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沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）自动控温浇水电路的设计班 级 机电1301 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 模拟与数字电子技术课程设计 课程设计题目 自动控温浇水电路的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标自动控温浇水电路的设计，设计一款自动浇水控温电路，用于控制植物生长温度，当温度高于30时该电路自动浇水降温，温度降低到20时停止浇水，温度低于15时加温。且该装置应具备停电报警功能技术指标如下： 温度控制范围2030。； 温度超过上限值时采用声音报警； 温度上下限可以手动设定； 二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1阎石著. 数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2005年2童诗白、华成英主编者. 模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2010年3赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计M. 北京：清华大学出版社，2010年4孙肖子、邓建国主编.电子设计指南M. 北京：高等教育出版社，2010年五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2016 年 1 月 17日自动控温浇水电路的设计摘要：本文是介绍一个自动控温浇水电路，它由电源、温度检测控制电路、报警电路、浇水装置以及加温装置组成，能够自动控制植物的生长温度，当植物的温度高于30时浇水装置自动浇水降温，温度降低到20时停止浇水，温度低于15时加温。此外该装置还具备温度高于30报警功能。关键词：温度检测；自动浇水；加温；温度高于30或停电报警 。1、 概述 随着科技时代的不断地发展，信息化、自动化已全面普及人们的生活，生活水平也不断地提高，人们都渴望方便、快捷，所以对自动化的要求也越来越高。模拟与数字电路规模的变大和运用范围的变广，数字系统的设计变得越来越复杂，自动控制电路设计的优越性也会越来越显突出。自动控温浇水电路是自动控制电路中比较典型的电路之一。它的主要功能是在无人直接参与下自动控制植物的生长温度，从而自动控制植物的生长。在我们的现实生活中，有相当多的电器设备都是自动化的，减少了繁琐的操作，使人门的工作变得越来越简单。随着自动控制应用越来越广泛，自动化电路的应用也变得广泛起来，例如工厂自动检测生产线，大棚种植，花卉基地等等。如今各行各业对自动控制器的依赖越来越多，不止在工厂里，小到生活用品，大到航空航天事业都可以看见它的影子。课设设计的自动控温浇水电路就是一种用来自动控制植物生长的电路。二、方案论证 设计一款自动浇水控温电路，用于控制植物生长温度，当温度高于30时该电路自动浇水降温，温度降低到20时停止浇水，温度低于15时加温。方案一： 方案一原理框图如图1所示。温度检测控制电路 电源 浇水装置 加温装置 停电报警高于30报警图1 自动控温浇水电路的原理框图 整个电路的工作原理：利用变压器和由二极管组成的单向桥式整流器提供直流稳压电源。热敏电阻采用滑动变阻器代替，通过滑动变阻器阻值的改变来实现温度的高低，大电阻的时候温度低，小电阻的时候温度高。当温度低于15时，加温装置进行加温；温度在15到20之间时加温、浇水装置都不工作；温度达到30时浇水装置对植物浇水；温度高于30或停电时报警系统报警。在正常工作时，停电报警电路不工作，扬声器不发声。当停电时，继电器断电，其常闭触头接通，由时基集成电路和外围阻容元件组成的音频振荡器通电工作，扬声器发出音频报警声，提醒用户已停电，应对植物采用保温措施。这就是自动控温浇水电路的基本工作原理。此电路的设计根据植物生长温度的变化等效为电阻的变化，通过改变电阻的电阻值体现出温度的变化，然后通过温度检测控制电路的检测，从而实现浇水装置或加温装置的工作。