1、即此按键按下后，当50T100时，两根电阻丝都工作。4. 要求电路能够显示加热的各种状态。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月4康华光，电子技术基础，高教出版社，20035查阅相关电子设计内容科技期刊等文献资料及浏览相关网站完 成 期 限： 2014年6月18日 指导教师签章：专业负责人签章：2014 年 2月 16日摘要该方案的目的主要在于制作一个简易的纯净水加热电路。电路主要由电源电路、水温监测电路、比较电路、工作显示电路和水温控
2、制系统组成。电源电路由电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路LM7812来实现电压转化的。水温监测电路的功能是利用温度传感器AD590特性监测水温变化，同时将温度信号转化为电信号。比较电路的功能是利用比较器LM339的原理实现水温范围的确定，同时利用滞后特性避免跳闸的现象出现。水温控制系统是利用开关控制电阻丝的工作状态对纯净水进行加热。工作显示电路是利用二极管的发光原理将电阻丝的通电与否显示出来。关键词：稳压电路LM7812，温度传感器AD590，比较器LM339，发光二极管，电阻丝目录1概述 11.1设计要求 11.2设计思路 12.简易纯净水加热控制电路的原理 22.1 简
3、易纯净水加热控制系统框图 22.2电源电路 22.3水温监测电路主要部件温度传感器 32.4电阻丝开关及显示电路 42.5工作原理 53主要原器件介绍 63.1 变压器 63.2 桥式整流电路 63.3迟滞比较器 73.4继电器 93.5 发光二极管 93.6集成运算放大器 94 总结 11致 谢 12参考文献 13附录 总电路原理图及元器件清单 14 1概述1.1设计要求 1.要求电路能够检测纯净水的温度T。2.要求电路能够通过两根电阻丝实现对加热的控制，具体情况如下：3.要求电路设置一个按键，此按键能够起到快速加热的作用。即此按键按下后，当50T100时，两根电阻丝都工作。4.要求电路能够
4、显示加热的各种状态1.2设计思路本方案的主要目的是制作一个简易的纯净水加热控制器。该电路主要由电源电路、水温监测和水温范围测量电路以及电阻丝开关和显示电路三部分构成。电源电路直接从电网供电，通过变压器、整流电路、滤波电路稳压电路将电网中的220V交流电转换成+12V的直流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压器，型号为YJH-BYQ571435。电源变压器将交流电网电压220V变为简易纯净水加热控制电路合适的交流电压12V。整流电路采用二极管桥式整流电路，整流电路四个二极管型号为1N400，整流电流变为脉动的直流电压12V。C1、C2、C3和C4完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路LM78
5、12来实现。稳压电路清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压12V的稳定。控制电路由温度传感器AD590测得的水温并将温度转化为电压信号，传输给电压比较器LM339进行比较，比较器一端提供一个参考电压，与转化来的电压比较，然后将比较结果给控制系统，也就是继电器，通过继电器的闭合来控制电热丝的加热，有二极管来显示加热状态。2.简易纯净水加热控制电路的原理2.1 简易纯净水加热控制系统框图工作状态电路比较电路水温监测电路水温控制系统图2.1 简易纯净水加热控制电路的总体框图水温监测电路的功能是利用温度传感器的特性监测水温的变化，同时将温度信号转化为电信号。水温范围测量电路的功能是利用比较器的原理
6、实现水温范围的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞特性避免跳闸现象。电阻丝开关电路的功能是完成控制电路和加热电路的强、弱电转换。显示电路的功能是利用发光二极管将电阻丝通电与否显示出来。电源电路的功能是为上述电路提供直流电源。该电路能够检测出纯净水的温度T，并且能够在不同的温度下通过两根电阻丝实现对加热的控制。当T50时，两根电阻丝都加热，电路处在加热状态， 50T100时，只有一根电阻丝工作，电路处在保温状态， T100时，两根电阻丝都工作，电路完成加热，按下S键后，当50100时，两根电阻丝也都工作，该电路还能通过发光二极管显示加热的各种状态。2.2电源电路电源电路如图2.2直接从电网供电，通过变
7、压器、整流电路、滤波电路稳压电路将电网中的220V交流电转换成+12V的直流电压。图2.2 电源电路2.3水温监测电路主要部件温度传感器本实验电路所选温度传感器为AD590型温度传感器。这种温度传感器是美国ANALO DEV ICES公司的单片集成两端感温电流源。其主要特点如下：（1）流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度数（开尔文）；（2）AD590的测温范围为-55150，每增加1，它会增加1A输出电流；（3）AD590的电源电压范围为430v，可以承受正向44v电压和20v反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；（4）输出电阻为710m；（5）精度高，AD590在-55+150
