养鸡场温度控制.docx
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养鸡场温度控制
引言
温度检测在现代生活中发挥着重要的作用，在养鸡场等室内饲养场所也显得尤为重要。
饲养室的环境条件对动物的建康和成长质量极为关键。
而温度便是其中一个重要的影响因素。
在冬天饲养雏鸡时，饲养室内的温度应控制在20～30℃（不同生长阶段的雏鸡所需要的环境温度也不同）之间。
刚孵出的雏鸡需要30℃的恒温，随着雏鸡的不断发育成长，饲养室的环境温度也应逐渐下降。
当雏鸡发育为成鸡时，饲养室内的环境温度保持在20℃即可。
怎样保证温度能够达到饲养的要求呢这就要借助于温度自动控制系统。
本设计介绍的温度控制器，采用LED发光二极管来模拟显示环境温度，且能在饲养室内温度低于设定温度值时自动接通电加热设备（电暖气或红外线灯泡等）的工作电源，当温度高于设定温度值时自动断开加热设各的工作电源，使饲养室内温度自动保持为设定温度。
另外在设计中还加入了报警电路,以便更精确的控制温度。
1．总体电路设计
该养鸡场温度控制电路由电源电路、温度检测电路、温度控制电路和温度模拟显示电路组成，如图所示。
图1-1温度控制制控制养鸡场温度电路图
首先，电源电路提供稳定的12V直流电压，并将稳定的12V的直流电压送入电路中。
此时通过集成温度传感器SL234即IC1用来检测环境温度，其3脚的输出电压随着环境温度的上升而增高。
不同的温度IC13脚的电压也就不同，运算放大器N4的输出端即7脚的电压也就不同。
根据输出电压的不同，LED显示驱动集成电路IC5各输出端的电平有高有低，当输出为低电平时，LED灯亮。
根据灯亮的个数则可知道室内的温度。
在饲养室内温度为20℃时，IC1的3脚电压为，运算放大器N4的输出端（IC3的7脚）电压为0V（当温度低于20℃时，N4的输出端为负值），LED显示驱动集成电路IC5各输出端均输出高电平，VL1～VL10均不亮。
当饲养室内温度为21℃时，N4的输出电压为，IC5的1脚变为低电平，VL1发光，指示温度为21℃；当饲养室内温度上升至22℃时，N4的输出电压为0．4V，IC5的1脚和18脚均输出低电平，VL1和VL2均发光，当饲养室内温度为21℃时；当饲养室内温度为23℃时，N4的输出电压为0．6V，IC5的1脚、18脚和17脚输出低电平，VL1、VL2和VL3均发光，指示温度为23℃；当温度上升为24℃时，N4的输出电压为，将有四个LED灯被点亮，指示温度为24℃……。
当饲养室内温度上升至30℃时，N4的输出电压为2V，IC5各输出端均输出低电平，VL1～VL10全部点亮，指示温度为30℃。
当饲养室内温度低于设定温度值时，N4输出电压低于该温度值所对应的电压值，N5输出高电平，使VD1导通，IC4内部高电平触发脉冲而翻转，其5脚输出低电平，继电器K吸合，其常开触点将电加热设备的工作电源接通，使环境温度上升。
同时VL11点亮，指示电加热设各在工作。
此时IC4的8脚和12脚为低电平，9脚输出高电平，VL12不发光。
S是温度指示／温度控制开关。
将S置于“1”位置时，温度控制器显示环境温度；将S置于“3”位置时，可通过调节RP2的阻值来设定控制温度。
若需要控制的温度为某特定值时，则应先将S置于“3”位置，调节RP2，使N5的正相输人端（IC3的12脚）电压为该温度值所对应的电压值，使某几个LED灯均点亮；然后再将S置于“1”位置，温度控制器即可根据设定的温度值对环境温度进行控制（使用时应根据实际需要来设定控制温度）。
当饲养室内环境温度超过该温度值时，N4的输出电压高于该温度值所对应的电压值，使N5输出低电平，VD1截止，IC4内触,发器又翻转，5脚输出高电平，K释放，将电加热设备的工作电源切断而停止加温，VL11也熄灭。
与此同时，IC4因8脚和12脚产生高电平触发脉冲而翻转，9脚输出低电平，VL12点亮，指示电加热设备处于断电状态。
电加热设各断电后，环境温度又开始下降，当温度低于该温度值所对应的电压值时，K又吸合，使电加热设备通电工作丽开始加温，如此周而复始，使饲养室内温度保持在该温度值所对应的电压值左右。
2.模块电路分析
该养鸡场温度控制电路需要能够检测到室内的温度并控制温度，最终还要把温度显示出来，另外还要给电路提供12V的直流稳压电源，所以该电路由直流稳压电源电路、温度检测电路、温度控制电路、温度模拟显示电路四部分组成。
