电阻功率18档循环调节部分 利用一个八选一模拟开关CD4051分别对应电阻接入控制555多谐振荡器 输出电平占空比使加热电阻的功率18档循环调节。 模拟开关CD4051的介绍 CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址 码ABC来决定。 调节原理 按键后，CD4051模拟开关选择不同电阻接入改变555多谐振荡器充放电时间，在同一个周期内加热时间增长，工作电阻功率改变。3.18档循环调节档位指示部分 利用一个四位二进制同步计数器CD40161和一个BCD7段锁存译码驱动器CD4511通过按键（档位控制）间断闭合使一个共阴7段数码管显示07数字实现八档数字显示。 四位二进制同步计数器CD40161 本部分显示07显示，采用高位置零实现循环显示。前三位为111是再次按键高位进位1，高位置置数端实现清零。 BCD-锁存-7段译码驱动器CD4511 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。4.电压比较实现电路通断部分 利用二极管PN结正向电压随温度升高而降低的线性关系，使用LM324同相与反相电压跟随比较输出电压变化控制CMOS场效应管的通断。温度达到一定值时，场效应管截止，电路断开，加热电阻停止工作。 PN结正向压降温度特性 晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）来做PN结温度传感器。 LM324 LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源15V15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为OVcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。 电压比较 电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两 个输入电压的大小关系)： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平；3.电路图 1.加热电阻功率10%90%连续可调部分： 电路原理图:2.加热电阻功率18档循环调节部分电路原理图：3.18档循环调节档位指示部分 电路原理图：4. 电压跟随比较实现电路通断部分电路原理图：4.测试方法与测试数据1.测试方法将各部分电路连接起来，接入12V直流电流。闭合连续调节档开关，观察数码管档位显示，工作信号指示灯是否闪烁及工作电阻是否开始发热。改变电位器阻值，观察指示灯闪烁频率变化。闭合18档循环调节开关，打开连续调节档开关。观察信号指示灯是否闪烁及工作电阻是否开始发热。 按键增大档位，观察指示灯闪烁频率变化。 各档时将二极管两端温度升高至70以上，观察信号指示灯是否闪烁。2.测试数据连续调节档电路连通。增大电位器连接阻值，信号指示灯发光时间增加，工作电阻功率增大。 18档电路连通。增大电路档位，数码管循环显示07八档，档位增加时，信号指示灯发光时间增加，工作电阻功率增大。 常温时测得PN结两端电压为0.568V;断路时为0.467V，此时温度为76，达到了设计要求。5.对测试结果分析总结 在测试过程中，需调节比较器部分电位器阻值，使PN接两端电压达到一定值（0.467V）满足设计温度要求范围内电路断路。 通过引脚各点之间电压测量,得出结果与理论基本吻合，成品能够完成设