湿度控制器的设计报告

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 王永星 学 号： 0905064148 题 目： 电子综合应用实践 湿度控制器的设计 指导教师： 郝利华 职称: 讲师 2011 年 12 月 28 日中北大学课程设计任务书 2011/2012 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 王永星 学 号： 0905064148 学生姓名： 刘士昌 学 号： 0905064138 学生姓名： 高 捷 学 号： 0905064103 课程设计题目： 电子综合应用实践 湿度控制器的设计 起 迄 日 期：2011年

2、12月19日2011年12月31日课程设计地点： 201综合实验室 指 导 教 师： 郝利华 系 主 任： 王浩全 下达任务书日期: 2011 年12月 19 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：设计一个湿度控制器，使得环境湿度控制在一定的范围内，通过这个系统的设计使得学生将所掌握的电子技术理论知识与实际相结合，提高学生的动手设计能力和科研创新能力，更好的培养学生的学习兴趣。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容：设计一种湿度控制器，控制环境的相对湿度。设计要求：1） 当环境湿度低于控制湿度的下限值时，控制执行机构自动地加大环境地湿度，并发光显示或声音报警；

3、2） 当环境湿度高于控制湿度地上限值时，控制执行设备自动地减小环境地湿度，同时发光显示，并报警。3） 用计量表显示环境的相对湿度。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：课程设计说明书一份电路原理图对各部分电路进行仿真课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：5设计成果形式及要求：设计说明书电路原理图电路的仿真结果6工作计划及进度：2011年12月19日 12月26日：查资料；12月27日 12月28日：在指导教师指导下设计方案；12月28日 12月29日：在指导教师辅导下完成实验；撰写课程设计说明书； 12月30日：答辩系主任审查意见： 签字： 年 月

4、日目 录一、设计目的及意义 1二、设计内容 11、总体设计方案简介 12、单元电路设计 23、总电路图 84、软件设计仿真 95、仿真结果 10三、结果分析 11四、设计总结 12五、设计心得 12参考文献 14中北大学2009届本科课程设计说明书1、 设计目的及意义设计一个湿度控制器，使得环境湿度控制在一定的范围内，通过这个系统的设计使得学生将所掌握的电子技术理论知识与实际相结合，提高学生的动手设计能力和科研创新能力，更好的培养学生的学习兴趣。1、设计一个湿度控制器，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）能在室内空气湿度低于50%时，使加湿器自动工作；（

5、2）当室内空气湿度达到设定湿度时，使加湿器自动断电，从而将室内空气湿度控制在一个合适的范围内。 2、给出设计方案，画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、有源元件给出芯片介绍。二、设计内容1、总体设计方案简介 电路以湿度检测电路为核心，按功能可划分为：传感器、电源电路、湿度检测/指示电路和湿度控制电路、加湿器、常开开关5个部分，如图1.1示。图2.1 基本原理框图2、单元电路设计（一）电源电路图2.2 电源电路图 一般直流稳压电源都使用220伏市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路工作

6、（1)变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说，电源变压器是一种电磁电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。本电源电路由绕组W1、W2进行电压转变。（2）整流电路经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。电路采用桥式整流电路，经过UR整

7、流。（3）滤波电路交流电经过整流后得到的是脉动直流，这样的直流电源由于所含交流纹波很大，不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份，让整流后的电压波形变得比较平滑。电路采用电容滤波，利用电容的充放电原理达到滤波的作用。（二）继电器（常开开关）图2.3 常开开关控制加湿器简易图继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。(1)4098型继电器的工作原理和构造当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的电磁

8、力，吸动衔铁带动簧片，使触点1、2断开，1、3接通。当线圈断电后，弹簧使簧片复位，使触点1、2接通，1、3断开。我们只要把需要控制的电路接在触点1、2间（1、2称为常闭触点）或触点1、3间（称为常开触点），就可以利用继电器达到某种控制的目的。（2）4098型继电器线圈的工作电压有3伏、6伏、伏、12伏等多种规格。吸合时线圈中通过的电流约为50毫安左右，触点间允许通过的电流可达1安培（250伏）。图2.4 4098型继电器示意图（三）湿度检测/指示电路图2.5 湿度检测/指示电路工作原理：湿度指示电路由湿度检测放大器和LED指示电路组成。湿度检测放大器由湿敏传感器RS、电阻器R1、R2、电位器R

