温度自动控制器论文

1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）I摘摘 要要 温度控制是利用感温检测元件检测被测物的温度变化，再由温度检测电路控制变化值与预设值比较，控制器在设定的上限温度和下限温度做出反应，来控制加热器、换气电路和报警电路的工作和停止。本设计是温度自动控制器是利用热敏电阻检测的原理而实现自动调节。当控制温度升高时，电路自动调节温度降低同时换气、报警电路起作用；当控制温度降低时，电路自动调节温度升高同时加热、报警电路起作用。使被控制的温度达到和保持在所设定的温度范围内。关键词：温度控制；热敏电阻；自动调节；哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文

2、）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）IIABSTRACTThe temperature control is to use temperature measurement test is the temperature change of the object under test, then the temperature detection circuit control value and the change default values comparison, controller of the upper limit of temperature and set in

3、the lower temperature to reflect, to control the heater, air circuit and alarm circuit and stop.This design is automatic temperature controller is using thermistors detection principle and realization of automatic adjustment. When the control the temperature rises, automatic regulation circuit tempe

4、rature by and take a breath, alarm circuit has an effect; When the control temperature decreases, circuit automatically adjust the temperature and heating, alarm circuit work. That is the control of the temperature reached and kept in set temperature range.Keywords：Temperature control; Thermistors;

5、Automatic regulation;哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）III目 录摘 要.IABSTRACT.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景.11.2 目的意义.11.3 设计任务与技术要求.2本章小结 .2第 2 章 方案的论证与设计 .32.1 方案选择.32.2 方案的确定.32.3 方框图的设计.3本章小结 .5第 3 章 单元电路设计 .63.1 电源电路系统 .63.1.1 变压器 .63.1.2 整流电路 .93.1.3 三端稳压器 CW7812.123.2 检测电路设计 .133.2.1 热敏电阻 .1

6、33.2.2 电压比较器 .163.3 控制电路设计.173.3.1 二极管或门电路 .173.3.2 NE555.193. 4 报警电路设计.213.4.1 TDA2040 功率放大器 .213. 5 加热、换气电路设计.233.5.1 双向可控硅 .23本章小结 .24第 4 章 整机的工作原理 .254.1 工作原理 .25哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）IV4.2 整机原理图.25本章小结 .26结 论 .27致 谢 .29参考文献 .30附录 1 译文 .31附录 2 英文参考资料 .33附录 3 整机原理图 .35附录 4

7、 元器件表 .36哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 课题背景温度控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以 “点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少.随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些

8、国家，企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业、工业、各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。目前，随着信息技术的发展，传感技术的广泛应用，温度测试技术已向自动化、智能化方向发展。基于此，提出了温度的自动化测量。温度自动控制器用于测量库房的温度，控制设备运行，记录温度和设备运行数据。特点是系统运行可靠、稳定，节省人力，节省电力，使用方便。目前采用小机组的保鲜库，多使用单表进行控制，单表控制比较简单，但是单表控制具有局限性，智能程度低，管理人员很难做到有效地管理。为了提高保鲜库制冷设备的管理水平 。1.2 目的

9、意义 目前，温度控制器产品从模拟、集成温度控制器发展到智能数码温度控制器。智能温控器（数字温控器）是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结合，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种控制器，并且它是在硬件的基础上通过软件来实现控制功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平，现阶段正朝着高精度高质量的方向发展 ,相信以我国的实力，温控技术在不久的将来一定会为于世界前列！哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）2随着人们生活水平的不断提高，数字温度计的要求也越来越高，为现代人工作、科研、生活、提供更好、更方便的设施就需要从新技术入手，一

10、切向着数字化控制、智能化、自动化控制方向发展。本设计需要采用自动控制技术与电子技术相结合。设计的 自动的温度计与传统的温度计相比，当温度高于预设值或低于预设值 温度自动调整，它能使室内的温度在一定范围内自动调节， 具有电路简单，易于调试，应用性较高等重要特点。主要适用于大棚、温室等对室内温度有一定要求 的场所。1.3 设计任务与技术要求（1）当温度在 1725 度范围内加热、换气不工作（2）温度低于 17 度加热同时报警（3）温度高于 25 度换气同时报警本章小结本章主要介绍了温度控制器的课题背景及设计的目的及意义。温度自动控制器是电子技术发展的产物。近年来，随着 温度控制技术的发展应用的越来

