课程设计任务书
学生姓名： 瞿子敬 专业班级： 通信1104班 指导教师： 李政颖
工作单位： 信息工程学院
题 目: _______温度控制系统的设计________
初始条件：万用板，温度传感器LM35，半导体制冷器（TEC）,集成运算放大器ua741，继电器，二极管1N4007，LED，电阻若干，开关若干。 要求完成任务：
一、设计任务
利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectric Cooler，即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。 二、要求
（1）控制密闭容器内空气温度 （2）容器容积>5cm*5cm*5cm
（3）测温和控温范围： 0℃~室温 （4）控温精度±1℃
三、发挥部分
（1）测温和控温范围： 0℃~（室温+10℃）
时间安排：
1月13日…………………………查找相关资料、书籍等；
1月14日…………………………设计电路并学习Multisim仿真软件，进行电路仿真； 1月15日…………………………购买相关元件器材；
1月16日…………………………进行电路的焊接，并在完成后进行调试； 1月17日…………………………根据前面的相关工作撰写课程设计书； 1月18日…………………………进行课程设计答辩。
指导老师签名：_____________________ 年 月 日。
系主任(或责任老师签名)：___________________ 年 月 日。
武汉理工大学《模拟电子技术课程设计》
目录
课程任务设计书 ........................................................................................................... 1 1 设计思想及方案 ....................................................................................................... 3
1.1设计思想 .......................................................................................................... 3 1.2 设计方案的选择 .............................................................................................. 3
1.2.1 可行方案 ............................................................................................... 3 1.2.2 方案的讨论与选择 ................................................................................ 4
2 设计流程及相关器材的选择 ................................................................................... 5
2.1 设计流程 ........................................................................................................ 5 2.2 相关器材的选择 ............................................................................................ 6
2.2.1 温度传感器的选择 .............................................................................. 6 2.2.2 继电器的选择 ....................................................................................... 6 2.2.3 运算放大器的选择 ................................................................................ 6
3 单元电路的设计 ....................................................................................................... 7
3.1 单元电路的选择 ............................................................................................. 7
3.1.1 测温电路 .............................................................................................. 7 3.1.2 信号处理电路 ....................................................................................... 8 3.1.3 电压比较电路 ........................................................................................ 9 3.1.4 电压跟随器与控制电路 ...................................................................... 10
4 电路仿真 .................................................................................................................... 11
4.1 信号放大电路仿真 ......................................................................................... 11 4.2 比较电路仿真 ............................................................................................... 12 4.3 整体电路仿真 ............................................................................................... 13 5 整体电路图及元件清单 ......................................................................................... 15
5.1 整体电路图 .................................................................................................. 15 5.2 元件清单 ...................................................................................................... 15 6 设计小结 ................................................................................................................. 16
6.1 设计感悟及实物图 ...................................................................................... 16 6.2 设计特点 ....................................................................................................... 17 6.3 存在的问题及改进 ........................................................................................ 17 7 参考文献 ................................................................................................................. 18
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温度控制系统的设计
1. 设计思想及方案
1.1 设计思想
本次设计使用温度传感器收集当前密室的温度，然后经过各部分电路处理，与所要控制的电路进行比较。电路根据比较的结果决定是否对密室空气进行降温，如果需要制冷会自动开启半导体制冷片。当温度低于所控制的温度后，控制部分要断开制冷电路。在不制冷的情况下，密室会自动升温，当温度上升到控制温度以下的时候电路就会依照以前的步骤重新来一遍，然后对密室进行降温，然后循环往复执行这样一个周期性的动作，从而达到把温度控制在一定范围内的目的。
1.2 设计方案的选择
1.2.1
可行方案
方案一：
通过集成运放构成的比例器，把温度传感器获得的信号放大，再将信号传输给功放，带动半导体制冷片工作，从而实现对温度的控制。功放采用乙类双电源互补对称功率放大电路。测温部分通过测温度传感器输出端与基准端的电压，在转化为相应的温度值。其中，基准端的电压有事先调试好。 方案二：
利用集成运放在非线性工作区（即饱和区）的输出端电压为正负电源电压的特性，构造温度比较器，将温度信号离散成为高电平和低电平，高电平时制冷，低电平时加热，从而实现对温度的控制。其中功放采用乙类双电源互补对称功率放大电路。测温部分方案同方案一。 方案三：
用温度传感器将采集到的温度转换成电压信号，通过集成运放构成放大器，将微弱的
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电压信号放大成所需要的电压信号，再通过电压比较器将温度信号离散成为高电平和低电平，高电平时制冷，低电平时加热，从而实现对温度的控制，并用LED指示灯指示半导体的工作状态。
1.2.2 方案的讨论与选择
三个方案理论上均为可行的，但各有缺点：
方案一反应慢，且到了与设定温度相近时，灵敏度非常差；
方案二将温度离散成高电平与低电平，通过功放，进行对温度的控制，但半导体制冷器一直处于大功率工作状态，耗能较多，且加热和制冷器始终在工作，造成资源浪费，电路相对来说也很复杂。
方案三可以很好地实现对温度的测量与控制，虽然使用的电子元件较多，电路也相对复杂，但是控制电路更加准确迅速，所以这个方案较好。
综合以上讨论，我选择了方案三作为设计方案。
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2. 设计流程及相关器件的选择
2.1 设计流程
温度传感器接受信号 运算放大 电压比较器 小于基准电压 大于基准电压 LED亮 继电器开启 制冷器导通 降温 LED不亮 继电器关闭 制冷器未导通
维持设定温度 自动升温 图2.1 整体流程图
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