8、范围内，飞线性误差仅0.3 （a） （b）图2.3传感器工作原理图AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。AD590实际应用电路（如图2.3.b）分析：1、AD590的输出电流I=（273+T）A（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件
9、，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V3、 接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。2.4电阻丝开关及显示电路电阻丝开关及显示电路如图2.4所示。图2.4 电阻丝开关及显示电路电阻丝开关电路时由三极管电路和继电器电路构成的。由于电阻丝的功能是加热，即电阻丝中通过的都是大电流，产生大功率，致使直流电源无法提供大电流和大功率，因此电阻丝需要交流供电，这样一来，电路中的开关必须采用继电器电路。而一般运算放大器的输出电流无法驱动继电
10、器，因此需要加入电流放大电路。由三极管电路构成的电流放大电路是一种比较典型的和简单的电路。三极管接为共集电极电路，当输入电压为高电平时，三机管导通饱和，可以将输入电流放大倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接三极管的发射极，当有电流驱动时，开关吸合，对应的电阻丝通电；当无电流启动时，开关断开，对应的电阻丝不通电，同时在继电器两端并联入二极管进行保护。 显示电路由发光二极管构成。通过发光二极管亮灭来表示电阻丝是否通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻。2.5工作原理由AD590温度传感器将水温信号转化为电信号，计算得由温度传感器转化的电压，50度时对应的电压为
11、3.23，100度对应的电压为3.73V。电阻R1 、R2、R3、R4 、R5、R6组成的电路由+12V电压源提供电压，R5、R6是分电压电阻，使通过比较器“+”的比较电压分别为3.23V和3.73V。当温度小于50度时，比较器U1A、U2B导通，继电器K1、K2闭合，电热丝R14、R15同时加热。同时发光二极管LED1、LED2发光，显示加热状态。当温度大于50度小于100度时，比较器U2B截止，U1A导通，继电器K2开启，K1闭合，电热丝R14加热。同时发光二极管LED1发光，显示保温状态。当温度大于100度时，比较器U1A、U2B截止，继电器K1、K2开启，电热丝都不加热。同时发光二极管
12、LED1、LED2都不发光，既不保温又不加热。开关S1是快捷加热键，按下S1键后，当50100时，两根电阻丝也都工作。温度传感器转化电压输入图2.5工作原理模拟仿真图3主要原器件介绍3.1 变压器 变压器是电子电路，以及电力系统中非常常见的器件，变压器的原理是电磁感应技术,变压器有两个分别独立的共用一个铁芯的线圈,分别叫作变压器的次级线圈和初级线圈。图3.1 变压器本设计方案采用变压器如图3.1的主要参数：型号：YJH-BYQ571435 输入：220V 输出：12V 频率：50Hz3.2 桥式整流电路 桥式整流电路由四个二极管1N400组成。如图3.2示图3.2桥式整流电路工作原理： 正半周
13、时: D1、D3导通， D2、D4截止 负半周时：D2、D4 导通， D1、D3截止3.3迟滞比较器图3.3_01 有干扰电压时输出波形（a） 反相输入迟滞比较器（b） 迟滞比较器传输特性图3.3_02单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。例如，在单门限电压比较器的图3.3_01中，当vI中含有噪声或干扰电压时，其输入和输出电压波形如图3.3_01所示，由于在vI=Vth=VREF附近出现干扰，vO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。如果用这个输出电压vO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的。提高抗干扰能力的一种方案是采用迟滞比较器。
14、迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。图3.3_02a所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特性如图3.3_02b所示。如将vI与VREF位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压vO与输入电压vI不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即或 （1）设运放是理想的并利用叠加原理，则有（2）根据输出电压vO的不同值（VOH或VOL），可求出上门限电压VT+和下门限电压VT分别为（3）（4） 门限宽度或回差电压为 （5）设电
15、路参数如图3.3_02b所示，且 ，则由式（3）（5）可求得 ， 和 。传输特性设从 开始讨论。当vI由零向正方向增加到接近 前，vO一直保持 不变。当vI增加到略大于 ，则vO由VOH下跳到VOL，同时使vP下跳到 VI再增加，vO保持 若减小vI，只要 ，则vo将始终保持 不变，只有当 时， 才由 跳到VOH。其传输特性如图3.3_02b所示。由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压vo的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了3.4继电器本设计所用继电器采用型号为GK3FF-12VDC ，7A/250VAC，触点允许最大电流是7A。电磁继电器的工作原理和特性：