当植物生长的环境温度高于30或停电时设置报警系统报警，然后提示工作人员采取措施对植物进行保温。根据设计要求，该设计是采用电压比较器电路来组成温度检测控制电路来实现加温和浇水、用继电器来控制高于30或停电报警电路。该方案是根据滑动变阻器来改变运放同向输入端与反向输入端电压来控制输出电压，从而实现加温或浇水，滑动变阻器控制温度的范围，通过改变阻值来改变温度。此方案的优点是反应速度快，准确度相对高，而且仿真相对容易。3、 电路设计1.直流稳压电源电路根据设计要求，稳压电源输出电压是直流电压，其大小是：+6V。电源电路是用变压器和由二极管组成的单向桥式整流器组成，提供直流稳压电源。并加一个电容器C1滤出交流成分。其电路图如图2所示。 图2 直流稳压电源电路原理图2.温度检测控制电路 温度检测控制电路有电源VCC、热敏电阻R2、电阻R1、R3R9、发光二极管LED1、LED2、运算放大器U1、U2、U3组成。其电路图如图3所示。 图3 温度检测控制电路原理图为了仿真方便，热敏电阻用滑动变阻器代替。通过改变R2的阻值来表示采集温度时热敏电阻的阻值变化。温度检测电路具体工作是：在刚接通电源，植物温度较低时，R2的阻值较大，U2同向输入端电压低于反向输入端电压，输出低电平，LED1灯不亮，加温装置不工作，显示浇水装置正在对植物浇水；U3同向输入端电压高于反向输入端电压，输出高电平，LED2灯亮，显示加温装置正在对植物加温，浇水装置不工作。当滑动变阻器阻值在（3K3.6K）之间加温装置对进行植物加温，当温度高于30时报警装置报警电阻范围在（02.9K）；当温度达到30时，浇水装置开始工作，对植物浇水降温，浇水时滑动变阻器的阻值范围为（4.6K10K），随着浇水的不断进行，温度不断降低，R2的阻值不断增大，当温度低于15时，加温装置开始工作，温度缓慢升高，R2阻值逐渐减小。当温度在（1520）之间时，加温装置和浇水装置都不工作，工作阻值范围是（3.7K4.5K），此时电路处于正常工作。2. 高于30报警电路 高于30报警电路由继电器K2、扬声器LS3、三极管Q2、电阻R11、R12、组成。电路图如图4所示。 图4 高于30报警电路原理图电路图中继电器常开触点接入电源电路，使继电器通电，常闭触点接通，常开触点断开，当温度高于30时报警系统报警，LS3发出警报。3. 停电报警电路 停电报警电路由6V电源、开关S1A、扬声器LS2组成。电路图如图5所示。图5 停电报警电路原理图当电路正常工作时，S1A断开，停电报警电路不工作。当停电时，S1A闭合，停电报警电路接通报警，LS2发出警报声，提醒工作人员对植物采取保温措施。4. 设计说明 整个电路分为四小块，即直流稳压电源电路、温度检测控制电路、温度高于30报警电路和停电报警电路。其中调节电阻R2来设定温度的上下限，控制温度的范围，根据整个电路的工作原理可以知道，只要调节电阻R2，设置好需要控制的温度范围，就能正常工作。4、 性能测试1.直流稳压电源的测试图6 直流稳压电源的测试电路图据图6测得，220V交流电经过变压器变为6.998V的交流电压，再经过桥式整流器输出8.463V的直流电压，最后通过三端集成稳压器输出稳定的6V直流电压。测试数据如图7、8、9所示。 图7 变压器输出的交流电压 图8 桥式整流器输出的直流电压 图9 三端集成稳压器输出的直流电压2.电压比较电路的测试 电压比较电路的测试电路图如图10所示。 图10 电压比较电路的测试仿真电路 当R2=10K30%至R2=10K36%范围时，U2输出高电平，LED1发光，加温装置开始工作，此时测的LED1两端输出波形如图11所示。图11 加温装置输出波形图当R2=10K37%至R2=10K45%范围时，U2、U3均输出低电平，LED1、LED2都不发光，加温装置和浇水装置都不工作，此时输出波形如图12所示。图12 加温装置和浇水装置都不工作输出波形图 当R2=10K46%至R2=10K的范围时，U3输出高电平，LED2发光，浇水装置开始工作，此时测得LED2两端的输出波形如图13所示。 图13 浇水装置工作输出波形图五、结论 根据设计要求，进行分析求解，首先设计了整个控制电路的原理图，然后应用计算机Multisim软件对每一个单元电路及整个电路进行了模拟仿真，测量控制电压输出结果，结果均符合设计要求。