全自动加热器的设计与研究VIP

1、江西中医学院毕业设计（论文）专业名称：生物医学工程论文题目：婴儿奶瓶自动加热器制作学生：郭俊秋指导老师：饶志明江西中医学院婴儿奶瓶自动加热器设计与研究摘要:随着科学技术的发展，人们的生活节奏加快，人们对婴幼儿的养育时间减短，同时 对婴紡儿养冇的要求不断变高，需求变得越来越多种多样。木人研究一种婴儿全白动热奶器， 只要将奶瓶放入热奶器内，热奶器就会h动加热，并且使奶瓶保持在恒温状态，从而省去了大 人需要热奶的麻烦，是有婴儿家庭的好帮手。该热奶器还能用于对饮料、饭菜等的保温，对正 常的家庭生活也有很大的帮助。通过利用ne555振荡器和一些其它的集成电路对婴儿加热器 进行改进，对加热电路进行添加温控

2、报警功能。对加热系统进行进一步完善。关键词：ne555振荡器加热报警温控abstract： along with science and technology development, people's rhythm of life speeds up, the people raise the time to the babies and infants to lessen, simultaneously the request which raises to the babies and infants changes unceasingly high, the demand be

3、comes more and more many and varied.myself study one kind of baby completely automatic hot milk, so long as puts in the milk bottle in the hot milk, the hot milk can the sclf-hcating, and makes the milk bottle to maintain at the constant temperature condition, thus omitted adult to need the hot milk

4、 the trouble, had the baby family good helpe匚 this hot milk also can use in to the drink, the meal and so on the heat preservation, also has the veiy big help to the normal family lifb. through makes the improvement using the ne555 oscillator and some other integrated circuit to the baby heater, car

5、ries on to the heater circuit adds the warming to control reports to the police the function.carries on to the heating system further consummates.the ne555 oscillatorkey word : heating reporting to the police warm controls摘要2abrstract3第章绪论511设计背景51.2课题期望口标6第2章设计方案72. 1系统结构72. 2仪器结构原理8第3章 温控报警部份与加热部份

6、设计与工作原理93.1自动温控部份电路图及工作过程93. 2温控报警部份电路图及工作过程10第4章 芯片ne555的功能及应用114. 1ne555振荡器ic说明及运用114.2ne555的功能及作用14结论18参考资料19谢辞20第1章绪论1.1课题设计背景及国内外现状随着时代的进步，主活节奏的加快与对待婴幼儿的养育问题同时更加重视的问题zi'可 的才盾，促使我来研究婴幼儿牛奶加热问题。山于婴儿的消化系统的脆弱，使得婴儿有了少 吃多餐的特性和对待食物的温度有着严格的耍求，婴儿奶粉冲泡耍求是30°c-40°c,而婴儿对 食物最易接受的温度是28t,这就给很多上班族家

7、庭带來了很多的麻烦。为了给人民生活带 来最人的便利，而研制了一种给婴儿奶瓶白动加热的婴儿奶瓶白动加热器，来迎合各种家庭 和需要。现今在国内市场上的婴儿奶瓶口动加热辭多为纯连续加热或者是只是一次性加热报警的 加热器，根据现在人们的霸求，决定研制一种即可一次性加热，又可连续加热的加热器。也 就是在原冇的连续加热器上加匕温控报警系统，又不改变可连续加热的功能。婴儿奶瓶白动加热器具有以下特性：1、科学性：该项目使用了组合式发明法，它把住活屮的温控报警器与普通加热器有效地 组合起來，它的设计合理，构思新颖，科学性强。2、创新性：婴儿奶瓶口动加热器是加热器和温控报警器相结合改制成的，它集于普通加 热器和温

8、控报警器于一休，使普通加热器的原有功能扩人，实川性增强，能够长时间的保持 -定的温度。3、实用性：婴儿奶瓶白动加热器具有双重功能，即可当普通加热器使用，乂可以长时间 保温，它比普通加热器使用更方便、更实用、更科学，它价格低簾，使用方便适用于各种类 羽的家庭。1.2课题制作意见与期望fl标当今社会，科学技术和各方血领域发展迅速，综合素质人才更能适应社会已是不辩的事实, 社会各界也是为能培养更多优秀人才而努力着。我们都知道课本理论知识固然重要，可实践 动手能力也是体现一个人能力的重要组成。而毕业创作设计以及论文的完成将是一次很好的 实践能力锻炼的机会。这次我们将耍完成的婆儿奶瓶加热器创作对我来说也