直流稳压电源为各模块提供电压，温度检测电路将电压信号送入温度模拟显示电路，另外温度控制电路通过与温度检测模块输出电压相比较来控制来对温度进行控制。
下面是对各模块电路的分析。
直流稳压电源电路
该模块由三端稳压器7812提供12V稳压直流电源，7812输出电流为,并且输出稳定性好，能够过热过流自动保护。
其构成的电源电路如下图。
图2-1直流稳压电源电路
图中J1为电源插孔，用于为电路通电。
SW1为开关，控制电路的接通与断开。
极性电容C1、C2用于保护电路，防止输入电流不稳定而对稳压器造成损害。
当电压调整器的位置离开输入电源的电容器2—4in距离时，则需要用到C4，如果电压调整器的输入导线较长，则可能最高要用到，在这里导线不长用的电容即可满足条件，另外C4为高频电容器。
C5对于稳定性是不需要的，但它能用于改善瞬态响应。
当电路接通通电后，LED灯将发光。
为保证发光二极管不致过暗也不致过亮被烧毁，则电阻R16的值为
。
温度检测电路
温度检测电路必然要用到一个温度传感器用于检测当时环境的温度并且还能将温度信号转换为电压信号输出，像这样的集成温度传感器有很多，如LM35系列、LM235、LM135A、SL234M等等，其中LM35系列的输出电压直接校准在摄氏温标上，适合远距离使用。
LM235、LM135A、SL234都是具有较高测量精度和良好的线性关系的集成温度传感器。
在这里我们就使用集成温度传感器SL234M，它能将温度信号转换为电压输出，并且还具有良好的线性关系。
它具有较高的测量精度，较低的动态阻抗，需要12v的直流电源供电，输出电压与热力学温度成正比关系。
该温度检测电路电路图如下：
图2-2温度检测电路电路图
图中IC即集成温度传感器SL234M，A点输出电压随温度呈线性变化，A点电压（V）=（T+273）*，
T为环境温度（℃）。
R1为230
，R2为10K
，R3为2M
，R4和R5各为30k
R6为15K
R7为60K
，R8为95k
R9和R10各为100K
，RP1为33K
的微调变压器，N1、N2、N3、N4为运算放大器。
由于N3、N4的输入阻抗较低，对前级有影响。
因此在A点的输出电压和RP1上中心输出电压的后面都有射极跟随器，它们分别由元件N1、N2组成。
由R4、R5、R6和运算放大器N3组成一支1:
1的反相放大器。
由R9、R10、R3、R8和运算放大器N4构成加法器，起到放大20倍的反相比例放大器的作用。
调节RP1使N2的7脚输出电压为。
有运算放大器N3的1脚输出的电压为—（T+273）*；R9和R10为加法电阻，在运算放大器N4的7脚的输出电压为—[—（T+273）*]*20=—4。
所以，当温度大于20℃时，7脚的输出电压为正；当温度小于20℃时，7脚输出电压为负。
当环境温度为20℃时，7脚的输出电压为零；当环境温度为30℃时，7脚的输出电压为2V;当温度由20℃上升到30℃时，7脚的输出电压如表1示。
表一
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
0
电路内部参数分析
在由运算放大器的组成的反馈电路中，将“—”端直接连到输出端，其间不接电阻等任何元器件，这种电路即为跟随器。
在该部分电路模块中有两处用到这种跟随器。
它们分别由运算放大器N1和N2组成。
电压跟随器的一个特点就是“+”端输入电压与输出电压相等，其作用就是输出一个较小的阻抗，因为对理想运算放大器来说，其输出阻抗为0。
它的后面通常接一个需要较小输入阻抗的电路。
电压跟随器在运算反放大器的电路中经常被用到。
该模块的该部分的电路如下图所示：
图2—3N1跟随器图2—4N2跟随器
由图2—3可知，根据虚短虚断得
又
所以
式（2—1）
即为温度传感器SL234M的输出电压信号。
设此时环境温度为T=27℃（以下默认环境温度为27℃），此时
=，由式（2—1）得
=
在图3—4中
式（2—2）
而
由式（2—2）知
式（2—3）
在这里要求旋转
使
=，又
，所以由式（2—3）可求得
的旋转位置即
。
这种电路中，输入与输出相位相同，故电压放大率为1，但电流放大率大于1。
理想跟随器的输入阻抗无限大，输出阻抗为0。
它们在这里的的作用就是为了让后面的反相比例放大电路又一个较小的输入阻抗。
在该模块中，还有两个反相放大电路，一个是由R4、R5、R6和运算放大器N3组成一支1:
1的反相放大器，另一个是由R9、R10、R3、R8和运算放大器N4构成加法器，起到放大20倍的反相比例放大器的作用。