11、越广泛。将自动控制技术，有机地融入到 温度控制器的设计，使电路简单、容易，特别适用于大棚、温室等对室内温度有一定要求 的场所。在本章节中，还介绍了本次设计的技术要求。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）3第 2 章 方案的论证与设计2.1 方案选择方案一由温度传感器采集外部信号 ，然后传给单片机，单片机将当前的数值输出到数码管上显示当前的温度值。同时跟你内部预设的值 ，当低于你的值的时候，开启继电器，以代表你的设备开启。 电路复杂，成本较高，适用于对温度调节要求较高的地方。方案二为实现在一定温度内的自动调节设置的温度控制电路。使电路简单、

12、易用，而且电路元器件使用较少，成本低，较适用于大棚、温室等对室内的温度有一定要求的地方，在一定温度内能自动调节室内温度。2.2 方案的确定为使电路简单、易用，而且电路元器件使用较少，成本低，较适用于大棚、温室等对室内的温度有一定要求的地方，在一定温度内能自动调节室内温度。当温度高于预设值或低于预设值 温度自动调整，它能使室内的温度在一定范围内自动调节，具有电路简单，容易组装与调试，应用性较高 等重要特点。本设计选择较为简易的设计方案，所需的成本也较低，电路简单易于组装与调试所以选择方案二较为适合。2.3 方框图的设计方框图的论述：如电路方框图如图 2-1 所示，哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕

13、业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）4检测电路高温检测低温 检测上限报警下限报警换气电路加热电路报警电路图 2-1 整机方框图231 电源电路的设计 电源电路主要为温度检测电路 1、温度检测电路 2 和报警电路提供电压。电源电路由变压器、整流桥和稳压电源电路组成。232 温度检测电路 1利用热敏电阻在不同温度环境下，有不同的阻值的特性。将热敏电阻放置在室内不同位置，当问变化超过规定值范围时，电路自动调节，实现温度控制。检测电路中由热敏电阻采取相应温度，再电压比较器实现比较的。温度检测电路由高温检测和低温检测组成。233 温度检测电路 2哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业

14、设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）5与温度检测电路 1 的功能相同。温度检测电路 2 由上限报警和下限报警组成。234 加热、换气电路温度在 1725范围加热和换气都不工作。当温度高于或低于这个范围时，电路工作。加热、换气电路都是由继电器与外围电路组成的。235 报警电路温度报警电路主要由一个或门电路、 555 频率生成器、功率放大电路组成。当温度超过或低于预定值，温度检测电路输出相应的信号经或门，到555 频率生成器产生扬声器的频率，从而使扬声器发出声音报警。温度报警电路主要由或门电路、 NE555 和 TDA2040 组成的。本章小结本章主要介绍这次毕业设计的方案选

15、择，对 两种方案的分析，最终确定以自动控制电路为核心的温度自动控制器，并对所选方案设计及原理给予分析。在下一章节当中，将对该课题中各单元电路的具体设计方案、元器件的选择作进一步论述。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）6第 3 章 单元电路设计3.1 电源电路系统3.1.1 变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级 线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 变压器基本结

16、构及等效电路如图 3-1 所示。U1E1E2U2I1I2ZL变压器的基本结构AXe1U1高高U1+ e1=0一次侧等效电路(假定一次侧线圈电阻值为零)e2高ZLU2高U2e2=0二次侧等效电路图 3-1 变压器基本结构及等效电路1、变压器的制作原理：在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。 2、分类按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学

17、华德应用技术学院毕业设计（论文）7（蒸发冷却）变压器。按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（ 插片铁芯、C 型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、 C 型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。按电源相数分类：单相变压器、 三相变压器、多相变压器。按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。3、电源变压器的特性参数（1）工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。（2）额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。（

18、3）额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。（4）电压比指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。（5）空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于 50Hz 电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）8（6）空载损耗指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。（7）效率指次级功