9、是很感兴趣的一 个课题，各种电路的理论基础和电路的手工搭建能力，是完成这一课题所应必须具备的。这 项课题新颖而贴近生活，市场上也很难找到这一成品，灵感和创作性也就更能在这一工作屮 得到体现。加热部分相对比较容易实现，而为能很好的实现保温功能是我们将耍解决的重耍 问题。本系统所要实现冃标：1大范围应用应该具有一般的加热器的功能，也要具备保持恒定温度的能力以备主人可以随时 的使用。2. 加热部分电路的搭建并调试成功可随温度变化而改变阻值的发热元件和川代替发热件的电烙铁相互靠近的电路与 7812稳压器相结合组成加热电路，实现加热功能。3. 温控报警部分电路的搭建并调试成功由振荡器、ne555比较器、

10、cd4017十进制计数/译码器、温控电路、cd4511锁存/译码/驱 动电路、调节电位器组成温控报警电路，实现温控报警功能。第2章方案设计2.1.系统结构设计一个集小了加热、报警、温控等功能的奶瓶h动加热系统，当主人在家时，可根据需 求报警，通知主人奶己热好，已可饮用。或是在繁忙吋，让奶时刻保操持可饮用的状态，以 供使用，不会耽误事情。其系统工作的原理如图（图21）系统模块结构图如下：图21系统模块结构图2. 2仪器结构原理仪器由加热体、加热温控装置以及过热报警装置三个主要部分组成。温控以及报警装置是 此恒热加热器的关键部件，温控装證上的热敏元件在加热体加热的过程屮感应加热体的温度, 进行温度

11、控制。它其实是一个控制电路，其原理框图如图2-1所示。温度控制装置由以下儿 部分组成，变压器将220v交流电变成低压交流电，同时也起到绝缘隔离作用温度传感器固定 在温度控制装置中，给加热丝通上交流电，给加热体加热。（这里我们用电烙铁模拟加热体） 温度传感器感应并且反馈加热体加热温度信息。稳压电路将交流低压整流、滤波、稳压到稳 定的直流电压，反馈给温控电低压交流电路。温控电路根据温度传感器传來的信息控制报警 装置。温度调节电路可以在温度达到某一上限时切断电源并月卅动报警装置，以确保输液瓶 内药物的温度不会过高。超温报警保护电路，在温控装置检测到加热体温度过高，使得药物 温度超过额定值时工作，超温

12、报警电路工作时，数码铮顺序显示停止，报警电路同时报警。 将烙铁离开热敏元件，使热敏元件所感受的温度在上限温度以下，温度电路恢复常态，报警 停止，数码客恢复循环显示数字，从而起到保护作用。3.1白动温控电路图及丁作过程本白动温控电路采用lm324四运放集成电路作比较器设计而成。该电路可通过对电位器r4的调节设定动作温度。电路图如图3-1-1图3-1-1 h动温控电路图电路如上图所示。220v交流电经变压器to降压，变为12v交流电，再由vd2vd5桥式 整流，c1滤波，u1 7812稳压，得到6v直流电压供给控制电路工作。u2a为比较器lm324, 其、脚外接电阻、电容决定内部压控振荡器的屮心频

13、率。可外接电热盘rl,设定可变电 阻r6,使温控电路的继电器开关改变是在物体加热到60°c,热敏电阻wmz75s r6与加热的 奶瓶相接触。当rl加热，温度上升到60°c吋，k1与k11断开，与k12相联，切断rl电源, rl停止加热，因而将奶瓶温度控制在60°c,起到恒温作用。由上述可知，只要将奶瓶放入热 奶器内，热奶器就会自动工作，将奶瓶温度控制在60°c左右，以达到保温冃的。3. 2温控报警电路图及工作过程加热电路与温控电路共用同一个震荡器，用于分别用于温控部份，彼此相连接。当温度超出某一-规定的上限值时，需要立即切断电源并报警。待恢复正常后设备继

14、续运行。 本模拟电路基于上述原理，采用常用的lm324作比较器，ne555作振荡器，i进制计数/译码器 cd4017以及锁存/译码/驱动电路cd4511作译码显示达到上述要求。调节电位r4设定动作温度, 模拟设备正常运行时的状态，使数码管顺序循环显示0-1-2-4-8-0 8 4-2-1,调节电位器r9, 可改变数码管循环显示速度（如图3-2-1） 0用电烙铁代替发热件，靠近发热元件。发热元件随 温度变化改变阻值。当热敏元件感受的温度超过设定的上限温度吋，数码管顺序显示停止，报 警电路同吋报警。将烙铁离开热敏元件，使热敏元件所感受的温度在上限温度以下，温度电路 恢复常态，报警停止，数码客恢复循

15、坏显示数字。16u440172k1r111571-jpis r vcc q100kc4心卜220uf14121110ihk ijfrjg>q13_1235vccq5crq1opq0enq2coq6q9q7q4q3q8gn46543gndeaddclebbialtgcfbvcc如图3-2-1温控报警电路4. 1 ne555振荡器tc说明及运用ne555(timer ic)(如图 4-大约在 1971 年由 signetics corporation 发布，在当时是唯一非常快速11商业化的timer ic,在往后的30年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路, 尽管近年来coms技术版本的

