基于proteus溫度控制電路設計與仿真

1、<p>　　基于PROTEUS的溫度控制電路設計與仿真</p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p><b>　　指導教師：</b></p><p>　　學號：130301240040</p><p><b>　　聯(lián)系方式：</b></p>

2、;<p><b>　　專業(yè)：機械電子工程</b></p><p>　　基于PROTEUS的溫度控制電路設計與仿真</p><p>　　關鍵詞：AD590 運算放大器 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、單片機至ARM7等不同電路，仿真和調試時，能夠很好地與Keil C51集成開發(fā)環(huán)境連接，仿真過程可從多個角度直接

4、觀察程序運行和電路工作的過程與結果，簡化了理論上程序設計驗證的過程。</p><p>　　由于Proteus仿真過程中硬件投入少、設計方便且與工程實踐最為接近等優(yōu)點，本文采用Proteus來設計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—℃ 轉換電路，控制溫度設定裝置、數(shù)字電壓表、放大器、

5、指示燈、繼電器和電感（加熱裝置）等構成。溫度傳感器的作用是將溫度信號轉換成電壓或電流信號，K—℃ 轉換電路將熱力學溫度轉換成攝氏溫度。放大器起到信號放大的作用，因為傳感器產生的信號很微弱。系統(tǒng)中有運算放大器組成的比較器來使傳感器產生的信號與設定的信號相比較，由比較器輸出電平來控制執(zhí)行機構工作，從而實現(xiàn)溫度的自動控制。</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，該器件可充當一個高阻抗、恒流調節(jié)器，調節(jié)系數(shù)為1.片內薄膜電阻經過激光調整，可用于校準器件，使該器件在298.2K（25℃）時輸出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補償。除溫度測量外，還可用于分立元件的溫度補償或校正、與絕對溫度成比例的偏置、流速測量、液位檢測以及風速測定等。AD590可以裸片形式提供，適合保護環(huán)境下的混合電路和快速溫度測量。AD590特別適合遠程檢測應用，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數(shù)百英尺。這種輸出特性還便于AD590實現(xiàn)多路復用。AD590的主要特性為：</p><p>

8、　?。?）流過器件的電流（）等于所處環(huán)境的熱力學溫度，即</p><p>　　式中，—流過AD590的電流，單位為，—熱力學溫度，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 單元電路設計與電路原理</p><p>　　3.1 溫度—電壓轉換電路</p><p>　　電路中，電壓跟隨器做緩沖級及隔離級。因為，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，就需要電壓跟隨器進行緩沖，起到承上啟下的作用。</p><p>　　3.2 K—℃ 轉換電路</p><p>　　因為AD590輸出的電流值對應熱力學溫度，而我們采用攝氏溫度來進行控制，所以要進行溫度轉換。</p><p><b>　　當和時，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系清晰表現(xiàn)出來，設計一個反相比例運算放大器，這里將放大倍數(shù)設計為十倍，用數(shù)字電壓表可以實現(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成，電壓比較器是對輸入信號進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輸入電壓的大小，當“+”輸入端電壓高于“-”輸入端時，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)，所以其中的集成運放工作在非線性區(qū)。從電路結構上看，運放常處于開環(huán)狀態(tài)，又是為了使比較器輸出狀態(tài)的轉換更加快速，以提高響應速度，一般在電

13、路中接入正反饋。</p><p>　　3.5 繼電器驅動電路</p><p>　　當被測溫度超過設定溫度值時，繼電器動作，使繼電器斷開，停止加熱；反之被測溫度低于設定溫度值時，繼電器閉合，進行加熱。NPN型晶體管VT作為開關管用來驅動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 仿真結果</b></p><p><b>　　0℃時仿真結果</b></p><p><b>　　20℃時仿真結果</b></p><p><b>　　49℃時仿真結果</b></p><p><b>　　50℃時仿真結果<

15、;/b></p><p><b>　　51℃時仿真結果</b></p><p><b>　　80℃時仿真結果</b></p><p><b>　　5 參考文獻</b></p><p>　　1、《水溫測量與控制電路的設計與仿真》，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<