简易浴室水温控制电路设计

1、简易浴室水温控制电路设计设计内容和要求.设计一个简易浴室水温控制电路。该电力能够将水温控制在一个合适的范 围内，同时可以通过手动实现对水温范围的改变。（1）设计要求：要求电路能够通过两根电阻丝实现对水温的控制。假定水温范围为t t （t t），七为实际温度。当tt时，两根电阻丝都通电加热；当t t 12时，两根电阻丝都不通电。要求电路在t12温度点不能出现跳闸现象，即电阻丝不能进行短时间内 反复在通电和不通电之间转换。要求电路能够显示出电阻丝的通电与否。要求电路能够手动调节水温控制的范围。根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。利用Proteus的设计电路图，画出一套完整的

2、设计电路图，并列出所有的元件.选题背景和目的意义：电路课程设计是电子技术基础课程的实践性教学环节，通过课程设计，要求达 到以下目的。（1）巩固和加深学生对模拟电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本 课程所学知识的能力。（2）培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学 能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件初步掌握简 单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务 书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的

3、成果，正 确地绘制电路图等。（5）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，帮助学生 逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。三.设计的具体实现系统组成框图简易浴室水温控制电路的总体框图如图1所示。它是由水温监测电路、水温范围测量电路、电阻丝开关电路、显示电路和电源电路5部分构成的。VREF1R9：5娜:VCCIflkCt :亦D21011URMF51；5BT12V16-WvR4 lOkQ :R5 VREF1R9：5娜:VCCIflkCt :亦D21011URMF51；5BT12V16-WvR4 lOkQ :R5 ：VA:lOkd :VCC. .13 12VVA:R8 lOkd

4、 : 15VCC1浏R6 : lOkQ :图1简易浴室水温控制电路的总体框图水温监测电路的功能是利用温度传感器的特性监测水温的变化，同时将温度 信号转化为电信号。水温范围测量电路的功能是利用比较器的原理实现水温范围 的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞特性来避免跳闸现象。电阻丝开关电路的功 能是完成控制电路和加热电路的强、弱电转换。显示电路的功能是利用发光二极 管将电阻丝通电与否显示出来。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电 源。图2水温监测电路和水温范围测量电路主要单元监测电路设计2.1电路中仪器设备的选择及水温范围测量电路如上图所示，水温监测电路由可变电阻R9和电阻型温度传感器 (RMF5

5、1-583)构成。电阻型温度传感器是最典型也是最简单的一种温度传感器，它的工作原理 是通过阻抗的变化来表示温度的变化，同时将温度信号转化为电信号Vs，即Vs 代表了实际的水温t。本电路采用电阻型温度传感器型号为RMF51-583,是一种正 系数的电阻型温度传感器，即传感器的阻抗随温度的增加而增加。可变电阻R的9 作用是通过调节可变电阻的阻值，就可以调节可变电阻的阻值，就可以调节Vs 的范围，也就可以调节水温控制的范围。水温范围测量电路即如图2所示，它由两部分构成：第一部分是由电阻R、 1R2和稳压管DD2构成的参考电压产生电路；第二部分是由迟滞比较器构成的 水温范围测量电路。参考电源产生的功能

6、是产生两个稳定的电压，这两个电压代表水温范围的上 限值七和下限值ti.由于参考电源产生电路输出端接入比较器的输入，为了防止 出现输出电流导致参考电源不稳定的情况，电路采用电阻和稳压管相结合的方式 构成。其中稳压管的稳定电压均为+8V，因此得到输出Vrefi=+8V，Vref2=+4V。水温测量范围电路的功能有两个：第一是确定实际水温和水温控制范围的大 小关系；第二是防止出现跳闸现象。首先Vref1和分别接入两个运算放大器的同相输入端，而Vs则同时输入 到这两个遢放大器的反相输入端。这样当vsv2时，vi和V2输出都为高电平； 当v vv时，v和v输 p2 s pi12s pi12 TOC o

7、1-5 h z 出都为低电平(V表示运算放大器的同相输入端)。由于Vs、Vref1和、皿分别 代表t、t、t1，实际水温和水温控制范围的大小关系就确定了。职其次，2本电路通过迟滞比较器代替单门限比较器来防止跳闸现象的出现。迟 滞比较器气的特性表达式为= V = R V/(R + R ) + R V /(R + R ) = (7.3 + 1.1)V = 8.4V1T +P15 REF1 353 1 35(1.1)= V = R V/(R + R ) + 0 = 7.3 V(1.2)1T -P15 REF1 35由式(1.1)和式(1.2)可以得到回差范围AV = V -V = （8.4-7.3）