16、timer ic ill motorola的mc1455已被大量的使用，但原 规格的ne555依然正常的在市场匕供应，尽管新版ic在功能上冇部份的改善，但英脚位劲能 并没变化，所以到目前都可肓接的代用。ground triygtr output resetvccdischoryethresholdcontrol vollayefig. 2. 9-pin v package图4-1-1 ne555引脚图555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设 计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称 为伟大的小tco 1972年,美

17、国西格尼蒂克斯公司(signetics)研制出tmer ne555双极型时基 电路，设计原意是用来取代体积人，定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投 放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广儿乎遍及电子应 用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路1974年西格尼蒂克斯公司乂 在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为nf556o 1978年美国英特锡尔公司 (intelsi 1)研制成功cmos型时基电路1cm555 1cm556,后來乂推出将四个时基电路集成在一 个芯片上的四时基电路558由于采用cmos型工艺和高度集成，使时基电

18、路的应用从民用扩 展到火箭、导弹，卫星，航天等高科技领域。在这期间，fi本、西欧等各人公司和厂家也竞相 仿制、牛:产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555 / 556时基电路, 但其内部电路大同小界，口都具有相同的引出功能端。从ne555时基电路的内部结构电路图4-1-2)中口j看到，vtlvt,、vts、vt?组成上比较器 al, vg的基极电位接在由三个5kq电阻组成的分压器的上端，电压为1/3%; vt9-vti3组成下比较器a2, vtb的基极接分压器的下端,参考电位为1/3vddo在电路设计时,要求组成分压 器的三个5k q电阻的阻值严格相等，以便给岀比较精确的

19、两个参考电位1/3vdd和1/3%。 vth-vt17与一个4. 7k q的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路o vt18-vt21组成一个推挽式功 率输出级，能输出约200ma的电流。vt*为复位放人级，是一-个能承受50ma以上电流的放 电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器血、a2的输出决定。ne555电路的工作过程如下:当2脚，即比较器短的反相输入端加进电位低于1/3vdd 的触发信号时，则vt, vtn导通，给双稳态触发器中的vtw提供一偏流，使vg饱和导通， 它的饱和压降vces箝制vti5的基极处于低电平,使vti5截止,vt】7饱和,从而使v0截止， vtw导通,vt2

20、0完全饱和导通，vt21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时,不管6端（阈 值电压）为何种电平,由于双稳态触发器（vtu-vtk）中的4. 7kq电阻的正反馈作用（vti5的基 极电流是通过该电阻提供的），3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于1/3vdd的电平为 止。当触发信号消失后，即比较器a?反相输入端2脚的电位高于1/3vd°,则vtg、vti：截止， vtu因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则vtn的vces饱和压降通过4. 7k q电阻维持 vt當截止，使vt”饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，v%的截止使vt6也截 止。当触发信号加到6脚吋，且电位髙

21、于1/3血吋，则vti、vd、vl皆导通。此时，若2脚 无外加触发信号使vt, vg截止，则vts的集电极电流供给vt击偏流，使该级饱和导通，导致 vt17截止,进而vt】8导通,vti9、vt2o都截止，vt2i饱和导通,故3脚输出低电平。当6脚的 触发信号消失后,即该脚电位降至低于1处时,则vti、vt2、vt3皆截止,使vtu,得不到偏 流。此时，若2脚仍无触发信号，贝u通过4.7kq电阻得到偏流，使v0维持饱和导通， v7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，v%的导通，使放电级vi；饱和导 通。通过上而两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于1/3vdd,即有触发信号加

22、入 时,必使输出端3脚为高电平;而当6脚的电位高于%vdd时,即有触发信号加进时,且同时 2脚的电位高于2/3vdd时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有-触 发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3v时，vt导通，其发射极电位低于iv,因有d：,接 入,vt”为截止状态，vt】8、vt21饱和导通,输出端3脚为低电平。此时,不管2脚、6脚为何 电位，均不能改变这种状态。因vt*的发射极通过d,及vt”的发射极到地，故vt&的发射极电 位任何悄况下不会比1.4v电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.3时，处于反偏状态 而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取

23、决于2脚、6脚的电位。根据上面的分析，ne555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。 显然，555电路（或者专556电路）内含两个比较器ai和a2、一个触发器、一个驱动器和一个放 电晶体管。两个比较器分別被电阻ri、r2和&构成的分压器设定的1/3vdd和2/3v叭参考电压 所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应川555集成块，下面简要说明其作川机理。从图 可见，三个5k q电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为 l/3vm>,下触发电平为1/3vdd。在5脚控制端外接一个参考电源vc,可以改变上、下触发电平 值。比较器a1的输出