9、P和运算放大器集成电路IC组成。其中RS与R1、R2和RP组成应变电桥电路。LED指示电路由电阻器R2R5、发光二极管LED1、LED2和晶体管VT1、VT2组成。接通电源开关S后，整机通电工作。在湿度正常时，RS的阻值较大，IC因反相输入端电位高于正相输入端电位而输出低电平，VT1截止，红色发光二极管LED1不发光；VT2导通，绿色发光二极管LED2发光，指示湿度正常。若湿度增大，则RS的阻值变小，当湿度超过设定值时，IC因正相输入端电位高于反相输入端电位而输出高电平，使VT1导通，LED1发光，指示棚内湿度过大，同时VT2截止，LED2熄灭。（四）LM7812芯片介绍LM7812系列三端固

10、定正电压稳压集成电路只有三个引脚：电源输入端Vi、地端GND和电源输出端Vo，所以通常简称之为三端稳压集成块。LM7812的输出电压值约为12V，输入电流1.5A,芯片自带一散热片，使用时应用螺钉将其固定在铝质散热器上，以利散热。三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4-5V，即经 变压器变压，二极管整流，电容µ器滤波后的电压应比稳压值高一些。图2.6 7812三端稳压器引脚图（五）A74l芯片介绍741型运算放大器具有广泛的模拟应用。宽范围的共模电压和无阻塞功能可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般

11、反馈应用中能使电路具有优良性能。此外，它还具有如下特点：（1）无频率补偿要求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模电压范围；（5）低功耗。图2.7 741型运算放大器封装图741型运放双列直插封装的俯视图如图4示。紧靠缺口下方的管脚编号为1，按逆时针方向，管脚编号依次为2，3，8.其中，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端，管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端，管脚1和5为调零端。通常，在两个调零端接一几十千欧的电位器，其滑动端接负电源。调整电位器，可使失调电压为零，741型运算放大器的典型性能参数如表示（T=25，U+=+15V，U+=-

12、15V）。表2.1 A741型运算放大器参数参数名称测试条件最小典型最大单位输入失调电压26mV输入失调电流20200nA输入偏置电流80500nA输入电阻0.32.0M输入电容1.4pF失调电压调整范围±15mV共模输入电压范围±12.0±13.0V共模抑制比VCM=±13V7090dB电源抑制比VS=±318V30150uV/V开环电压增益RL2k,V0=±10V2020085V/mV输出电压摆幅RL10k±12.0±14.0V摆率RL2k0.5V/us输出电阻V0=0，I0=075输出短路电流25mA电源电流

13、1.72.8mA功耗VS=±15V无负载5085mW图2.8 741型运算放大器内部结构图（六）元器件选择R1R3均选用1W金属膜电阻器；R4R9选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。RS选用MS01-B型湿敏电阻器，在环境湿度为70%时，其阻值为40k左右。RP1和RP2均选用多圈电位器。C1选用耐压值为25V的铝电解电容器；C2C4均选用耐压值为16V的铝电解电容器。VD1VD5均选用IN4001型硅整流二极管；VD6选用IN4l48型硅开关二极管。VS1和VS2均选用1/2W或1W、6.2V的硅稳压二极管，例如2CWl4、IN4735等型号。VL选用3mm的发光二极管。UR选用

14、IA、50100V的整流桥堆。V选用C8050或58050型硅NPN晶体管。IC1选用LM7812型三端稳压集成电路；IC2选用A74l型运算放大器集成电路。K选用4098型12V直流继电器。T选用35W、二次电压为8V和1517V的电源变压器。PA选用50pA电流表。3、总电路图图2.9 基本原理图电源电路由电源变压器T、整流桥堆UR、滤波电容器C1、C2、电阻器R8、发光二极管LED和三端稳压集成电路IC1组成。湿度检测/指示电路由电源变压器T的W3绕组、电阻器R1R4、稳压二极管VD7、VD8、电位器RP1、湿敏电阻器RS、整流二极管VD1VD4、电容器C3C4和电流表PA组成。湿度控制