19、率 P2 与初级功率 P1 比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。（8）绝缘电阻表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。4、音频变压器和高频变压器特性参数（1）频率响应指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。（2）通频带如果变压器在中间频率的输出电压为 U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到 0.707U0 时的频率范围，称为变压器的通频带 B。（3）初、次级阻抗比变压器初、次级接入适当的阻抗 Ro 和 Ri,使变压器初、次级阻抗匹配，则 Ro 和 Ri 的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下，

20、变压器工作在最佳状态，传输效率最高。5、低频变压器的技术参数对不同类型的变压器都有相应的技术要求，可用相应的技术参数表示。如电源变压器的主要技术参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能。对于一般低频变压器的主要技术参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）9蔽、效率等。 （1）电压比：变压器两组线圈圈数分别为 N1 和 N2，N1 为初级，N2 为次级。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当 N2N1 时，其感应电

21、动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为 升压变压器：当N2 式中 n 称为电压比(圈数比) 。当 nN2 ，V1V2 ，该变压器为降压变压器。反之则为升压变压器。 （2）变压器的效率： 在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即 为变压器的效率；P1 为输入功率，P2 为输出功率。 当变压器的输出功率 P2 等于输入功率 P1 时，效率 等于 100%，变压器将不产生任何损耗。但实际上这种变压器是没有的。变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损和铁损。铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗。由于线圈一般

22、都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。 变压器的铁损包括两个方面。一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗，当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率比就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。3.1.2 整流电路整流电路（rectify

23、ing circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成 。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用 。整流电路通常由主电哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）10路、滤波器和变压器组成。20 世纪 70 年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定 。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离 。整流电路的作用是将交流降压电路输出

24、的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。1、整流电路-简介整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成 。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和 交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压 。2、整流电路的意义（1）电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例

25、如用于 发光二极管电平指示器电路中，对音频信号进行整流 。（2）前三种整流电路输出的单向脉动性直流电特性有所不同，半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然是50Hz 的，因为输入交流市电的频率是 50Hz，半波整流电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率 ；全波和桥式整流电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大在倍为 100Hz，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是 100Hz 的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的频率比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波

26、。（3）在电源电路的三种整流电路中，只有全波整流电路要求电源变压器的次级线圈设有中心抽头，其他两种电路对 电源变压器没有抽头要求。另外，半波整流电路中只用一只二极管，全波整流电路中要用两只二极管，而桥式整流电路中则要用四只二极管。根据上述两个特点，可以方便地分辨出三种整流电路的类型，但要注意以电源变压器有无 抽头来分辨三种整流电路比较准确。在半波整流电路中，当整流二极管截止时，交流电压峰值全部加到二极管两端。对于全波整流电路而言也是这样，当一只二极管导通时，另一只哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）11二极管截止，承受全部交流峰值电压。所

27、以对这两种整流电路，要求电路的整流二极管其承受反向峰值电压的能力较高；对于桥式整流电路而言，两只二极管导通，另两只二极管截止，它们串联起来承受反向峰值电压，在每只二极管两端只有反向峰值电压的一半，所以对这一电路中整流二极管承受反向峰值电压的能力要求较低。（4）在要求直流电压相同的情况下，对全波整流电路而言，电源变压器次级线圈抽头到上、下端交流电压相等，且等于桥式整流电路中电源变压器次级线圈的输出电压，这样在全波整流电路中的电源变压器相当于绕了两组次级线圈。（5）在全波和桥式整流电路中，都将输入交流电压的负半周转到正半周或将正半周转到负半周，这一点与半波整流电路不同，在半波整流电路中，将输入交流

28、电压一个半周切除。（6）在整流电路中，输入交流电压的幅值远大于二极管导通的管压降，所以可将整流二极管的管压降忽略不计。（7）对于倍压整流电路，它能够输出比输入交流电压更高的直流电压，但这种电路输出电流的能力较差，所以具有高电压，小电流的输出特性。（8）分析上述整流电路时，主要用二极管的单向导电特性，整流二极管的导通电压由输入交流电压提供。4、桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种 电路，只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路图如 3-2 所示。 图 3-2 桥式整流电路桥式整流电路的工作原理如下： e2