24、同或非门1的输入端相接，比较器a2的输出端接到或非门2的输入端。由于由两个或非门组成的rs触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器a1同相端6 脚的触发信号，只冇当电位高于反相端5脚的电位时，r-s触发器才翻转；而加到比较器a2 反相端2脚的触发信号，只有当电位低于a2同相端的电位1/3vg时，r-s触发器才翻转。ne555的内部电路图：图4-1-2ne555的引脚图:4. 2 ne555的功能及作用功能特性：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动作:4岗簿业/e图4-2-1外部电容脉冲周期图4-2-2充电电压与时间的关系外部电

25、容决定on-off输出脉冲周期的长短（图4-2-1）充电时间是常电容充电到供应电压的63. 7%时二时间常数，二rc.（图4-2-2）模式：单触发（单稳）震荡器（非稳）单触发（单稳图4-2-3）:j1input±ll rg218* output555trigger7iauhmtobl®cti1(cmw-shot)gnd.r图4-2-3单稳电路当输入端接收触发脉冲后产生一个固定长度的脉冲输出可外加特定的选择电路改变脉冲输出的长度.也可用在延迟器设计.输出脉冲长度节决于rc.震荡器(非稳,图4-2-4):r2ctoutputarfobl®cparotkm图4-2-4非

26、稳电路产生一连续方波.频率及周期取决于rc的值.频率的计算规则：f=l/(. 693*c* (r1=2*r2)脉冲的on周期为tl秒off周期为t2秒以tl+t2为全周期. tl 周期约 55 to 95%.d=tl/t=(rl+2r2)tl= 693(r1+r2)ct2= 693*r2*c脚位功能：1：接地,通常为电源的负电.2:触发最少要有-lu second约l/3vcc正电压脉冲足以触发，触发脉冲是一个短暂的高至低的脉冲, 输出为一-负脉冲.触发的吋间须小于rc常数，如果这个脚位持续保持在低电位，其输出会一直到高电位，直到 触发输入回到高电位.触发脉冲不可在大于其rc常数的期间内小于l

27、/3vcc,否则在前一个脉冲终止时会再自我触 发.单稳轮子，脉冲宽度最小不得低于10u sec.以防止双重触发.通用典型的dc电流为500na,其触发的电流必需流通在其他附加的电路，所以r不得人于3m3:输出 output:提供一个低于供电电压v+约1. 7v的高態输出.上升/下降的时间快速，切换时间约loousec.输岀位準与输入触发反向.输岀可经由rest触发,产生儿乎为接地电压 的低態输出.4:输出重置 output reset:跨越电压 为0.7v,表面电流0. 1ma, 0. 5us宽度. reset为一-最高优先权功能.不管其输入状态，将强制输出成为低态可捉询终止其输岀脉冲.可终结

28、震荡从” 0n”到” off” . reset到输出的典型延迟时间为0. 5us.当不使用reset时,建议把它接地，以避免不预期的reset动作.5:额外控制reference:允许以2/3v+的电力直接驱动这一点.此项为一选项，适用于其它多项外部时基设备的驱动，可独立于r常数z外于单稳状态时 其控制电压可为45至90%的vcc电压，控制的输出宽度口j独立于rc常数z外.于非稳模式时, 其控制电压 可从1. 7v至vcc的电压，可输出调频式的输出（frequency modulated（em）output）.不使用时经由一个0. 01u的电容接地可排除不正常的触发.6:重置锁定reset l

29、atch致使输出成为低态.为一 dc电流,从外部电路流向此点需要有0. lua的跨越电流,r需16mega-ohm.7:时期电容 timing capacitor当轮子，为” low”时,” 0n”（对地低阻抗）,当输出为” high”时,” off” （对地高阻 抗）.8:电源供应+vcc供应电压 voltage +4. 5 volts （最小）to +16 volts （最大）可产牛人的轮子，电流（约150ma）.建议于靠近此接脚的地方安装一个较人容量去耦电容t 555有能力输出两倍的驱动电流.我们知道，555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又冇很多个不 同的电路。在实

30、际应用屮，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，女u：多个单 稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。这样一來，电路变的更加复杂。为了便 于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，这里我们这里按555电路的结构特点进行分 类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。我们这里使用ne555作振荡器。通过上面对等效功能电路和ne555时基电路的内部等效电路的分析，可得出555各功能端 的真值表：表4-1-1555功能端的真值表引脚2 (/tr)6 (th)4(/cr)3(out)7(dis)电平w% vdd*1.4v高电平悬空状态电平<% vddvdd1.4v低电平低电平电平<% vdd>% vdd1.4v保持电平保持电平*0. 3v低电平低电平由表可看出，s、r、