所谓反相放大电路就是在放大器的“—”输入端与输出端的反馈中连接一个电阻，而正"+"输入端接地。
而加法电路则是在反相放大电路的基础上，“—”输入端通常有几个输入电压或输入电流，输出端则获得与即输入电压成比例的输出电压放大电路。
下面两个图即为该模块的反相放大电路和加法电路。
图2—5反相放大电路图2—6加法电路
由图2—5可得，
=0，因此
，又因为理想运算放大器输入端“—"和“+”之间的输入阻抗无限大，故放大器的输入电流应为0。
因此下面的式子成立：
式（2—4）
由式（3—4），可得
式（2—5）
又因为
，所以，代入式（2—5），可求得
=—。
由此可知，该电路为1:
1的反相放大电路。
图3—6即为加法电路，由图知，运算放大器“+"输入端接地，所以
，由此可得如下式子：
—
式（2—6）
由式（2—6）得
式（2—7）
将
代入式（2—7）求得
。
这正好是环境温度为27℃时，N4的7脚所对应的电压值，此时将会有7个LED灯点亮。
温度模拟显示电路
本部分电路用一个显示驱动器来使发光二极管发光，以二极管的发光来模拟当前的温度。
其电路图如下所示。
图2—7温度模拟显示电路
图中IC5即为LED显示驱动集成电路，它可以用LM3914，也可以用SF3914代用。
在这里我选择使用LM3914。
这种电路的工作电压为3——20V。
发光二极管电流为8mA，当输入信号为2V时满刻度，并接线显示；因此，当开关S打在“1”处，并输入2V电压时，调节RP3使十个发光二极管全部发光。
这样，当环境温度为21℃时，7脚输出，LED1发光。
当环境温度为25℃时，7脚输出，则LED1到LED5全
部发光，其余温度以此类推，当环境温度为30℃时，7脚输出电压为，十个发光二极管全部发光。
LED显示驱动集成电路LM3914的5脚为信号输入端，当输入信号由小增大时，其十个输出端（1、10、11、12……17、18）依次变为低电平，使接在这些端的发光二极管依次发光。
当输入电压达到最大值时，这10出端均变为低电平，10只发光二极管全部点亮。
LM的9脚为点线显示控制端，当9脚悬空时，为点显示，即输入信号达到某一数值时，只有与该输入电压端相对应的输出端变为低电平，只有该端的LED被点亮；当9脚接高电平时为线显示，即当输入电压达到某一数值时，不仅与该输入电压对应的输出端为低电平，而且比该输入电压低的所有对应的输出端均为低电平，即当室内环境温度为30℃时，发光二极管全部被点亮。
本电路接成线性显示，这样看起来比较美观，但耗电较多。
LED显示驱动集成电路LM3914
LM3914内部含有10个相同的电压比较器，它们的输出端可以直接驱动发光二极管。
它们的反相输人端并联在一起，并通过一个缓冲器接到输人端5脚；而10个同相输人端分别接到由10个精密电阻器串联而成的多级分压器上。
而这个分压器的两端在内部没有与其他电路或公共端相连，而是直接由6、4脚引出，通常将它称为悬浮式，这样使得应用电路的设计更加灵活和方便。
此集成电路内部还包含一个悬浮式的标准电压源，直接由7,8脚引出。
7脚和8脚之间是一个参考电压源，9脚为点／柱模式选择，5脚为信号输入端。
1脚接发光管负极，2脚接地，3脚接正电源，4脚用于发光管最低亮度设定，7脚用于基准电压输出，8脚用于基准电压设定，10脚到18脚连接10个发光二极管负极。
外接10只发光二极管可以作点状或条状显示：
9、11脚相接为点状显示，9,3脚相接为条状显示。
10只发光二极管的亮度可由7、8两脚的外接电阻器R来调节。
通过每只发光二极管的电流大致等于R中电流的10倍。
因为标准电压源最大可以输出3mA的电流，所以通过发光二极管的最大电流为30mA。
例如当R＝Ω时，流过R的电流为1mA，则每只发光二极管在其发光时的电流为lOmA。
当发光二极管的发光效率较高时，电流可以小一些，以降低功耗。
LM3914参考电压源输出约5V，即在7脚和8脚之间维持一个5V的基准电压Vref，该基准可以直接给内部分压器使用，这样当Vin（5脚）输入一个0～5V电压时，通过比较器即可点亮0～10个发光二极管。
LM3914还可以用于驱动LCD或者真空荧光灯，LM3914的链式结构还可扩展到20到100个显示。
LM3914内部结构如下图所示：
图2—8LM3914内部结构图
LM3914各管脚排列情况以及外部连接情况如下图所示:
图2—9LM3914管脚排列及外部连接电路
；
。
温度控制电路
该部分电路用于实现对环境温度的控制。