29、为正半周时，对 D1、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对 D2、D4 加反向电压，D2、D4 截止。电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在 Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）12e2 为负半周时，对 D2、D4 加正向电压，D2、D4 导通；对 D1、D3 加反向电压，D1、D3 截止。电路中构成 e2、D2Rfz 、D4 通电回路，同样在 Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压 。如此重复下去，结果在 Rfz ，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图 3

30、-3 中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半 。 3.1.3 三端稳压器 CW7812CW7812 输入/输出之间有 23V 及以上的压差。使调整管保证工作在放大区。但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器 ,而损坏器件。最高承受输入电压是 18 伏输入的是直流。变压器整流电路与电源电路的设计变压整流电路和稳压电源电路（如图 3-3 虚线左边所示），其主要由变压器、二极

31、管桥式电路、电容构成。其中变压器采用常规的铁心变压器，并将公共电网中的 220V 交流电变为 12V 交流电，再通过二极管桥式电路进行整流和电容 C1 滤波。整流信号由 VC1 引出。在此基础上再接三端稳压器CW7812 及电容 C3、C4（如图 3-3 虚线右边所示），这样整个电路就构成稳压电源电路。由 B 点提供+12V 的直流电压。变压器整流电路及电源电路如图 3-3 所示。图 3-3 变压器整流电路及电源电路哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）133.2 检测电路设计3.2.1 热敏电阻定义一：对热敏感的半导体电阻。其阻值随温度变

32、化的曲线呈非线性。定义二：由具有很高电阻温度系数的固体半导体材料构成的热敏类型的温度检测元件。热敏电阻的结构形式如图 3-4 所示。 图 3-4 热敏电阻 的结构形式热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（ NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件 。热敏电阻的温度特性如图 3-5 所示。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计

33、（论文）14图 3-5 温度特性利用的原理是温度引起电阻变化若电子和空穴的浓度分别为 n、p，迁移率分别为 n、p，则半导体的电导为：=q（nn+pp）因为 n、p、n、p 都是依赖温度 T 的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻 -温度特性曲线这就是半导体热敏电阻的工作原理 。热敏电阻包括正温度系数（ PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。1、热敏电阻原理热敏电阻是热电阻的一种，所以说，原理都是温度引起电阻变化。但是现在热电阻一般都被工业化了，基本是指 PT100,CU50 等常用热电阻。他两的区别是：一般热电阻都是指

34、金属热电阻（ PT100）等，热敏电阻都是指半导体热电阻。但是热敏电阻阻值随温度变化的曲线呈非线性，而且每个相同型号的线性度也不一样，并且测温范围比较小。所以工业上一般用金属热电阻也就是我们平常所说的热电阻 。而热敏电阻一般用在电路板里，比如像你所说的可以类似于一个保险丝。由于其阻值随温度变化大，可以作为保护器使用。当然这只是一方面，它的用途也很多，如热电偶的冷端温度补偿就是靠热敏电阻来补偿，另外，由于其阻值与温度的关系非线性严重。所以元件的一致性很差，并不能像热电阻一样有标准信号 。2、热敏电阻工作原理哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文

35、）15NTC 是 Negative Temperature Coefficient 的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓 NTC 热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。 NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在10O1000000 欧姆，温度系数-2%-6.5%。NTC 热敏电阻可广泛应用于温度测量

36、、温度补偿、抑制波涌电流等场合。3、应用设计电子温度计、电子万年历、电子钟温度显示、电子礼品 ；冷暖设备、加热恒温电器；汽车电子温度测控电路；温度传感器、温度仪表；医疗电子设备、电子盥洗设备 ；手机电池及充电电器。负温度系数（NTC）热敏电阻材料由高纯度过渡金属 Mn Cu Ni 等元素的氧化物经共沉淀制粉、等静压成型后 1200-1400高温烧结而成 ， 结合先进的半导体切、划片工艺及玻封、环氧工艺制成各种类型 NTC 热敏电阻，产品种类齐全、精度高、稳定性好。阻值范围 0.52000k，B 值范围25004500。冰箱 空调 电热水器 整体浴室 电子万年历 微波炉 粮仓测温 洗碗机 电饭煲

