温度控制系统的设计书.docx

温度控制系统的设计书设计思想及方案设计思想本次设计使用温度传感器收集当前密室的温度，然后经过各部分电路处理，与所要控制的电路进行比较。电路根据比较的结果决定是否对密室空气进行降温，如果需要制冷会自动开启半导体制冷片。当温度低于所控制的温度后，控制部分要断开制冷电路。在不制冷的情况下，密室会自动升温，当温度上升到控制温度以下的时候电路就会依照以前的步骤重新来一遍，然后对密室进行降温，然后循环往复执行这样一个周期性的动作，从而达到把温度控制在一定范围内的目的。设计方案的选择可行方案方案一：通过集成运放构成的比例器，把温度传感器获得的信号放大，再将信号传输给功放，带动半导体制冷片工作，从而实现对温度的控制。功放采用乙类双电源互补对称功率放大电路。测温部分通过测温度传感器输出端与基准端的电压，在转化为相应的温度值。其中，基准端的电压有事先调试好。方案二：利用集成运放在非线性工作区（即饱和区）的输出端电压为正负电源电压的特性，构造温度比较器，将温度信号离散成为高电平和低电平，高电平时制冷，低电平时加热，从而实现对温度的控制。其中功放采用乙类双电源互补对称功率放大电路。测温部分方案同方案一。方案三：用温度传感器将采集到的温度转换成电压信号，通过集成运放构成放大器，将微弱的电压信号放大成所需要的电压信号，再通过电压比较器将温度信号离散成为高电平和低电平，高电平时制冷，低电平时加热，从而实现对温度的控制，并用LED指示灯指示半导体的工作状态。方案的讨论与选择三个方案理论上均为可行的，但各有缺点：方案一反应慢，且到了与设定温度相近时，灵敏度非常差；方案二将温度离散成高电平与低电平，通过功放，进行对温度的控制，但半导体制冷器一直处于大功率工作状态，耗能较多，且加热和制冷器始终在工作，造成资源浪费，电路相对来说也很复杂。方案三可以很好地实现对温度的测量与控制，虽然使用的电子元件较多，电路也相对复杂，但是控制电路更加准确迅速，所以这个方案较好。综合以上讨论，我选择了方案三作为设计方案。设计流程及相关器件的选择设计流程图2.1 整体流程图相关器材选择温度传感器的选择根据设计要求，可以测量并控制0到室温的温度，精度要达到±1℃。也就是说基本要求为传感器可以测量0到室温的温度，并且具有很好的稳定性。再结合性能以及价格方面的原因，选择了集成温度传感器LM35。LM35温度传感器在-55～150摄氏度以内是非常稳定的。当它的工作电压在4到20v之间是可以在每摄氏度变化的时候输出变化10mv。它的线性度也可以在高温的时候保持得非常好。因此LM35完全符合设计要求。继电器的选择继电器是控制制冷的关键所在，故而继电器的选择很重要。因为使用的电源是正负15V的电压，所以继电器的开启电压应适当接近15V，考虑到实际中电压跟随器的电压损耗，继电器开启电压选择12V较为合适。而输出部分是带动半导体制冷器，半导体制冷器的工作电流为2A，故继电器的承受电流应大于2A，选用3A的比较合适。运算放大器的选择因为此次的设计使用的运放只需要完成基本的功能，所以只需要其具有良好的虚短虚断特性，使其作为电压比较器输出的电压接近电源电压，故通用型的运算放大器就可以满足要求。因此选用通用型运放UA741。单元电路的设计单元电路的选择测温电路图3.1.1 测温电路温度传感器LM35三个引脚分别接正电源，地及信号输入端，如上图所示。其中1脚的电位根据环境温度而变化。具体是环境温度每改变1℃，其电压变化10mV。 信号处理电路LM35输出的电压为每℃改变10mV，这个电压太小，很难检测到，所以必须经过一定的处理方可成为测量及控制电路所用的信号。处理方法也就是将其无损地放大一定倍数。由于当温度与电压的关系为V=10t，单位为mV。所以通过下面的计算得即0 Av 40考虑到计算的方便及测量输出，放大倍数设置为20倍为宜 图3.1.2 信号处理电路电压比较电路知道了所输出的电压的大小，然后与所给的电压进行比较，从而知道电压是偏高还是偏低，即温度是偏高还是偏低。当控制温度为30度时， V=300mv*20=6V,所以，比较电压就选择-6V。当输入电压大于6V时，电压比较器输出+15V，当输入小于6V时，电压比较器输出-15V。 图3.1.3 电压比较电路电压跟随器与控制电路电压比较器输出两种电压——高电平与低电平，以此控制继电器，因为继电器开启电压没有正负之分，所以要加一个二极管控制电压方向。考虑到LED灯的承受能力，需要串联一个保护电阻，10K即可。为了防止前后电路互相影响，因此在两者之间加上一个电压跟随器，以隔离前后电路。图3.1.4 电压跟随器及继电器