8、 V = 1.1 V，即V从高电平转化为低电平和从低 电平转化为高电平的分界点电压值有了 1.1V的差别，从而可以防止跳闸现象的 出现。同理，迟滞比较器U2的特性表达式为= V = R - V/（R + R ） + R V /（R + R ） = （3.6 +1.1） V = 4.7 V TOC o 1-5 h z 2 T+P 28 REF 2 787 2 78（1.3）= V = R V/（R + R ） + 0 = 3.6 V（1.4）2T +P28 REF 2 78由式（1.3）和式（1.4）可求得迟滞比较器U2的Vt -V2T之差（4.7V-3.6 V） 同样具有1.1V的回差范围。2

9、*稳压管：D1，D2选择参数为31mA,1W,8.2V的稳压管电源：直流稳压电源9V电阻：R1=（9-8.2）/31=0.026 千欧分别取R1，R2为10千欧在水温监测电路和水温范围测量电路中，使用了一个四运放集成电路 LM324，将它作为一个电压比较器，输出高电平和低电平的电信号。LM324应用作比较器：当去掉运放的反馈电阻时，或者说反馈电阻趋于无穷 大时（即开环状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大（实际上是很大，如 LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍）。此时运放便形成一个电压比较 器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压 高于负输

10、入端电压时，运放输出低电平。与各类传感器配合使用，稍加变通，便 可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。2.2电阻丝开关电路和显示电路如图3所示，电阻丝开关电路是由三极管电路和继电器电路构成的。电路 的输入即为图2电路中的输出，即当t 时，V和V都输出高电平；当t t t时，输出都为低电平。122由于电阻丝的功能是加热，即电阻丝中通过的是大电流和大功率，因此电阻 丝需要交流供电，这样一来，电路中的开关必须使用继电器电路。而一般运算放 大电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。由于三极管 电路构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路。其中R1和R2为限流电 阻，防止输入

11、电流过大烧毁三极管。三极管为共射极电路，三极管饱和导通，可 以将输入电流放大P倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接三极管的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，对应的电阻丝通电加热;当无电流驱动时，开关断开，对应的电阻丝不通电，同时继电器两端并联入二极 管进行保护。显示电路如图3所示，通过发光二极管亮灭来表示电阻丝是否通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻。图3电阻丝开关电路2.3电路分析及原理图（1）当VVREF1时，V1和2输出都为高电平；从而三极管T1,T2饱和导通，继 电器K1和K2都有电流通过:继电器被驱动，开关吸合，对应的电阻丝通电加热， 导致发光

12、二极管工作发光。当V V Vrefi时，V1和V2输出都为低电平；三极管T1，T2都截止，继电器 K1，K2都没有电流通过，继电器不被驱动，电阻丝均不通电加热。从电路的原理图以及仿真过程中可以看出，能够确定出实际的水温和水温控 制范围，能够达到一定的下限水温，在没有达到这个下限水温之前，两根电阻丝 同时加热，使水温快速上升。当达到这个温度以后，只有一根电阻丝加热，节约 能源。知道水温上升到一个上限水温之后，为防止人烫到，电阻丝停止加热。知 道水温下降之后，电阻丝才再重新开始加热，如此循环加热，实现了设计的要求。四心得体会为期一周的课程设计让我学到了很多关于理论方面和实践方面的知识，让 我受益匪

13、浅。这次设计虽然遇到了许多出乎意料的问题，但在老师和同学的虚心 教导下，顺利地解决了所有的问题。不仅锻炼了自己的动手能力，也从一定程度 上巩固了 Proteus仿真软件的应用，加深了对模拟电路方面知识的理解。在仿真软件Proteus中，首先，绘制原理图，接着设置元件的各种参数，最 后就要应用Proteus的仿真功能观察实验现象。在此期间，对电路元件参数进行 了相应的修改，最后得到比较接近实际的仿真结果。在做实验的过程中，我们必须对每一个细节引起重视，尤其是在焊接的过程 中，有一个环节出错，就可能导致整个实验失败，所以这次设计不仅考验了我们 对知识的吸收和掌握，更重要的是考验了我们的细心和耐心。不要怕麻烦，特别 是在焊接过程中，我们必须一次一次地核对接线，直至找出问题的所在。同时，在这次设计中，除了在老师的细心指导下，同学们之间的团结与互助 也让我伸手感触。我深刻地体会到实践工作是一个团队的工作，团队需要我们每 一个人的参议，团结的力量是无穷的。这种团结的精神值得我们发扬光大。五.附录简易浴室水温控制电路元器件清单符号类别数目备注R9可变电阻1可变范围为0 - 10kR1，R4，R5，R6，R8,R10，R1110 k7R3，R7，R