37、 电子盥洗设备 冰柜 豆浆机 手机电池 充电器 电磁炉 面包机 消毒柜 饮水机 温控仪表 医疗仪器 汽车测温 电烤箱 火灾报警等领域。NTC 热敏电阻的基本物理物性有：电阻值、 B 值、耗散系数、时间常数。热敏电阻在零功率状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突变时， 温度变化 63.2%所需时间。由于环境温度的变化导致热敏电阻本体的温度变化，热敏电阻一般都是半导体陶瓷做成的，当自身温度变化时，其陶瓷内部的电子迁移率会随温度的变化而变化。通常热敏电阻会分为 PTC（正温度系数）和 NTC（负温度系数）热敏电阻。正温度系数就是电阻值随温度升高而增大的电阻器，负温度系数电阻值随温度升高面

38、指数降低。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）163.2.2 电压比较器 电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波 。电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。电压比较器管脚图如图 3-6 所示。图 3-6 电压比较器管脚图常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。1、工作原理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

39、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 。2、功能作用它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波 。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器 。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定 “运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（

40、论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）17接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。3.3 控制电路设计3.3.1 二极管或门电路 1、二极管或门 uA、uB 是输入信号，它们的高电平是 3V，低电平是 0V。uY 是输出信号。 （1）电压关系表 输入、输出电压关系也有四种情况：（设二极管的导通电压为 0.7V） uAuB0V 时，D1、D2 由于正偏而导通，uY（00.7）0.7V ； uA 0V、 uB 3V

41、时， D2 导通， D1 反向偏置截止， uY （30.7）2.3V uA 3V、 uB 0V 时， D1 导通， D2 反向偏置截止， uY （30.7）2.3V uA uB 3V 时， D1 、 D2 都正偏导通， uY （30.7）2.3V。（2）真值表若用 A、B、Y 分别代表 uA 、 uB 、 uY ，且采用正逻辑，即用 0 表示低电平，用 1 表示高电平，则可列出或门真值表 3-1。由表 3-1 所示真值表可得 YAB，即图 3-7（a）所示电路实现了或运算功能，所以是一个二极管或门电路。 正与门和负或门是等同的，正或门和负与门也是等同的。2、二极管或门电路原理及真值表 图 3-

42、7（a）所示为二极管组成的或门电路，图 3-7（b）所示是它的逻辑符号。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）18图 3-7(a)二极管或门电路图 3-7(b)逻辑符号 表 3-1 或逻辑真值表输 入输 出ABCL00000011010101111001101111011111此电路按输入信号不同分为两种情况进行分析： (1)输入端 A、B、C 都为 0V 时，D1、D2、D3 都处于截止状态，VL=0V。(2)若输入端中有任意一个，例如 VA 为+5V，而另两个为 0V 时，D1 导通，VL 为高电压，D2、D3 受反向电压作用而截止，这

43、时 VL=+5V。 如用二值数字逻辑中的 1 和 0 分别表示高、低电平，则上述逻辑关系可列成真值表，如表 4.3.3 所示。A、B、C 中只要有一个为 1，L 就是 1，这就是或逻辑关系，即：L=A+B+C哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）193.3.2 NE555NE555 （Timer IC）为 8 脚时基集成电路，大约在 1971 年由 Signetics Corporation 发布，在当时是唯一非常快速且商业化的 Timer IC，在往后的30 年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于 CMOS 技术版本的 Ti

44、mer IC 如 MOTOROLA 的 MC1455 已被大量的使用，但原规格的NE555 依然正常的在市场上供应，尽管新版 IC 在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用 。NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号，555 系列 IC 的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而 555 是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。图 3-8 所示为 NE555 的外形图。图 3-8 NE555 的外形1、主要特点（1）只需简单

45、的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久 。（2）它的操作电源范围极大，可与 TTL，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。（3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载 。（4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜 。图 3-9 所示为 NE555 的结构图。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）20图 3-9 NE555 的结构图Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地 。Pin 2 (

