1温度控制电路设计

1、温度控制电路设计 一、设计任务 设计一温度控制电路并进行仿真。 二、设计要求 基本功能：利用 AD590作为测温传感器， TL 为低温报警门限温度值， TH为高 温报警门限温度值。当 T小于 TL时，低温警报 LED亮并启动加热器；当 T 大于 TH时，高温警报 LED亮并启动风扇；当 T介于 TL、TH之间时， LED全灭，加热器 与风扇都不工作（假设 TL20， TH30）。 扩展功能：用 LED数码管显示测量温度值（十进制或十六进制均可） 。 三、设计方案 AD590是美国 ANALOG DEVICE公S 司的单片集成两端感温电流源，其输出电 流与绝对温度成比例。在 4V至 30V电源电

2、压围，该器件可充当一个高阻抗、恒 流调节器，调节系数为 1A/K。AD590适用于 150以下、目前采用传统电气温 度传感器的任何温度检测应用。低成本的单芯片集成电路及无需支持电路的特 点，使它成为许多温度测量应用的一种很有吸引力的备选方案。应用AD590时， 无需线性化电路、精密电压放大器、电阻测量电路和冷结补偿。 主要特性：流过器件的电流 （ A） 等于器件所处环境的热力学温度 （K） 度数； AD590的测温围为 - 55 +150； AD590的电源电压围为 430 V， 可以承受 44V 正向电压和 20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏； 输出电阻为 710m；精度高， AD

3、590在-55 +-150 围，非线性误差仅为 0.3 。 基本使用方法如右图。 AD590的输出电流是以绝对温度零度（ -273 ）为基准， 每增加 1，它会增加 1A输出电流，因此在室温 25时，其 输出电流 I out=（273+25）=298A。 Vo 的值为 I o 乘上 10K，以室温 25 而言，输出值为 10K298A=2.98V 。 测量 Vo 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 温度控制电路设计框图如下： TLT TH 不动作 温度控制电路框图 由于 Multisim 中没有 AD590温度传感器，根据它的工作特性，可以采用恒 流源来替代该传感器， 通过改变电流值模拟

4、环境温度变化。 通过温度校正电路得 到实际摄氏温度电压值（可适当放大到几伏特，不超过 5V），再送温度判决电路 判决，需根据报警温度确定门限比较电压值， 电路均可用运算放大器及电压比较 器来实现。可采用三极管和继电器（ RELAY）来控制驱动风扇与加热器，在仿真 中用 DC MOTO代R替风扇、 HEATER代替加热器，并加上发光二极管来指示其是否 工作。温度显示部分可采用 ADC模数转换芯片来实现，将实际温度电压值通过 ADC芯片转换成数字逻辑信号再通过数码管显示。 四、电路仿真与分析 1、测温电路 在仿真中，测温电路由恒流源代替温度传感器，通过 R1 变为电压量，并且 经过一个电压比较器构

5、成射极跟随器稳定电压， 使得测量 Uo 时不分出任何电流， 避免造成测量值不准确。 Uo=I*R1 2、温度校正电路 在温度校正电路中， 采一个电压比较器构成一个减法器， 也就是把热力学温度温 度转变成摄氏温 度。 具体的计算为 uo=R3/R6（u1-u2），其 中 u1 =i*10K ， u2=2.73V，由电阻分压得到的，因为 R3/R6=10，也就是温度每上升一度，输出 电压 u0增加 0.1V。 3、控制电路 这是用集成运放构成两个电压比较器，一个比较上限 30 摄氏度，一个比较 下限 20摄氏度，换算为电压就是 3V 和2V。3V和2V通过电阻分压得到，分别 接在两个比较器的反相端

6、和正向端。 当u02V时，灯 LED GREEN 亮，低温报警，启动加热器。 当2Vu03V时，灯 LED1 RED 亮，高温报警，启动风扇。 后面的部分即为工作电路， 由继电器驱动。 当温度低于 20，绿色 LED 亮，heater 工作加热。当温度高于 30摄氏度，红色 LED 亮， motor工作散热。 4、显示电路 显示电路采用 ADC0809 经过模数转换，然后通过单片机控制数码管显示 相应的温度值。 在仿真时，改变电流源的值得大小，得到相应温度显示。 五、原理图与 PCB 1、根据得出正确结果的仿真图连接了 DXP 的原理图，并且进行了检查 (1) 进入 DXP，新建原理图文档 s

7、chematic document (2) 在原理图元件库找元件， 常用的有 protel Dos schematic libraries.ddb (3) 连接电线，器件之间的电路必须要连通。 (4) 修改元器件属性。注意：双击左键打开属性对话框，修改相关属性和参 数。左键 +空格键可以修改元件方向。 (6)保存文件，至此原理图以设计完毕 2、然后根据实际的元件大小进行测量和画封装 在画封装的过程中， 除了真实脚距， 考虑到三极管三个引脚之间距离太小不 利于焊接， 所以自己重新画了一个封装把引脚之间的距离适当变大， 因为实物的 引脚是可以用力来改变的。这个做法也得到了老师的认可。 在画封装的过

