基于proteus溫度控制電路設(shè)計(jì)與仿真

1、<p>　　基于PROTEUS的溫度控制電路設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p>　　學(xué)號：130301240040</p><p><b>　　聯(lián)系方式：</b></p>

2、;<p><b>　　專業(yè)：機(jī)械電子工程</b></p><p>　　基于PROTEUS的溫度控制電路設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　關(guān)鍵詞：AD590 運(yùn)算放大器 電壓跟隨器 電壓比較器 晶體管</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　溫度控制在冶金、化

3、工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中有舉足輕重的作用。對于不同場所、工藝、所需溫度范圍、精度等要求，則采用的測溫元件、測溫方法以及對溫度的控制方法也將不同。</p><p>　　Proteus是90年代英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的一款EDA仿真工具軟件，該軟件可仿真數(shù)電、模電、單片機(jī)至ARM7等不同電路，仿真和調(diào)試時(shí)，能夠很好地與Keil C51集成開發(fā)環(huán)境連接，仿真過程可從多個(gè)角度直接

4、觀察程序運(yùn)行和電路工作的過程與結(jié)果，簡化了理論上程序設(shè)計(jì)驗(yàn)證的過程。</p><p>　　由于Proteus仿真過程中硬件投入少、設(shè)計(jì)方便且與工程實(shí)踐最為接近等優(yōu)點(diǎn)，本文采用Proteus來設(shè)計(jì)與仿真以提高控制系統(tǒng)的開發(fā)效率。</p><p>　　1 控制系統(tǒng)基本原理</p><p>　　系統(tǒng)中包含溫度傳感器，K—℃ 轉(zhuǎn)換電路，控制溫度設(shè)定裝置、數(shù)字電壓表、放大器、

5、指示燈、繼電器和電感（加熱裝置）等構(gòu)成。溫度傳感器的作用是將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，K—℃ 轉(zhuǎn)換電路將熱力學(xué)溫度轉(zhuǎn)換成攝氏溫度。放大器起到信號放大的作用，因?yàn)閭鞲衅鳟a(chǎn)生的信號很微弱。系統(tǒng)中有運(yùn)算放大器組成的比較器來使傳感器產(chǎn)生的信號與設(shè)定的信號相比較，由比較器輸出電平來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。</p><p>　　2 AD590溫度傳感器</p><p>　　AD

6、590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出與絕對溫度成比例。在4V至30V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1.片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K（25℃）時(shí)輸出298.2。</p><p>　　目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測均可應(yīng)用AD590，AD590無需支持電路，單芯片集成，無需線性化電路、精密電壓放大器、

7、電阻測量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測量外，還可用于分立元件的溫度補(bǔ)償或校正、與絕對溫度成比例的偏置、流速測量、液位檢測以及風(fēng)速測定等。AD590可以裸片形式提供，適合保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量。AD590特別適合遠(yuǎn)程檢測應(yīng)用，它提供高阻抗電流輸出，對長線路的壓降不敏感。任何絕緣良好的雙絞線都適用，與接收電路的距離可達(dá)數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于AD590實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。AD590的主要特性為：</p><p>

8、　?。?）流過器件的電流（）等于所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度，即</p><p>　　式中，—流過AD590的電流，單位為，—熱力學(xué)溫度，單位為K;</p><p>　?。?）測量范圍為-55℃~150℃；</p><p>　?。?）AD590的電源電壓范圍4~30V，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；</p><p&

9、gt;　?。?）輸出電阻為710；</p><p>　?。?）精度高，AD590的非線性誤差僅為0.3℃。</p><p>　　3 單元電路設(shè)計(jì)與電路原理</p><p>　　3.1 溫度—電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　電路中，電壓跟隨器做緩沖級及隔離級。因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級阻抗比較小，那

10、么信號就有比較大的一部分損耗在前級的輸出電阻中。此時(shí)，就需要電壓跟隨器進(jìn)行緩沖，起到承上啟下的作用。</p><p>　　3.2 K—℃ 轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　因?yàn)锳D590輸出的電流值對應(yīng)熱力學(xué)溫度，而我們采用攝氏溫度來進(jìn)行控制，所以要進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　當(dāng)和時(shí)，則上式為</b></p>&l

11、t;p>　　R1、R2、Rb、Rf1和的選取的原則是令環(huán)境溫度為0℃時(shí)為0V。</p><p><b>　　3.3 放大電路</b></p><p>　　為使輸出電壓與控制溫度的相互關(guān)系清晰表現(xiàn)出來，設(shè)計(jì)一個(gè)反相比例運(yùn)算放大器，這里將放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為十倍，用數(shù)字電壓表可以實(shí)現(xiàn)溫度顯示。</p><p>　　3.4 溫度比較電路</p&

12、gt;<p>　　溫度比較電路主要由電壓比較器構(gòu)成，電壓比較器是對輸入信號進(jìn)行鑒別與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)輸入電壓的大小，當(dāng)“+”輸入端電壓高于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出高電平，反之則輸出低電平。由于比較器只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)上看，運(yùn)放常處于開環(huán)狀態(tài)，又是為了使比較器輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換更加快速，以提高響應(yīng)速度，一般在電

13、路中接入正反饋。</p><p>　　3.5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　當(dāng)被測溫度超過設(shè)定溫度值時(shí)，繼電器動(dòng)作，使繼電器斷開，停止加熱；反之被測溫度低于設(shè)定溫度值時(shí)，繼電器閉合，進(jìn)行加熱。NPN型晶體管VT作為開關(guān)管用來驅(qū)動(dòng)繼電器線圈是否得電，從而控制加熱裝置。二極管VD的作用是繼電器線圈斷電瞬間，二極管提供能量釋放回路，防止晶體管被擊穿。</p><p>

14、;<b>　　4 仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　0℃時(shí)仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　20℃時(shí)仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　49℃時(shí)仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　50℃時(shí)仿真結(jié)果<

15、;/b></p><p><b>　　51℃時(shí)仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　80℃時(shí)仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、《水溫測量與控制電路的設(shè)計(jì)與仿真》，百度文庫，http://wenku.baid

16、u.com/view/2b843d7a27284b73f24250b1.html</p><p>　　2、AD590，百度百科，http://baike.baidu.com/view/1680846.htm?fr=wordsearch</p><p>　　3、電壓跟隨器，百度百科，http://baike.baidu.com/view/172120.htm?fr=wordsearch<