北京工业大学课程设计报告学院：＿＿df＿电控学院＿＿＿专业：＿电子科学与技术＿＿班级：＿120231＿组号＿16＿题目：1＿直流电机测速＿＿＿2＿小型温度控制系统＿姓名：＿＿王宁＿＿＿＿＿＿学号：＿＿12023110＿＿＿＿指导教师：＿＿＿杨旭东＿＿成绩＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿目录一、前言﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3（一）设计题目﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3（二）课题背景 (3)二、设计要求 (3)（一）设计任务 (3)（二）设计框架图 (4)（三）参考元器件﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4 （四）设计要求 (4)1、电源模块 (4)2、信号处理模块 (4)3、功率放大模块 (4)（五）发挥部分 (5)三、设计原理 (5)（一）设计原理说明 (5)（二）电源模块 (5)1、方案选择 (5)2、原理分析 (6)（三）变送器模块 (9)1、方案选择............................................................................................... - 9 -2、原理分析 (10)（四）驱动器 (11)1、方案选择 (11)2、原理分析 (11)四、系统调试及实物图 (11)（一）调试顺序说明 (11)（二）电源模块调试 (11)（三）变送器模块调试 (12)（四）驱动器模块调试 (12)五、实物图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13六、实验中问题分析及解决 (14)（一）稳压电源电路板 (14)（二）变送器电路板 (14)（三）驱动电路板 (15)七、数据与误差分析 (15)（一）稳压电源电路板 (15)（二）变送器电路板 (16)（三）驱动器模块电路板 (16)八、附录 (17)（一）系统电路的工作原理图 (17)（二）元器件识别方法和检测方法 (17)（三）参考资料 (18)九、心得体会 (19)一、前言（一）设计题目小型闭环温度控制系统（二）课题背景电子工程设计的任务是完成一套小型的温度测量与控制系统，其中包含有三个阶段。

本次实验为第一阶段内容，即完成直流稳压电源模块的设计与实现、传感器信号处理电路模块的设计与实现、控制信号驱动电路模块的设计与实现。

具体如下：（1）直流稳压电源模块：为其他模块供电，由变压器、整流桥和稳压管三大部分组成。

使市电交流电压变为所需要的低压交流电，交流电变为直流电，不稳定的直流电压经滤波后，变为定的直流电压输出。

输出+5V， +12，-12直流电压。

（2）传感器信号处理电路模块：即变送器部分。

将输入电流通过集成运放转化为输出0-5V电压信号（对应于0-100℃），并具有调零、调满度的电位器，以便进行温度校准，减小误差。

（3）控制信号驱动电路模块：即驱动器部分。

将D/A输出的电流经过放大，通过控制输出电压，达到控制温度的目的。

并使电路具有短路保护的功能。

本报告针对以上三个模块分别详细给出设计要求、方案选择与讨论、电路设计图及实物、原理分析、电路调试、数据计算及误差分析，完整反映了实验过程。

二、设计要求（一）设计任务电子工程设计课程选择“小型温度控制系统”作为具体设计题目。

需要完成非电量到电量信号转换、信号处理、数据采集、数据处理、人机交互、数据通信、控制等设计工作，几乎覆盖一般电子系统的所有设计环节。

完成上述设计工作涉及传感器、非电测量、模拟电子技术、数字电子技术、计算机原理、接口技术、程序设计、自动控制、通信等知识应用，具有广泛的知识涵盖面。

完成“小型温度控制系统”的设计，不需要特殊的电子元器件和专用仪器设备，作为一般的实践教学任务具有较好的可操作性。

（二）设计框架图系统的原理框图为：（三）参考元器件开关型稳压降压器LM2576T、稳压集成电路L7812、稳压集成电路L7912、桥式整流器DF06、运放OP07、三极管S9012、三极管S9013,功率三极管MJE2955T、功率三极管MJE3055T、其他电容、电阻、二极管等。

（四）设计要求本阶段要求设计电源电路，信号处理电路，功率放大电路等模块。

相关模块设计要求如下：1、电源模块交流输入：~9V、~14V×2直流输出：+5V/1A、±12V/0.5A安装：独立电路板结构2、信号处理模块测量温度：0℃ ~ 100℃输出电压：0V ~ 5V测量误差：满刻度1%（0.05V或1℃）负载阻抗：>30KΩ限制条件：0.7V ≤输出电压≤5.7V安装：独立电路板结构3、功率放大模块控制半导体制冷片的驱动电路实际上是一个电压增益为1的功率放大器，要求如下：输入电压：-10V ~ +10V输出电压：-10V ~ +10V电流输出能力：>3A输入阻抗：>1kΩ负载阻抗：3.5Ω负载驱动形式：共地安装：独立电路板结构（五）发挥部分在系统功能扩充基础上进行的发挥、创新能力培养。