8、程中， 也发现了芯片是集成在一起的四个运放， 所以又改变了 原理图中的运放的引脚，使用几个芯片即可实现，节约成本！ 3、PCB图 画这块 PCB，用了我三天的时间！芯片周围的电阻很多，但是只要按照对 应的位置来摆放， 接线是不难的。 我先画好了芯片及其周围电阻的摆放连接。 但 是，由于 VCC 和 GROUND 必须各处都是接在一起的，要使左边的和右边的接 在一起要绕开许多元件，所以继电器和与它相连的 LED 和二极管、三极管的位 置我换了好多次才找到最完美的位置和接线方式！ 而且，三极管的焊盘是椭圆的， 而且距离比较近， 焊线不能太粗不然违反规则， 所以我就在连接三极管中间一脚 时细化了焊线

9、。其余的焊线都适当的粗，防止短路，焊盘也尽量大，为打孔和焊 接提供方便！ 六、制版、焊接与调试 1、转印、腐蚀、打孔 在制作电路板的过程中，碰到了许多困难。 1) 首先是，由于打印机的问题，打印效果不好，中间总有一部分被抹了，应 该是从打印机出来时压到了那里。所以我们思考后决定先转印，然后再用 笔补！花费了很多时间和精力！但是可行。我们还发现，用笔补之后，再 用什么都没有的转印纸包好再热转印几次，可以把补上的笔墨烘干压紧， 效果和打印机里的墨一样。 2) 第一次板子转印用笔补充后腐蚀时，由于热转印次数不够，墨不够压紧， 在腐蚀过程中导线都脱落了，真的很可惜，一块板子就这么费了。所以在 第二次制

10、版多热转印了两次， 最后顺利制作出了板子。 大约转印了 10 多次 腐蚀时间很长，要耐心等待。 3) 接下来打孔，我们去的时候只有一毫米的打孔机有针头了，但焊盘直径只 有 2mm，幸好把焊盘画大了一点，很小心的打孔才没有让焊盘被打掉。 2、焊接 腐蚀完，已经晚上 12 点了，我和其他组的负责做板子的人决定通宵把板子 焊出来，所以在实验室里完成了板子。 焊接过程很顺利， 是由于之前金工实习时 练习过焊接还有做电源的经验， 因此这次焊接也得心顺手。 只有有些引脚， 因为 打孔有点歪，铜很细的地方不上锡，多补了几次才好。 3、调试 在调试过程中，很困难很困难！ 1) 由于我们班没有面包板，没有在制作

11、电路板之前搭建元件做过调试， 所以只能直接制版看效果。 2) 我们班没有 AD590，我们只能用直接加电压的方式来调试板子 3) 还是因为经验不足， 我没有在板子上留出调试点， 又因为板子做的很 小，电压夹线很难夹在元件引脚上，所以很困难。我思考之后，决定 在板子底层需要加电压的焊盘位置焊上导线，然后加电压。 4) 在加+-12v 时，发现，夹子靠近导线时有电火花产生，吓了一跳，第 一次看到这种情况，好害怕会烧了，但是其实没有什么大碍。 5) 在加好 +-12v，GROUN和D待测电压后， 发现灯并没有如预期中亮起来， 这时，我思考可能实验是失败了。 所以，我这时就反应过来要检查芯 片，发现芯

12、片是有热度的，证明它在工作，我又怕它是烧了，所以先 断开电压， 等到恢复室温我再加上电压， 发现芯片还是会热， 证明没 有被烧，芯片是好的在工作的。那么没有灯亮，是其他原因造成的。 6) 为了找出失败的原因吗， 我决定用万用表测量各点电压， 看是从哪一 部分开始较大偏离了理论值。 后来发现， 从最后一个运放输出的电压 都是没有问题的， 前面的电路都是正常通的， 但是通过继电器之后的 电路出现了异常，电压变得很小很小，原因可能是： 1)继电器有问 题，没有在电流通过下通过电磁将开关导通到另一边 2)电阻值太大， 使通过 LED的电流太小不足以让它发光。 七、元件清单 Bill of Materi

13、al for温控 .PcbDoc On 2015/5/14 at 23:24:19 Comment Pattern Quantity Components 2N3903 三极管 2 Q1, Q2 Diode IN4048 2 D1, D2 1N4148 Header 3 HDR1X3 1 P1 LED1 LED 2 GREEN1, RED1 Relay JZC-23F 2 K1, K2 Res1 AXIAL-0.3 17 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17 TL084ACN TL0

14、84CN 1 U1 八、实验总结 在本次实验中， 仿真方面， 我并没有按照老师给出的流程毫无思考直接进行 搭建，而是经过了自己的思考，比如：老师在讲解的时候，说先经过一个反相减 法器再经过一个反相器来实现对温度的调整， 当时我就想， 为什么要反两次， 不 能一次完成呢？所以在仿真中我就直接用了一个正向减法器来实现了同样的功 能。这使我明白，方法有很多，但是也有更优的选择。在试验中，要有自己的思 考，如果只是一味的为了完成任务而实验就失去了实验的意义， 实验就是要让你 发现些什么新的东西，得到一些新的思考和理解。 本次实验， 使我积累了许多制板的经验和教训。 我都详细写在了上面的第五 六部分，我会在以后也牢牢谨记，不犯同样的错误。同时，我也明白了理论和实 践之间是有很大差别的， 而我们所追求的是在