46、触发点) -这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC。Pin 3 (输出) -当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7 伏的高电位。周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置 定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用 。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当 计时器经营在稳定或振荡的运作方式下 ,这输入能用来改变或调整输出频率 。Pin 6 (重置锁

47、定) - Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 ON 时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF 时为 HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +) -这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特(最小值)至+16 伏特(最大值)。2、参数功能特性供应电压 4.5-18V供应电流 3-6 mA输出电流 225mA (max) 上升/下降时间 100 ns当温度较低时，负温度系数的热敏电阻 Rt 阻值

48、较大，555 时基集成电哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）21路（IC）的 2 脚电位低于 Ec 电压的 1/3（约 4V）， IC 的 3 脚输出高电平，触发双向晶闸管 V 导通，接通电加热器 RL 进行加热，从而开始计时循环。当置于测温点的热敏电阻 Rt 温度高于设定值而计时循环还未完成时，加热器 RL 在定时周期结束后就被切断。当热敏电阻 Rt 温度降低至设定值以下时，会再次触发双向晶闸管 V 导通，接通电加热器 RL 进行加热。这样就可达到温度自动控制的目的。3. 4 报警电路设计3.4.1 TDA2040 功率放大器高保真音频

49、功率放大器 TDA2040 封装图如 3-11 所示。图 3-11 TDA2040 封装TDA2040 是德律风根生产的音频功放电路，采用 V 型 5 脚单列直插式塑料封装结构。如图 1 所示，按引脚的形状引可分为 H 型和 V 型。该集成电路在 32V 电源电压下，RL=4 时可获得 22W 的输出功率。广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。意大利 SGS 公司、美国 RCA 公司、日本日立公司、NEC 公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。1、电路特点（1）单列 5 脚直插塑料封

50、装，仅 5 只引脚（2）外接元件非常少（3）输出功率大，Po=22W(RL=4)（4）采用超小型封装（TO-220）,可提高组装密度哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）22（5）开机冲击极小（6）内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（ Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。2、引脚（1）反向输入端（2）正向输入端（3）负电源（4）输出端（5）正电源3、TDA2040 极限参数电源电压(Vs)：20V输入电压(Vin)：Vs 差分输入电压(Vdi)：15V峰值输出电流(Io)

51、：4A耗散功率(Ptot)(Vdi)：24V工作结温(Tj)：-40-+150存储结温(Tstg)：-40-+150 4、注意事项（1）TDA2040 具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V 的话，那么在 5 脚与电源之间必须插入 LC 滤波器，以保证 5 脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。（2）热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用 。（3）与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况， Po=（当然还有 Ptot）和Io 就被减少。（4）印刷电路板设计时必须

52、较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。（5）装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过 260，12 秒。（6）虽然 TDA2040 所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）233. 5 加热、换气电路设计3.5.1 双向可控硅双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关 器件。其英文名称 TRIAC 即三端双向交流开关之意 。在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有

53、可控性 。它只有导通和关断两种状态。可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此 频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无 噪音；效率高，成本低等等。可控硅的弱点：静态及动态的 过载能力较差；容易受干扰而误导通 。 可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。可控硅分类：按关断、导通及控制方式分类：可控硅按其关断、导通及控制方式可分为普通可控硅、双向可控硅、逆导可控硅、门极关断可控硅（ GTO）、BTG可控硅、温控可

54、控硅和光控可控硅等多种 。图 3-12 TY300/TY301 可控硅调压单元按引脚和极性分类：可控硅按其 引脚和极性可分为二极可控硅、三极可控硅和四极可控硅。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）24按封装形式分类：可控硅按其封装形式可分为金属封装可控硅、塑封可控硅和陶瓷封装可控硅三种类型。其中，金属封装可控硅又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封可控硅又分为带散热片型和不带散热片型两种 。按电流容量分类：可控硅按电流容量可分为大功率可控硅、中功率可控硅和小功率可控硅三种。通常，大功率可控硅多采用金属壳封装，而中、小功率可控硅则多采用塑