三、设计原理（一）设计原理说明小型温度控制系统包含电源模块、测温系统、变送器、模数转换器、单片机、数模转换器、驱动器、控温系统。

各系统在单片机的控制下共同完成对温度控制。

本次实验要完成变送器、驱动器、电源模块。

（二）电源模块1、方案选择本模块有2种电路方案，分别为线性稳压电路和开关稳压电路。

方案图如下：采用线性稳压芯片LM7805（+5V ）,LM7812（+12V ）和LM7912（-12V ）。

由于交流供电电压低，输出功率较小。

从实现电路简单，低成本的角度考虑选择集成线性稳压电路方案。

2、原理分析 ○1综述 在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。

单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。

其方框图及各电路的输出电压波形如图所示。

○2电源电压器： 将市电交流电压变为所需要的低压交流电，电路图如图所示。

○3整流电路： 将交流电压转变为脉动的直流电压的过程。

利用具有单向导电性的二极管，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。

常见整流电路有两种：单相半波整流电路和单相桥式整流电路。

半波整流电路：桥式整流电路：整流原理：u 2正半周时,D 1、D 3导通，D 2、D 4截止，电流通路如图:u 2负半周时,D 2、D 4导通，D 1、D 3截止，电流通路如图:○4滤波电路： 滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

○5稳压电路：将不稳定的直流电压经滤波后，变为稳定的直流电压输出。

为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。

一般分为三种：稳压管稳压电路、线性稳压电路和开关型稳压电路。

稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只用来提供基准电压，不作为电源使用。

线性稳压电路结构简单、调节方便、电压稳定性好，纹波电压小，但发热量大、效率较低，适用于低压差、小功率场合。

开关型稳压电源是近年来发展较快的电路，它的体积小、发热量小、效率较高，适用于高压差、大功率场合，但纹波、噪声大，不适合精密的模拟电路。

（三）变送器模块1、方案选择测量温度这种非电物理量，需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上，这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。

这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。

温度变送器是一个具有较高精度和稳定度的直流放大器，变送器的线性化电路采用反馈方式。

对热电阻传感器，用正反馈方式校正，对热电偶传感器，用多段折线逼近法进行校正。

2、原理分析○1AD592特性：实验室为我们提供的是传感器AD592，其主要特征为：供电：+4V~+30V温度系数：1μA/K0℃输出：273.2μA工作温度：-25℃~+105℃非线性误差： 0.1~0.5℃重复误差：±0.1℃时飘：±0.1℃/月AD592输出量为随温度变化的电流，抗干扰能力强，信号调理电路容易实现。

AD592特性曲线如右图所示，当T = 0℃时，i1=273uA；T = 100℃时，i2=373uA，i2-i1=100uA。

○2电压转换电路特性由于需将AD592的输出与电压相对应，故应将电流转换为电压，图为电压转换电路及输出电压特性曲线，从图中可知,所以，经计算可得，当T = 0℃时，i1=273uA,Vo=0V;T = 100℃时，i1=373uA，Vo=5V。

（四）驱动器1、方案选择在实际的系统里，往往要求放大电路的末级输出一定的功率，以带动后面的负载。

驱动电路是一个功率放大器, 简称功放。

驱动电压为-9V ~ +9V ,驱动电流最大为3A,随着输出负电压的增加,制冷量增加,随着输出正电压的增加,制热量增加,从而以控制输出电压,达到控制温度的目的。

2、原理分析当ui>0时，T1导通，T2截止，iL=ie1; 当ui<0时，T2导通，T1截止，iL=ie2。

由于每个管子导通180°，故为乙类功放。

本电路设计中选择了9013、9012、MJE3055T、MJE2955T作为功放的放大管。

其中当输入电压为0~+9V 时，9013、MJE3055T导通，当输入电压为-9~0V 时，9012、MJE2955T导通。

之所以要选择复合管进行放大，主要是因为9013、9012的ICM=0.5A，而电路的输出电流最大会达到3A，此时，三极管必烧无疑。

而MJE3055T、MJE2955T作为大功率三极管，ICM=10A，完全不用担心电流过大烧掉管子的问题。

但由于功放的前一级为DA输出，其电流为10mA左右，若想最终放大到3A（即300倍），MJE3055T、MJE2955T的hFE=70又不能达到要求。

所以利用9013、9012的高hFE(=300)和MJE3055T、MJE2955T的高ICM=(10A)组成了最终的功放电路。

原理图中的二极管主要是为了避免交越失真。

四、系统调试（一）调试顺序说明本实验的调试采取分模块调试的方式进行，等到电源焊接完成后一个模块一个模块的调试。

各模块的调试互不影响，调试一个完成一个，有利于提高调试效率，是调试尽快完成。

（二）电源模块调试电源模块的调试相对简单，依照电路图焊好电路后，插在电路测试板上，打开电源，测量输出端的电压即可。

如果电路焊接没有问题的话，测量的输出端电压就应该满足要求。

即输出应为5V和12V电压。

电源模块调试步骤如下：（1）电源板焊接完毕，对照原理图认真检查一遍然后开始测试；（2）测试时，电源板负责交流电源输入的右插座与调试台标有~9V、~14V的插座连接，左插座悬空；（3）连接完毕后，打开调试台电源远离电源板1~2分钟，观察电路板有无异味或异常响动，如果一切正常可以开始进一步的测试；（4）用数字多用表按电源板左插座直流电源引出定义，检测+5V、+12V、-12V 输出。