养鸡场内，幼鸡在不同的成长阶段需要不同的温度，这就需要我们能够方便准确的控制温度，以满足不同成长阶段幼鸡的需要。
为简化电路，在这里要用到NE556型双时基集成电路，其内部有两个NE555构成，共有14个引脚。
该部分电路图如下：
图2—10温度控制模块电路
图中IC4即为NE556型双时基集成电路，电路中要用到R13为30K
，R15为15K
，R14和R12均为1K
，二极管管VD1和VD2均选用1N4007型硅整流二极管或1N4148型硅开关二极管。
VL11和VL12均选用Φ5mm的发光二极管，VL11选绿色，VL12均选红色，便于区分。
RP2选用线性电位器，K选用12V直流继电器，其控制触头的电流容量应根据电加热设备的功率而定，S选用单极双位拨动式开关。
将S置于“1”位置时,则显示环境温度；将S置于“3”位置时，可通过调节RP2来设置温度显示。
若需要控制的温度为某特定值时，则应先将S置于“3”位置，调节RP2，使N5的正相输人端（IC3的12脚）电压为该温度值所对应的电压值，使某几个LED灯均点亮；然后再将S置于“1”位置，温度控制器即可根据设定的温度值对环境温度进行控制（使用时应根据实际需要来设定控制温度）。
例如需要控制的温度为24℃，则把S打到“3”位置旋转RP2使运算放大器N5的12脚输入电压为，此时IC5上的LED1到LED4四只发光二极管全部亮。
然后再把S打到“1”位置，当环境温度低于24℃时，运放N4的7脚输出电压小于。
因此，在通过运放N5进行比较之后，在14脚输出高电位。
当这高电位通过VD1，IC4内部的触发器l因2脚和6脚加人高电平触发脉冲而翻转，促使IC4的5脚为零电位，继电器K吸合，将红外灯泡接通电源加热，同时绿灯LED11发光。
此时因IC4的5脚为低电平，所以IC4的9脚输出高电平，红灯LED12不发光。
当加热使环境温度达到24℃或者比24℃稍微高一点的时候，N4的7脚输出电压比略高。
这时N5比较器的输出端14脚为低电平，不能通过VD1，但是R15接地，IC4内触发器又翻转，以IC4的5脚为高电位，继电器K的线圈失电而释放，切断加热电源，LED11熄灭，同时IC4的9脚变为零电位，LED12发光，因此绿灯表示加热，红灯表示保温。
当保温时，环境温度逐渐下降；当低于24℃时，N5的14脚又重新呈高电平，继电器K又吸合，红外灯泡通电后再加热，绿灯又亮，红灯在灭，这样周而复始，不断地使环境温度保持在24℃上。
要控制其他温度值，其原理完全一样，但只能控制20℃到30℃之间的任意温度值，其温度间隔为1℃。
NE556型双时基集成电路
时基集成电路NE556的内部有两个555时基电路,由于它们封装在一个芯片内,能获得较好的一致性。
另时基集成电路NE556为双极型电路,其输出驱动能力大,输出电流可达到200mA,工作频率范围可达01001Hz～500kHz。
如图3—6所示，NE556内部两个555电路接成了间接反馈式无稳态自激多谐振荡器形式，两个振荡器电路是对称的。
其内部结构如下图所示：
图2—11NE556内部结构图
TH为触发端，当TH端电平大于2/3VCC输出端OUT呈低电平，DIS端导通。
TR为低电平触发端，当TR端电平小于1/3VCC时，OUT端呈现高电平，DIS端关断。
R为复位端，当其等于0时，OUT端输出低电平，DIS端导通。
VC为控制电压端，C接不同的电压值可以改变TH，的触发电平值。
DIS为放电端，其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。
OUT输出端，它有两个输出端，分别为引脚5和引脚7，一个接地端，一个接电源端。
3.电路调试
电路安装完毕后，接通12V直流电源进行调试。
先调节RP1的阻值，使N2的7脚在环境温度为25℃时为2．93V。
s应置于“1”位置在IC5的5脚加人2V电压，调节RP3的阻值，使VL1～VL10刚好全部点亮。
为测试温度控制器是否能正常工作，可调整RP2的阻值，设定⒛～30℃之间的某一温度为控制温度（例如26℃）后，将S置于“1”位置，再用电吹风对着IC1加热，若VL1～VL6逐个点亮、且在VL6点亮后，K迅速释放，VL12发光，则说明该温度控制器已能正常工作，可投入使用。
4.总结及心得体会
设计总结
历时一周传感器的课程设计终于圆满完成，在本次设计过程中遇到了很多问题，也解决了很多问题，收获还是很大的。
我的设计课题是“利用温度传感器控制养鸡场的室内温度“。