16、电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。3.5 发光二极管发光二极管使用JYX-5，正向饱和压降为1.62.1,正向工作电流为520，一般LED的工作电流在十几毫安至几十毫安，而低电流LED的工作电 流在2mA以下。发光二极管原理：发光二极
17、管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。3.6集成运算放大器集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输入电阻的多级直接耦合放大电路，它的种类很多，电路也不一样， 但结构具有共同之处，如下图3.6表示集成运放的内部电路组成的原理框图。 图3.6 集成运放的内部电路组成的原理框图 集成运放的输入级一般是由BIT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性
18、能。它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为个级提供合适的工作电流。本设计采用的集成运算放大器为四电压比较器LM339。LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵
19、活方便地选用。LM339集成块采用C-14型封装，图3.6（a）为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。图3.6（a） LM339封装图LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压
20、高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。4 总结本周我们进行了为期一周的课程设计，时间虽短，但其中需要学的东西可真不少。首先，想要做出一个实用的工程产品真的
21、不是很容易，扎实的基本功是必需的，不然给你一个设计要求，你即使知道要设计什么，却也不知道往哪方面去考虑，这个是做设计最头疼的事。其次，要知道怎么查资料，这次课程设计虽然简单，但是却让我为查资料花去了好大一部分时间。我们这次的课题是设计简易纯净水加热控制电路，网上以及图书馆的许多资料书上都有，我也下了有一些，但我却没有照他们的思路去做。因为我觉得这是我第一次做这样的任务，一定要拿出自己的特色来，不然这次照人家的去做，下次就还会这样做，有了依赖心理，对自己以后的发展没有太大的好处，并且这样的机会难得，一定要好好把握。 毕竟是第一次做，刚开始免不了会有些手忙脚乱，没有针对性。不知道自己到底该干些什么
22、，查些什么资料，找到了资料却不知道该查元器件的哪些方面。后来，去图书馆查到了一些相关资料，才逐渐融入了角色。慢慢地，我能去网上查找书上介绍的不太清楚的东西以及忘记的知识点，同时也找到了相关的设计,参观了别人的设计，感觉自己想的还不够周到。然后就是用Altium Designer画出图形。感觉还挺好，毕竟是自己独立完成的，感觉很高兴，很有成就感致 谢本次课程设计不仅让我学到了很多知识，提高了我对学习资料的搜集能力，同样重要的是让我感受到有太多的人在给予我帮助，我对帮助我的人表示感谢。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因。在此期间，
23、我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。对于一个只停留在课本上的我来说，由于经验的匮乏和知识面的狭窄，在许多地方考虑的不是很周全很详细，如果没有老师的指导与帮助，想要完成这个电路设计将是非常困难的。其次，在课程设计的过程中，我要感谢帮助过我的同学，他们十分热心的帮助我，帮助我度过一个又一个的难关，也为我解决了不少我不太明白的难题，真挚的感谢你们。参考文献主要参考文献：1 何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2 姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3 王澄非，电路与数学逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4 李银华，
24、电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，20036. 缪家鼎，徐文娟 光电技术M 杭州：浙江大学出版社，1994：112-1567. 李晓东，张庆红，叶瑾琳气候学研究的若干理论问题J北京大学学报：自然科学版，1999，35（1）：101-106 8. 郑开青通讯系统模拟及软件D北京：清华大学无线电系，1987附录 总电路原理图及元器件清单附表一元器件清单元件名称元件符号元件规格元件数量电阻R1,R4,R7,R8, R1310K5R2, R3,R9, R10, R11, R12, R16, R171K8电容C1470uF1C2，C410uF2C347uF电阻丝D14500WD151000W可变电阻R5, R650K开关S1变压器T1继电器K1，K2GK3FF-12VDCLEDLED1，LED2JYX-5二极管D3，D4IN4148稳压管D1，D2IN4736 IN4738三极管9013Q1，Q29013整流桥Bridge11N400*4LM7812AD590LM339
