基于PROTEUS的溫控制電路設(shè)計(jì)與仿真

1、基于PROTEUS的溫度控制電路設(shè)計(jì)與仿真學(xué)生姓名：趙殿鋒指導(dǎo)教師：郭愛(ài)芳 專業(yè)：機(jī)械電子工程基于PROTEUS的溫度控制電路設(shè)計(jì)與仿真關(guān)鍵詞：AD590 運(yùn)算放大器 電壓跟隨器 電壓比較器 晶體管0 引言溫度控制在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中有舉足輕重的作用。對(duì)于不同場(chǎng)所、工藝、所需溫度范圍、精度等要求，則采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不同。Proteus是90年代英國(guó)Labcenter Electronics公司開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境連接，仿真過(guò)

2、程可從多個(gè)角度直接觀察程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程與結(jié)果，簡(jiǎn)化了理論上程序設(shè)計(jì)驗(yàn)證的過(guò)程。由于Proteus仿真過(guò)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(lái)設(shè)計(jì)與仿真以提高控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。1 控制系統(tǒng)基本原理系統(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、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(hào)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，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(hào)放大的作用，因?yàn)閭鞲衅鳟a(chǎn)生的信號(hào)很微弱。系統(tǒng)中有運(yùn)算放大器組成的比較器來(lái)使傳感器產(chǎn)生的信號(hào)與設(shè)定的信號(hào)相比較，由比較器輸出電平來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3、工作，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。2 AD590溫度傳感器AD590是美國(guó)ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出與絕對(duì)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(guò)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。目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測(cè)均可應(yīng)用AD590，AD590無(wú)需支持電路，單芯片集成，無(wú)需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測(cè)量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。除溫度測(cè)量外，還可用于分立元件的溫度補(bǔ)償或校正、與絕對(duì)溫度成比例的偏置、流速測(cè)量、液位檢測(cè)以及風(fēng)速測(cè)定等。AD590可以裸片形

4、式提供，適合保護(hù)環(huán)境下的混合電路和快速溫度測(cè)量。AD590特別適合遠(yuǎn)程檢測(cè)應(yīng)用，它提供高阻抗電流輸出，對(duì)長(zhǎng)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：（1）流過(guò)器件的電流（）等于所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度，即式中，流過(guò)AD590的電流，單位為，熱力學(xué)溫度，單位為K;（2）測(cè)量范圍為-55150；（3）AD590的電源電壓范圍430V，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(huì)被損壞；（4）輸出電阻為710；（5）精度高，AD590的非線性誤差僅為0.3。3 單元電路設(shè)計(jì)與電路原理3.

5、1 溫度電壓轉(zhuǎn)換電路電路中，電壓跟隨器做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。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(jí)阻抗比較小，那么信號(hào)就有比較大的一部分損耗在前級(jí)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。3.2 K 轉(zhuǎn)換電路因?yàn)锳D590輸出的電流值對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫度，而我們采用攝氏溫度來(lái)進(jìn)行控制，所以要進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。R1R2Rf1RbA2當(dāng)和時(shí)，則上式為R1、R2、Rb、Rf1和的選取的原則是令環(huán)境溫度為0時(shí)為0V。3.3 放大電路為使輸出電壓與控制溫度的相互關(guān)系清晰表現(xiàn)出來(lái)，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。

6、3.4 溫度比較電路溫度比較電路主要由電壓比較器構(gòu)成，電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)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(kāi)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，一般在電路中接入正反饋。3.5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)被測(cè)溫度超過(guò)設(shè)定溫度值時(shí)，繼電器動(dòng)作，使繼電器斷開(kāi)，停止加熱；反之被測(cè)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(kāi)關(guān)管用來(lái)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。4 仿真結(jié)果溫度/結(jié)果0燈亮加熱20燈亮加熱49燈亮加熱50燈亮加熱51燈滅停止加熱80燈滅停止加熱0時(shí)仿真結(jié)果20時(shí)仿真結(jié)果49時(shí)仿真結(jié)果50時(shí)仿真結(jié)果51時(shí)仿真結(jié)果80時(shí)仿真結(jié)果5 參考文獻(xiàn)1、水溫測(cè)量與