我将该电路划分为三部分即电源电路、温度检测电路、温度控制电路和温度模拟显示模块。
电源模块我选用了常用的7812输出12V直流稳压电源为电路供电。
要检测温度首先就要用到温度传感器，这要求这个温度传感器不仅能够感知温度更能够将温度信号转换为电压信号输出，经过查阅资料，再根据测温范围以及精确度我选用了SL234M集成温度传感器。
其次就是涉及到模拟显示温度，我在这里用到了LED驱动显示集成芯片用它来驱动十个LED灯来模拟显示。
最麻烦的部分要数温度检测模块中如何将温度转换过来的电压，并将其放大和温度控制电路中如何来控制温度。
要放大必然要用到放大器，要控制温度也要用到比较器，经过翻阅资料和详细的计算最终这两个模块的电路也总算是确定了下来。
在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。
另外就是在用AltiumDesign画电路图的过程中，电路中有许多在库中没有的元件，这就需要我们自己去制作，但是在制作过程总是出错，令我很是郁闷，看来制图以后还要再学习巩固一下。
为了更精确的控制电路和在电路出故障时能够让工作人员及时发现并维护，我想在电路中添加报警电路模块。
可是想了好几种方案都中途夭折，因为我不知道如何来设定这个报警电压值，更难以确定该模块添加上之后会不会对其他模块产生影响，最终只有放弃了这种构想。
这次课程设计使我深刻的认识到学好电子技术基础和传感器这两门课程的重要性，如果这两门课程学得好的话，我也不至于在设计中忙得焦头烂额，不过在此过程中我却很多以前难以学到的知识，很大的调动了我学习的积极性。
心得体会
作为一名大三的电子信息工程专业的学生，我认为传感器的课程设计是十分有意义而且有必要的。
在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。
为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。
我们是在做单片机课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
这项看工作非常需要耐心和精力，一个星期后今天，我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多。
其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：
Altium制图模拟电路和数字电路知识等。
虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。
后，要做好一个课程设计，就必须做到要有一个清晰的思路；在设计电路时，不能妄想一次就将整个电路设计好，反复修改、不断改进是电路设计的必经之路；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。
发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。
在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
我们通过查阅大量有关资料，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。
这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。
通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
5.参考资料
1.康华光.电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社.1998年
2.冯英等.传感器电路原理与制作.成都科技大学出版社.1996年5月
3.黄继昌等.传感器工作原理及应用实例.人民邮电出版社.1998年12月
4.张洪润.等.传感器应用电路200例.北京航空航天大学出版社.2006年
5.沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用.机械工业出版社.2002年
附录一
元器件清单
名称
型号
个数
集成温度传感器
SL234M
1
双时基集成电路
NE556
1
二极管
2N4007型
2
继电器
12V直流
1
运算放大器
LM308
5
发光二极管
绿色
1
红色
12
升级会员 