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1、内工大电子技术课程设计热水锅炉温度控制器设计与实验本次课程设计的要紧目的是用电子电路设计与实验热水锅炉温度操纵器。让事实上现在6-23时内85C下列一、二号炉开始工作并报警，105C以上一、二号炉停止工作并报警，冷却至95C一号炉开始工作，且在此期间用LED显示温度与工作时间。本次要紧用到的方法是用电压比较器实现模-数转换、用计数器实现操纵电路与记录工作时间、用一系列的门电路实现一定的逻辑功能；借助MUlitiSinl软件进行电路仿真，再在实验室连接元器件实现设计要求。设计的结果是能够让一、二号炉在特定的温度与时间下按规定工作，同时温度显示与记录工作时间来辅助操纵器的工作。有效的操纵锅炉工作大
2、大提高了生产效率，也能够起到控温的作用，在实际生活中有重要的实践意义。关键词：锅炉；温度；计时；运算电路。AbstractThemainpurposeofthiscoursedesignistousehotwaterboilertemperaturecontrolelectroniccircuitdesignandexperiment.Letactuallywithin6-23nowbelow85furnaceno.1andno.2tostartworkingandcallthepolice,above105furnaceno.1andno.2tostopworkandreporttothep
3、olice,cooledto95furnacenumberonebeginstowork,andduringthisperiod,withLEDdisplaytemperatureandtimetowork.Themainlyusedmethodistousevoltagecomparatorimplementationmode-severaltransformations,counterisusedtoimplementcontrolcircuitandrecordtheworkingtime,aseriesofgateisusedtoimplementlogicfunction;Inthe
4、laboratoryusingMulitisimcircuitsimulationsoftware,andthenconnectcomponentstoachievethedesignrequirements.Designresultscanmakefurnaceno.1andno.2undercertaintemperatureandtimetoworkaccordingtoregulations,atthesametimetemperaturedisplayandrecordtheworkingtimetoassisttheworkofthecontroller.Effectivecont
5、rolofboilerworkhasgreatlyincreasedtheproductionefficiency,alsocanhavetheeffectoftemperaturecontrol,hasimportantpracticalsignificanceinreallife.Keywords:Boiler;Temperature;Timing;Operationcircuit.一设计任务概概述1二设计方案论证及方框图11设计方框图12在实现电路时能够有多种方案3三电路构成及工作原理51抑制共模信号电路与二阶低通滤波器52反向求与运算电路63同向比例运算电路64电压比较器65锅炉工作电
6、路76多谐振荡器87计时电路88工作时间计时电路99温度显示电路910报警电路10四电路元器件选择与计算H1选择一系列由运算放大器构成的电路处理信号源，而未做一个“直流电源”电路112选择四个电压比较器而未选择一个ADC转换器113模拟电路中器材选用、计算及接线管脚图124数字电路中器件的选择及接线管脚图12五安装与调试131安装132测试方案133调试过程144调试中发现的问题及解决措施14六指标测试151模拟电路部分测试152数字电路部分测试173整体电路功能测试20结论21参考文献22附录一23附录二24-设计任务概述设计并制作一个热水锅炉温度操纵器。热电偶检测到的东排、中排与西排三点温
7、度输入操纵器，再通过电压传感器，将测量的85-105C转换为对应电信号6-12mVo要求当在一定的工作时间内(早6:00到晚11:00),通过温度的变化操纵一、二号炉工作，且能在特定的温度下进行报警；同时，需要将温度与报警时间用LED显示；同时，需要实现反应时间计时显示、启停温度可设定、报警与温度及工作时间的存储功能。(1)当温度低于85C时，报警且一、二号炉启动，对应电压传感器输出的电JEE6mv;(2)当温度高于105C时，报警且一、二号炉停止启动，对应电压传感器输出电压12mv;(3)当温度高于95时，只有一号炉工作，对应电压传感器输出电压9mv。二设计方案方框图及论证1设计方框图综合各
