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摘要
电子式温度控制器（电阻式）是采用电阻感温的方法来测量的,一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体（热敏电阻等）为测温电阻,这些电阻各有其优确点.家用空调的传感器大都是以热敏电阻式。
电子温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，一些工业上的自动化设备需要将温度控制在一定范围内，才能保证所制造的产品的质量。
电子温度控制系统一般由温度测量部分、温度控制部分和直流稳压电源部分组成。
温度测量部分主要用来接收当前系统中的温度,然后通过差动放大电路将热敏电阻的电压信号发送到温度控制部分。
温度控制系统主要是用来控制外部调温系统的，它接收来自温度测量部分的信号，然后与所要控制的温度信号进行比较，从而决定是否加热升温或冷却降温；
直流稳压电源部分主要是用来给电子温度控制器供电，一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路构成，温度控制我们通过控制继电器来控制加热丝加热或风扇散热。
关键词：
温度;
放大；
电源；
继电器。
第1章电子温度控制器的方案设计论证1
1。
1电子温度控制器的应用意义1
1.2电子温度控制器的设计要求及设计参数1
1.2.1设计要求1
2.2设计参数1
1.3设计方案的论证2
1.3。
1方案一2
2方案二2
1.4总体设计方案框图及分析3
第2章电子温度控制器的单元电路设计4
2。
1温度监测及控制电路的4
2.1.1测温电桥的设计4
2差动放大电路的设计5
2.1.3多级调温电路9
4滞回比较器的设计10
2.1。
5三极管及外围控制电路的设计11
2.2±
12V直流稳压电源的设计12
第3章电子温度控制器的整体电路设计16
3。
1整体电路图及原理图16
3.2电路参数计算17
3.3整机电路性能仿真验证18
第4章课程设计总结19
参考文献20
附录Ⅰ器件清单21
第1章电子温度控制器的方案设计论证
电子温度控制器的应用意义
现代的家用温度控制器例如电冰箱、鸡舍温度控制器都是机械式的，这种温度控制器较易损坏，且损坏后很难修复，也很难配到相同规格型号的控制器，加之某些生产厂家对质量的不保证，导致许多控制器出厂就损坏的现象。
因此我们提出一种结构简单、成本低廉，而且中心温度、温度偏差可谁机方便调节设定的电子温度控制器方案,他不仅适用于作电冰箱的温度控制器。
而且适用于各种制冷制热电器设备的温度控制器
电子温度控制器的设计要求及设计参数
设计要求
1.分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路,构思出各种总体方案，绘制结构框图。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
4。
组成系统.在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
技术参数
现设计并制作能高精度电子温度控制器。
设计电路所需的直流稳压电源。
25℃—+85℃.
4.精度±
1℃。
设计方案的论证
电子温度控制器主要是通过温度传感器将温度信号变成电压信号，再通过控制电路进行加热或降温。
根据实验任务要求，对控制电路部分可以采用多种方案：
如模拟电路控制或单片机控制等多种方案。
方案一
通过热敏电阻或者铂金电阻将温度信号进行采集,然后将温度的电压信号进行差动放大和滞回比较,再经过多个滞回比较器进行比较,其次再利用放大的信号控制三极管的导通与截止,最后通过三极管的导通与截止控制继电器或者外围加热或降温措施。
如图1。
1所示。
优点：
可以全自动控制，不需要拨挡换位。
缺点：
需要大量的集成模块，电路复杂，生产成本高。
图1。
3.1电子温度控制器方案一
方案二
该方案也是通过热敏电阻或者铂金电阻将温度信号进行采集，然后将温度的电压信号进行差动放大，再经过滞回比较器进行比较，其次再利用滞回比较器产生的信号控制三极管的导通与截止,最后通过三极管的导通与截止控制继电器或者外围加热或降温措施。
而比较的参考电压是通过多档位电阻分压。
3.2所示.优点：
相对于方案一，制造成本低,电路相对简单，利于广泛应用.因此采用方案二.
2电子温度控制器方案二
总体设计方案框图及分析
电子温度控制器是由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成的测温电桥的，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热"
与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器的“加热”与“停止"
。
改变滞回比较器的比较电压，即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回的滞回宽度确定。
而滞回比较电压是通过多个电阻档位进行分压产生参考的电压信号。
总体方案框图如图1。
4所示。
图1.4总体方案设计框图
第2章电子温度控制器的单元电路设计
温度监测及控制电路
测温电桥的设计
图2.1.1测温电桥电路
如图2。
1.1所示，由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器.其呈现出的阻值与温度呈线性变化关系且具有负温度系数，而温度又与流过它的工作电流有关.为了稳定Rt的工作电流,以达到稳定其温度系数的目的，电路中设置了稳压管DZ。
RW1可决定测温电桥的平衡。
热敏电阻Rt采用负温度系数的热敏电阻（NTC）。
负温度系数的热敏电阻又分为普通型、稳压用、温度检测用、温度控制用等多类，根据设计要求需要检测温度，因此采用温度检测型NTC热敏电阻.又根据温度检测范围需要在25℃-85℃，所以采用MF58热敏电阻。
MF58热敏电阻的阻值随温度变化如表2。
1.1
（2）所示.
