1、溫度控制電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一溫度控制電路并進行仿真。二、設(shè)計要求基本功能：利用AD590作為測溫傳感器，TL為低溫報警門限溫度值，TH為高溫報警門限溫度值。當(dāng)T小于TL時，低溫警報LED亮并啟動加熱器；當(dāng)T大于TH時，高溫警報LED亮并啟動風(fēng)扇；當(dāng)T介于TL、TH之間時，LED全滅，加熱器與風(fēng)扇都不工作（假設(shè)TL20，TH30）。擴展功能：用LED數(shù)碼管顯示測量溫度值（十進制或十六進制均可）。三、設(shè)計方案AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1

2、81;A/K。AD590適用于150以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無需支持電路的特點，使它成為許多溫度測量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。應(yīng)用AD590時，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補償。主要特性：流過器件的電流(A) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(K) 度數(shù)；AD590的測溫范圍為- 55+150；AD590的電源電壓范圍為430 V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710m；精度高，AD590在-55+-150范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3。基本使用方法如右圖。A

3、D590的輸出電流是以絕對溫度零度（-273）為基準(zhǔn)，每增加1，它會增加1A輸出電流，因此在室溫25時，其輸出電流Iout=（273+25）=298A。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25而言，輸出值為10K×298A=2.98V 。測量Vo時，不可分出任何電流，否則測量值會不準(zhǔn)。溫度控制電路設(shè)計框圖如下：溫度控制電路框圖由于Multisim中沒有AD590溫度傳感器，根據(jù)它的工作特性，可以采用恒流源來替代該傳感器，通過改變電流值模擬環(huán)境溫度變化。通過溫度校正電路得到實際攝氏溫度電壓值（可適當(dāng)放大到幾伏特，不超過5V），再送溫度判決電路判決，需根據(jù)報警溫度確定門限比較電壓值，電路均可

4、用運算放大器及電壓比較器來實現(xiàn)。可采用三極管和繼電器（RELAY）來控制驅(qū)動風(fēng)扇與加熱器，在仿真中用DC MOTOR代替風(fēng)扇、HEATER代替加熱器，并加上發(fā)光二極管來指示其是否工作。溫度顯示部分可采用ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來實現(xiàn)，將實際溫度電壓值通過ADC芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字邏輯信號再通過數(shù)碼管顯示。四、電路仿真與分析1、測溫電路在仿真中，測溫電路由恒流源代替溫度傳感器，通過R1變?yōu)殡妷毫浚⑶医?jīng)過一個電壓比較器構(gòu)成射極跟隨器穩(wěn)定電壓，使得測量Uo時不分出任何電流，避免造成測量值不準(zhǔn)確。Uo=I*R12、 溫度校正電路在溫度校正電路中，采一個電壓比較器構(gòu)成一個減法器，也就是把熱力學(xué)溫度溫度轉(zhuǎn)變成攝氏溫

5、度。具體的計算為uo=R3/R6(u1-u2)，其中=i*10K，=2.73V，由電阻分壓得到的，因為R3/R6=10，也就是溫度每上升一度，輸出電壓增加0.1V。3、 控制電路這是用集成運放構(gòu)成兩個電壓比較器，一個比較上限30攝氏度，一個比較下限20攝氏度，換算為電壓就是3V和2V。3V和2V通過電阻分壓得到，分別接在兩個比較器的反相端和正向端。當(dāng)<2V時，燈LED GREEN亮，低溫報警，啟動加熱器。當(dāng)2V<<3V時，燈都不亮。當(dāng)>3V時，燈LED1 RED亮，高溫報警，啟動風(fēng)扇。后面的部分即為工作電路，由繼電器驅(qū)動。當(dāng)溫度低于20，綠色LED亮，heater工作加

6、熱。當(dāng)溫度高于30攝氏度，紅色LED亮，motor工作散熱。4、 顯示電路顯示電路采用ADC0809經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過單片機控制數(shù)碼管顯示相應(yīng)的溫度值。在仿真時，改變電流源的值得大小，得到相應(yīng)溫度顯示。五、原理圖與PCB1、根據(jù)得出正確結(jié)果的仿真圖連接了DXP的原理圖，并且進行了檢查 (1)進入DXP，新建原理圖文檔schematic document l (2)在原理圖元件庫找元件， 常用的有protel Dos schematic libraries.ddb (3)連接電線，器件之間的電路必須要連通。 （4）修改元器件屬性。注意：雙擊左鍵打開屬性對話框，修改相關(guān)屬性和參數(shù)。左鍵+空格鍵

7、可以修改元件方向。 l （6）保存文件，至此原理圖以設(shè)計完畢 2、然后根據(jù)實際的元件大小進行測量和畫封裝在畫封裝的過程中，除了真實腳距，考慮到三極管三個引腳之間距離太小不利于焊接，所以自己重新畫了一個封裝把引腳之間的距離適當(dāng)變大，因為實物的引腳是可以用力來改變的。這個做法也得到了老師的認(rèn)可。在畫封裝的過程中，也發(fā)現(xiàn)了芯片是集成在一起的四個運放，所以又改變了原理圖中的運放的引腳，使用幾個芯片即可實現(xiàn)，節(jié)約成本！3、PCB圖畫這塊PCB，用了我三天的時間！芯片周圍的電阻很多，但是只要按照對應(yīng)的位置來擺放，接線是不難的。我先畫好了芯片及其周圍電阻的擺放連接。但是，由于VCC和GROUND必須各處都是