8、类元器件的优缺点，并根据本设计要求及性能指标，兼顾可行性、可靠性与经济性等各类因素，确定整体框架如图1所示。它由信号处理与放大电路、锅炉工作电路、报警电路、LED显示温度电路、LED显示工作时间电路、计时电路五部分构成。图2热水锅炉温度操纵器设计流程图2在实现电路时能够有多种方案方案一：在信号处理与放大电路中，首先分别在三输入电压传感器后加抑制共模信号电路，来抑制传感器输出信号的共模干扰，再加二阶低通滤波电路，滤去毫伏级信号中的高频部分及“杂质”，后接反向求与电路实现三输入毫伏级电压的加与。由于锅炉工作电路输入电压范围的需要，再在反向求与电路后加同向比例放大电路，以上的输出电压可供后续工作电路
9、有效使用。以上构想虽精确、误差较小但是实现性、经济性不高。在仿真及实测过程中，使用先反向求与再抑制共模信号、滤高频信号（使用二阶低通滤波电路），再放大；能够起到减少器件、增强可行性的作用。在让锅炉工作电路部分能够使用电压比较器来实现，具体到能够用单限比较器、滞回比较器、窗口比较器。考虑到性能、可靠性、实现的难易程度、经济性等问题，最后确定用三个单限比较器来完成锅炉工作电路，额外加一个单限比较器实现LED温度显示电路。在计时电路与LED显示工作时间电路能够用555定时器输出脉冲、可预置BCD异步清除计数器，TTL门电路等来实现锅炉早六点到晚十一点工作、一、二号炉工作时间记录。报警电路部分能够用5
10、55定时器与窗口比较器来实现。表1方案一材料表序号元器件名称规格型号数量（个）单价（元）总价（元）11/4W常规电阻*190.23.82常规电容*40.31.23数字电子技术实验箱/模拟电子技术实验箱*320604双踪示波*1*5数字万用表*1*6实验焊接用板*2102074,2输入端与门74HC0840.20.884,2输入端或者门74LS3220.20.49六反相器74LS0410.20.210可预置BCD异步清除计数器74LS16022.24.4113mm红，绿，黄发光二极管30.30.912集成运放LM35820.91.813NE555555定时器10.80.814电压比较器LM393
11、20.881.76方案二：信号处理与放大电路不变;锅炉工作电路中先用ADC模数转换器使不一致的电压对应不一致的数字信号，再用数据选择器或者是3-8译码器来输出Yl、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6操纵一、二号炉工作与LED显示温度；在计时电路与LED显示工作时间电路用晶振器代替555定时器提供脉冲信号；报警电路中能够运用功率放大电路实现5V,1W,结合电压比较器、TTL门电路报警；或者是用一定参数的继电器实现规定电压、功率内报警。表2方案二材料表序号元器件名称规格型号数量（个）单价（元）总价（元）11/4W常规电阻*190.23.82常规电容*40.31.23数字电子技术实验箱/模拟电/技术实验箱
12、*320604双踪示波器*1*5数字万用表*1*6实验焊接用板*2102074,2输入端与门74HC0830.20.684,2输入端或者门74LS3230.20.69六反相器74LS0410.20.210可预置BCD异步清除计数器74LS16022.24.4113mm红，绿，黄发光二极管30.30.91274LS1383-8译码器40.83.213NE555555定时器10.80.814LM386功率放大器10.50.515ADC0804ADC11116集成运放LM35820.91.817继电器CMP8-F高外壳小型大功率1101018电压比较器LM39310.880.88确定实验方案：方案一
13、：元器件总价：96.06元；方案二：元器件总价:109.88元。方案一更经济。假如用模数转换器，此课题总共需转换8位，通常DAC转换器有16位。造成浪费。假如用电压器直接就能够实现模数转换直接明了，输出结果0或者1,经济且可行性强。晶振器也能够提供脉冲，与555定时器相比价格高，但是精确。工作启停时间的精确个人认为较次要。不用继电器与功率放大器也能够实现报警，而且电路简单好操纵。同时，方案一相对方案二所用器件较少。通过比较，最终选择方案一。三电路构成及工作原理热水锅炉温度操纵器的总原理图如图:图3热水锅炉温度操纵器的总原理图1抑制共模信号电路与二阶低通滤波器两部分电路都起到滤信号“杂质”的功能
14、；在电子信息系统中，通过传感器或者其他途径所采集的信号往往很小，不能直接进行计算、滤波的处理，务必进行放大。而且，从传感器所获得的信号通常为差模小信号，并含有较大共模部分，其数值有的时候远大于差模信号，因此要抑制共模信号，因此要设计具有放大功能，就要具有高输入电阻与高共模抑制比。参数与仿真图中对应为Rf=R3=R4=0.5K;Rl=R2=R=0.5K;R5=R7=R1;R2=R6;放大倍数为15；Uo=-RfR*(1+2R1R2)*Uio温度经传感器后会有一部分交流信号，为获得直流电压信号还要对信号进行低通滤波处理，由于要获得毫伏级信号因此要用低通滤波器，其截止频率为0.37/2RC,约等于70HZ,且通带放大倍数约为E2反向求与运算电路反向求与运算电路的多个输入信号均作用在集成运放的反相输入端，根据虚短、虚断的原则Up=Un,Uo=Uo1+Uo2+Uo3=-Rf/R1*Ui1-RfR2*Ui2-RfR3*Ui3；若Rf=R1=R2=R3=100K,则Uo=UilTJi2-Ui3.其中R8=R4R5R6R7.3同向比例运