温度/℃
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
电阻/KΩ
1.00
0。
83
69
0.57
48
41
0.34
29
0.25
22
19
16
11
表2。
1
（2）MF58热敏电阻阻值随温度变化表
差动放大电路的设计
图2.1。
2差动放大电路
差动放大电路如图2。
1.2所示。
由A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压ΔU按比例放大。
其输出电压
当
，
时
其中RW3用于差动放大器调零。
差动放大电路的输出电压仅取决于2个输入电压之差和外部电阻的比值。
差动放大电路输出电压随温度变化如表2。
2所示
图2.1.2
（1）温度与电压Uo的关系
图2。
1.2
（2）温度与电压Uab的关系
2（3）UA与UB的关系
2.1.3多级调温电路
3多级调温电路
调温电路是通过改变与差动放大电路放大的温度电压信号相比较的电压信号，从而改变滞回电路输入的差模信号。
如图2.1。
3所示，该电路主要是通过电阻进行分压调节.为了可以进行多档位调节，我们选择了拨码开关S1,S2，S3，S4当作开关来使用，进行电阻变换。
即从左向右依次对应25℃—30℃，30℃-35℃,35℃-40℃,40℃—45℃,45℃-50℃，50℃—55℃，55℃—60℃，60℃—65℃，65℃—70℃,70℃—75℃,75℃—80℃,80℃—85℃,共12个档位。
调节电位器RW4即可在该档位内进行调节。
2．1．4滞回比较器的设计
1.4滞回比较器电路
差动放大器的输出电压UO1输入由A2组成的滞回比较器。
设比较器输出高电平为
，输出低电平为
，参考电压UR加在反相输入端.
当输出为高电平
时，运算放大器同相输入端电位
减小到使
时，即
此后，只要
稍有减小，输出就从高电平跳变为低电平.
当输出为低电平
增大到使
时,即
稍有增加，输出就从低电平跳变为高电平.
因此，
和
为输出电平跳变时对应的输入电平，常称
为下门限电平，
为上门限电平，而两者的差值为
称为门限宽度，其大小可通过调节
的比值来调节。
调节RW4可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的.
2．1．5三极管及外围控制电路的设计
5三极管及外围控制电路的设计电路
差动放大器输出电压UO1经分压后A2组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压UR相比较。
当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，A2输出正饱和电压，三极管Q1饱和导通，三极管Q2反相截止；
当同相输入端的电压信号小于反相输入端的电压时,A2输出负饱和电压,三极管Q2饱和导通，三极管Q1反相截止。
通过发光二极管LED1和LED2的发光情况,可见负载的工作状态为加热或制冷。
当同相输入信号等于或接近于反相输入端电压时，三极管Q1和Q2都截止，LED1和LED2都熄灭，负载的工作状态为停止。
±
12V直流稳压电源的设计
直流稳压电源电路是由电源变压器、整流桥、滤波电路和三端稳压器等组成的。
该电路具有性能稳定、结构简单等优点.电源变压器是将电网220V的交流电压变为所需的电压值送入整流电路；
整流电路是将交流电压变成脉动的直流电压；
滤波电路是把脉动的直流电压的文波加以滤掉，得到平滑的直流电压；
三端稳压器的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
图2.2±
12V直流稳压电源电路
图2.2.2输出电压UO波形
2实物图
图中元件选择：
T为次级双路12V变压器，它将交流电从220V下降到几伏或几十伏。
整流二极管D1、D2、D3、D4采用IN4007，C1滤波电容选取大小470μF的电解电容,C4为缓冲负载突变，选取大小为470μF的电解电容，C2的作用为消除三端稳压器可能发生的自激，应选无极性的金属膜或涤纶电容。
对于三端固定式集成稳压器VT1、VT2选用2N5551,2N2222A,可得到±
12V的直流电压，这样就得到了（＋12V，1A）、（－12V,1A）两组电源。
第3章电子温度控制器的整体电路设计
整体电路图及原理图
电路参数计算
测温电桥部分，当Rt滑到最上端，即热敏电阻在室温环境时,差模电压最小值