55、封或陶瓷封装 。按关断速度分类：可控硅按其关断速度可分为普通可控硅和高频（快速）可控硅。本章小结介绍了各单元电路中主要应用到的 各元器件，通过对各单元电路的 介绍，了解了各单元电路主要元器件的功能、输入电压、输出电压、元器件参数、单元电路、注意事项等，为电路的设计提供了相关知识依据 。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）25第 4 章 整机的工作原理4.1 工作原理电源 220V 市电经变压器整流得到 12V 的直流电，该电压一部分送到温度检测电路，另一部分分别做为 NE555、电压比较器、TDA2040 等集成电路的供电电压。温度检测电

56、路利用热敏电阻在不同的温度环境下，有不同的阻值的变化特性。将热敏电阻放置在温室内的不同的几个关键点，入室内的不同的四个角、中央部位、们的旁边等等。当外界的温度发生变化时，超过了规定的范围值时，电路自动动作，调节室内的温度，实现室内温度的控制。 Q1 为可单电源工作的三极管比较器。 RT1、RT2 采用了两个热敏电阻的串联，以取得较大的阻值变化，视线电压差值拉大。在温度检测电路中，取自电阻 R5的电压分别引入两个三极管比较器中，去和标准电压比较。在 Q1 中，基准电压 U+=5.6V，温度大于 17时，比较器 Q1 输出低电平。当温度降至低于17时，U-5.6V，Q1 导通，输出一个高电平，同时

57、 LED1 被点亮，加热电路开始工作。在 IC2 中，基准电压 U-=5.6V，温度低于 25时，Q2 输出低电平。当温度升高超过 25时，此时 U+5.6V，Q2 导通，输出高电平，同时 LED2 被点亮，换气电路开始起作用。电阻 R8、R9 是上拉电阻调节它们的阻值变化，可改变 A、B 联电的阻值。IC1、IC2 为可单电源工作的电压比较器。在温度检测电路中，取自电阻R14 的电压分别引入两个电压比较器中，去和标准电压比较。当温度在1725这一范围内，加热、换气电路不起作用。当温度低于或高于这一规定值范围时，电路动作。调节 RP4 可粗调加热的跳变温度。主要由或门电路、NE555 和功率放

58、大电路等组成了报警电路。VD105、VD106 组成一个或门电路，当温度超过 30或低于 15时，温度检测电路输出一个跳变信号到或门电路，在 E 点输出一个大约 11V 的电压。该电压经电阻 RP105、R301 对 C302 充电，当点位升到 2/3VCC 时，集成快复位。3 脚输出低电平，同时内部放电管与 1 脚相通，电容 C302 通过 R301向 7 脚放电，C302 电压下降，当降至 1/3VCC 时，3 脚输出高电平，放电管截止，放电结束。然后再开始充电、放电，形成振荡。放电所需时间（低电哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）2

59、6平）Tp1=0.7*R301*C302。充电所需时间（高电平）Tp1=0.7*（2R301+RP301）*C302。3 脚输出高电平的占空比决定扬声器的音调，频率在 310kHz 时扬声器较响。TDA2040 时集成功率放大器。R306、R307 构成交流负反馈，C308是输出电容，容量一般选的较大。4.2 整机原理图整机原理图原理图的设计是完全按照方框图去设计的，每一个环节通过查阅资料去挑选电路中的元器件，整机原理图见附录 3。本章小结通过对整机原理的介绍，使我们对温度自动控制器 的工作原理有一定了解，知道温度控制器有哪些部分，各部分完成哪些功能，在规定温度的 控制下，电路哪些电路起作用等

60、等。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）27结 论本次电子温度自动控制系统是按照电子技术的方法来进行设计和调试的，用简单实用的元器件完成电路要求。 本系统分为电源电路、检测电路、控制电路等功能模块，各个模块又都分由各个单元电路元件组成。电源模块主要实现对后续电路的供电需求等 功能。检测模块主要实现对加热、换气和报警等电路的相关信号的采集和对比 ，然后控制等功能。各个功能模块层次清晰，可以很方便的管理、使用本系统。同时，在这次设计中，我也发现了自己的许多不足。首先，最初开发本系统时，对开发工具的掌握还不算很全面，走了不少弯路。其次，最初对系