15、电路由运算放大器IC2，电阻器R5R7、R9、二极管VD5、VD6、晶体管VT和继电器K组成。交流220V电压一路经T降压、UR整流、C1滤波及IC1稳压后，产生+12V电压供给湿度控制电路，同时将LED点亮；另一路经T降压、R1和R2限流及VD7、VD8稳压/削波变成平顶式交流电压。此交流电压经RP1调整取样、RS降压及VD1VD4整流变成直流电压，再通过C3、R3和C4滤波限流后，加至电流表PA上。RS的阻值随着湿度的变化而变化。环境湿度越高，RS的阻值越小，流过PA的直流电流就越大。在湿度较低时，流过R4的电流也较小，IC2因反相输入端的电压低于正相输入端的基准电压儿输出高电平，使VT导

16、通，K吸合，其常开触点接通，使加湿器通电工作。随着空气湿度的不断加大，RS的阻值也开始逐渐增大，IC2反相输入端的电压也不断上升。当湿度达到设定湿度时，IC2因反相输入端电压高于其正相输入端电压而输出低电平，使VT截止，K释放，其常开触点将加湿器的工作电源切断。如此反复地工作，即可使环境湿度控制在设定的湿度范围内。4、 软件设计仿真湿度控制器若用于实际，需要接220V交流电，所以需要设计一个变压滤波整流装置来做直流电源。同时，也为湿度检测部分和加湿器部分提供了电源。通过多次计算和调试，我们选取了合适的变压器，并且将变压器的两个副线圈与原线圈的比例分别定为0.681818和0.363636，这样

17、能为后续的电路提供恰当的偏置电流和工作电流。由于在Multisim软件中没有湿度传感器、继电器和加湿器等，故仿真过程中我们使用了可变电阻代替湿敏电阻，开关代替继电器，用一发光二极管与电阻串联代替加湿器。在调节可变电阻时，经多次计算和调试，知需要将在电位器R10的滑片处于95%时，后续电路才能正常工作。仿真电路图如下图所示图2.10 Multisim仿真电路图5、 仿真结果图2.11 变压器变压波形一图2.12 变压器变压波形二图2.13 整流滤波及稳压波形经过调试电路知，在电位器R10的滑片处于95%时，后续电路才能正常工作。当R11的滑片位于0%-30%之间时，LED1不会亮，即湿度处于正常

18、范围，当滑片划过30%时，LED1亮，进行提示。同时通过“继电器”作用，合上开关J2，则LED2灯亮，表示加湿器工作。仿真截图如下：图2.14 湿度在规定范围内（R11滑片处于0%-25%）的仿真截图图2.15 湿度低于规定值时（R11滑片处于30%）的仿真截图三、结果分析通过此次仿真可知本设计方案可行。虽然设计方案可行，但还是和我们预期的实验结果有一定的差距，我们刚开始设计的是需要湿度传感器或者湿敏电阻、继电器等，但是由于在Multisim程序中，没有对应的元件，在老师的指导下我们选择将湿度电阻由滑动变阻器代替，并用开关代替继电器。由于仿真软件并非我们所预期的实物设计，所以仿真结果与我们预期

19、的还是有一定的误差。从原理上来看，我们最后的仿真结果还是正确可行的。四、设计总结两周的课程设计已经接近了尾声，在这两周中，我们感到几许失落、几许感慨，更多的是感到几许兴奋、几许期待；但现在充斥在我心间的是拼搏、奋斗、永争第一的激情。在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程设计中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了

20、我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。本次的电子课程设计，将书本上学到的知识应用于实践，学会了一些电子电路仿真设计能力,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程

21、无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。 原计划想对参考资料上已有的原理图进行改进，但由于多种因素限制，我们的设想虽然有所实施，但并未得到预期的结果，最后我们又不得不回到原点。不过相信如果时间和精力允许的话，我会将我们的想法落实，并进一步提高自身专业素质。五、设计心得这一次电子课程设计给我的总体感觉很好，因为我学到了很多的东西。虽然在这次设计和仿真电路中我们遇到了不少的问题，但是最终通过我们的努力都一一解决了。无论是什么样的学习途径，只要自己能够找到不同的学习方法，在学习的过程中不断的努力，那么学到的东西肯定会有很多，我相信我是能够做好这样的。在这次课程设计中，我更加体会到与队友合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。团队合作也是当今社会最提倡的。湿度控制器课程设计做好了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺和许多课业的繁忙，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，它是我们的骄傲！相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。我们的激情永远不会结束，相反，我们会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的