8、接在一起的，要使左邊的和右邊的接在一起要繞開許多元件，所以繼電器和與它相連的LED和二極管、三極管的位置我換了好多次才找到最完美的位置和接線方式！而且，三極管的焊盤是橢圓的，而且距離比較近，焊線不能太粗不然違反規(guī)則，所以我就在連接三極管中間一腳時細化了焊線。其余的焊線都適當(dāng)?shù)拇郑乐苟搪罚副P也盡量大，為打孔和焊接提供方便！六、制版、焊接與調(diào)試1、轉(zhuǎn)印、腐蝕、打孔在制作電路板的過程中，碰到了許多困難。1） 首先是，由于打印機的問題，打印效果不好，中間總有一部分被抹了，應(yīng)該是從打印機出來時壓到了那里。所以我們思考后決定先轉(zhuǎn)印，然后再用筆補！花費了很多時間和精力！但是可行。我們還發(fā)現(xiàn)，用筆補之后，

9、再用什么都沒有的轉(zhuǎn)印紙包好再熱轉(zhuǎn)印幾次，可以把補上的筆墨烘干壓緊，效果和打印機里的墨一樣。2） 第一次板子轉(zhuǎn)印用筆補充后腐蝕時，由于熱轉(zhuǎn)印次數(shù)不夠，墨不夠壓緊，在腐蝕過程中導(dǎo)線都脫落了，真的很可惜，一塊板子就這么費了。所以在第二次制版多熱轉(zhuǎn)印了兩次，最后順利制作出了板子。大約轉(zhuǎn)印了10多次。腐蝕時間很長，要耐心等待。3） 接下來打孔，我們?nèi)サ臅r候只有一毫米的打孔機有針頭了，但焊盤直徑只有2mm，幸好把焊盤畫大了一點，很小心的打孔才沒有讓焊盤被打掉。2、焊接腐蝕完，已經(jīng)晚上12點了，我和其他組的負(fù)責(zé)做板子的人決定通宵把板子焊出來，所以在實驗室里完成了板子。焊接過程很順利，是由于之前金工實習(xí)時練習(xí)

10、過焊接還有做電源的經(jīng)驗，因此這次焊接也得心順手。只有有些引腳，因為打孔有點歪，銅很細的地方不上錫，多補了幾次才好。3、調(diào)試在調(diào)試過程中，很困難很困難！1） 由于我們班沒有面包板，沒有在制作電路板之前搭建元件做過調(diào)試，所以只能直接制版看效果。2） 我們班沒有AD590，我們只能用直接加電壓的方式來調(diào)試板子3） 還是因為經(jīng)驗不足，我沒有在板子上留出調(diào)試點，又因為板子做的很小，電壓夾線很難夾在元件引腳上，所以很困難。我思考之后，決定在板子底層需要加電壓的焊盤位置焊上導(dǎo)線，然后加電壓。4） 在加+-12v時，發(fā)現(xiàn)，夾子靠近導(dǎo)線時有電火花產(chǎn)生，嚇了一跳，第一次看到這種情況，好害怕會燒了，但是其實沒有什么

11、大礙。5） 在加好+-12v，GROUND和待測電壓后，發(fā)現(xiàn)燈并沒有如預(yù)期中亮起來，這時，我思考可能實驗是失敗了。所以，我這時就反應(yīng)過來要檢查芯片，發(fā)現(xiàn)芯片是有熱度的，證明它在工作，我又怕它是燒了，所以先斷開電壓，等到恢復(fù)室溫我再加上電壓，發(fā)現(xiàn)芯片還是會熱，證明沒有被燒，芯片是好的在工作的。那么沒有燈亮，是其他原因造成的。6） 為了找出失敗的原因嗎，我決定用萬用表測量各點電壓，看是從哪一部分開始較大偏離了理論值。后來發(fā)現(xiàn)，從最后一個運放輸出的電壓都是沒有問題的，前面的電路都是正常通的，但是通過繼電器之后的電路出現(xiàn)了異常，電壓變得很小很小，原因可能是：1）繼電器有問題，沒有在電流通過下通過電磁將

12、開關(guān)導(dǎo)通到另一邊2）電阻值太大，使通過LED的電流太小不足以讓它發(fā)光。七、元件清單Bill of Material for 溫控.PcbDocOn 2015/5/14 at 23:24:19CommentPatternQuantityComponents2N3903三極管2Q1, Q2Diode 1N4148IN40482D1, D2Header 3HDR1X31P1LED1LED2GREEN1, RED1RelayJZC-23F2K1, K2Res1AXIAL-0.317R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14,

13、R15, R16, R17TL084ACNTL084CN1U1八、實驗總結(jié)在本次實驗中，仿真方面，我并沒有按照老師給出的流程毫無思考直接進行搭建，而是經(jīng)過了自己的思考，比如：老師在講解的時候，說先經(jīng)過一個反相減法器再經(jīng)過一個反相器來實現(xiàn)對溫度的調(diào)整，當(dāng)時我就想，為什么要反兩次，不能一次完成呢？所以在仿真中我就直接用了一個正向減法器來實現(xiàn)了同樣的功能。這使我明白，方法有很多，但是也有更優(yōu)的選擇。在試驗中，要有自己的思考，如果只是一味的為了完成任務(wù)而實驗就失去了實驗的意義，實驗就是要讓你發(fā)現(xiàn)些什么新的東西，得到一些新的思考和理解。本次實驗，使我積累了許多制板的經(jīng)驗和教訓(xùn)。我都詳細寫在了上面的第五六部分，我會在以后也牢牢謹(jǐn)記，不犯同樣的錯誤。同時，我也明白了理論和實踐之間是有很大差別的，而我們所追求的是在實