当Rt滑到最下端，即热敏电阻在高温环境时，差模电压最大值
集成运算放大器的电源电压为±
12V，所以差动放大电路放大的电压应该在—12V到+12V之间.假设放大的最大电压为12V，则最大放大倍数
因此我们选择放大倍数为100倍，即
因此我们选择100kΩ电位器，910kΩ和10kΩ电阻。
对于多级调温电路电阻阻值的计算，可以先设同一档位的电阻分别为xkΩ,ykΩ，中间电位器RW4的电阻选择为1kΩ时，则可以得到下面的方程:
通过该方程组就可以得到多级调温电阻阻值，具体阻值如表3。
2所示。
表3.2多级调温电阻阻值
位置
Rk
Rl
Rm
Rn
Ro
Rp
Rq
Rr
Rs
Ru
Rv
阻值/KΩ
5
32
53
3.32
2.74
2.15
1.3
87
2.49
43
1
Ra
Rb
Rc
Rd
Re
Rf
Rg
Rh
Ri
Rj
866
37
74
3.01
3.9
4.32
7.15
64
4
整机电路性能仿真验证
假设需要控制温度在53℃，则需要将拨码开关从左向右第6个开关闭合，电路就接入了电阻Re和Rp，调节RW4使温度控制在53℃左右。
调节电位器Rt使它在1KΩ，即热敏电阻在温度为25℃的环境中，用电压表测量电压Uo1，得到电压如图3。
3（a）所示，并且LED1亮，LED2灭；
调节电位器Rt使它在0。
25KΩ,即热敏电阻在温度为65℃的环境中,用电压表测量电压Uo1,得到电压如图3。
3（b）所示，并且LED1灭,LED2亮。
图3.3（a）25℃环境电路电压UO1
图3.3（b）65℃环境电路电压UO1
第4章课程设计总结
通过本次数字电路的课程设计，使我掌握了一些芯片的使用方法,元件连线，电路焊接,如何使用Multisim软件等。
课程设计能帮助我们掌握除了课本的理论知识外，更能帮助我们提高自己的动手实践能力，我们的学习定位于技术型本科，所以我们也应该加强我们的实际应用能力.对于模拟电子这门课程，平时上理论课可能会比较抽象，难以理解.所以课程设计通过实践让我们有了更深一步的理解.在这两个星期中，我为能够准时完成任务而感到高兴。
虽然过程中付出了相当的努力，找资料，做仿真，写报告，动手实践,甚至把手都烫糊了.但是看到自己的成果，我无比欣慰.这时值得的。
回顾整个过程，实在是受益匪浅.
参考文献
[1]康华光编著《模拟电子技术基础》高等教育出版社2006。
[2]周惠潮编著《常用电子元件及典型应用》电子工业出版社2005
[3]纽曼编著《电子电路设计与分析:
模拟电子技术》清华大学出版社2009。
[4]陈立万等编著《模拟电子技术基础及课程设计》西南交通大学出版社2008.2
[5]胡圣尧等编著《模拟电路应用设计》科学出版社2009。
8
[6]稻叶保编著《模拟技术应用技巧101例》科学出版社2006。
[7]王连英编著《基于Multisim8的电子仿真与实验设计》北京邮电大学出版社2009.8
[8]聂典等编著《Multisim8原理仿真与PowerPCB5。
1印制电路板设计》
电子工业出版社2009
附录
器件清单1:
元件序号
元件名称
器件名称
型号/标称值
备注
Rt
热敏电阻
MF58
1kΩ
2
R1
电阻
100KΩ
1/8W
3
R2
20KΩ
R3
220Ω
R4，R5，R8
10KΩ
6
R6,R9
1MΩ
7
R7
910kΩ
R11,R12
1KΩ
9
R10
2MΩ
10
866Ω
37KΩ
12
2.5KΩ
13
2.74KΩ
14
3.01KΩ
15
3.9KΩ
32KΩ
17
7。
15KΩ
18
4.64KΩ
4KΩ
20
5KΩ
21
4.53KΩ
23
24
2.15KΩ
26
1.3KΩ
27
1.87KΩ
28
49KΩ
1.43KΩ
31
RW1
电位器
10kΩ
RW2，RW3
100kΩ
33
RW4
34
Dz
稳压二极管
1N4735A
12V
A1，A2
运算放大器
36
Q1
三极管
2N2712
Q2
2N3702
38
LED1
发光二极管
φ5
绿色
39
LED2
黄色
K1，K2
电磁继电器
12V1A
T1
变压器
（12V0V12V）
42
F1,F2
保险管
1A
D1,D2,D3，D4
二极管
1N4007
器件器件清单2（直流稳压电源）：
元件数量
电容470uF
3个
电容22uF
2个
电阻1
K
4个
电阻22
电阻220
三极管9013
三极管8050
1个
升级会员 