该电路可以说是全自动电路，在设置好温度范围后，不再需要人的直接参与，完全自动的控制温度，创造植物需要的良好生存温度，增快植物生长，减少人们的劳动量，拥有一定的市场价值。在采用元件方面都考虑到成本以及性价比。该电路的用途广泛，还可以衍生到许多自动控制的生产和工作中，稳定性较高，当然电路也存在一些缺点，就是控制的温度范围有限，投入大规模生产还是有些阻碍，但是电子产品发展突飞猛进，以后会涉及到我们生活、工作的方方面面。当电路的加温装置在对植物进行加温的时候，滑动变阻器的阻值为（3K3.6K），当电阻小于3K时，温度高于30，报警电路报警，报警阻值范围（02.9K）。此时浇水装置开始工作，对植物进行浇水降温，浇水装置的工作阻值范围是（4.6K10K），随着浇水的不断进行，植物的温度缓慢降低，当温度低于15时停止浇水，浇水装置停止工作。当温度在1520之间时，加温装置和浇水装置都不工作。当停电的时候，报警系统的开关S1A自动闭合报警，提醒工作人员对植物采取保温措施。加温装置工作时，U2端输出的电压为3.519V，二极管LED1发光，此时对应的滑动变阻器的阻值为2.9K；当加温装置不工作时，U2端输出的电压为-12.074V，二极管LED1不发光，此时对应的滑动变阻器的阻值为4.2K；浇水装置工作时，U1端输出的电压为2.439V，二极管LED2发光，此时对应的滑动变阻器的阻值为5K；当浇水装置不工作时，U1端输出的电压为-12.075V，二极管LED2不发光，此时对应滑动变阻器的阻值为3.9K，当高于30时，高于30报警电路报警，扬声器LS1发生，扬声器两端的电压为5.075V，此时对应的滑动变阻器的阻值为2.1K；当停电时，S1A自动闭合，扬声器LS2开始工作，此时两端电压值为6V。六、课设体会两个星期的课设即将结束，在这两个星期里我收获很多，这其中蕴涵着老师和同学的帮助，也有自己的努力。虽然电子技术基础的考试已经结束，但为了此次课设我又把和课设相关的内容进行了系统的复习，特别是电压比较器。刚开始拿到课设题目的时候，心里一点底都没有，真不知从何下手，因为我连课设的原理和需要的元件都没完全弄明白。后来在网上和图书馆找到一些资料，还有在老师和同学的帮助和指导下，通过自己看书和集体讨论设计等各种过程，终于设计了整个电路的原理图。通过对课设题目的分析和老师、同学的帮助，我设计出了符合要求的方案。接着就进行仿真，但在仿真中也遇到了麻烦，那就是按照原理图得不到想要的结果和仿真错误。通过测试得知问题出在电阻值的选择上，由于电压比较电路的同向输入端和反向输入端的电压比较过程中，要通过调节滑动变阻器R2来实现，所以在R2电阻值选择不一样，通过计算和尝试仿真，找到了符合题意又能实现仿真的一组值，仿真也就实现了，得到的设计所要求的实验结果。还有是在停电报警上有些技术的欠缺，最终还是得到了满意的结果。此次课设在写论文存在一些问题，譬如仿真图如何截取、截图上的小黑点如何去除、论文格式等一系列问题，多亏了本班同学的热心帮助和老师给的相应格式要求，才得以在规定时间内顺利完成报告。通过本次课程设计我认识到：虽然做任何事情都需要个人的努力，个人的努力很重要，但是老师的辅导和同学之间的互相帮助也非常重要，只有我们共同努力，才能让我们做出更好的设计。参考文献1 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006年2 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年3 童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础. M北京：高等教育出版社，2006年4 谭博学主编. 集成电路原理与应用. M北京：电子工业出版社，2003年5 谢自美主编. 电子线路设计、实验、测试.M武昌：华中科技大学出版社，1992年6 戴伏生主编.基础电子电路设计与实践，M北京：国防工业出版社，2002年7 张庆双 主编.全新实用电路集粹 上、下册，M北京：机械工业出版社，2006年8 苗松池 主编.电子实习与课程设计，M北京：中国电力出版社，2010年9 李月乔 主编.电子技术基础，M北京：中国电力出版社，2010年10 高吉祥 主编.