北工大电子工程设计第一阶段电源+变送器+驱动.doc

1、 电子工程设计报告 题目：小型温度控制系统（第一阶段） 专业：电子科学与技术 小组： 第九 组 姓名 ：王丹阳 学号： 11023224 指导教师：孙慧平 完成日期： 2013.05.20 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 1 - 中文摘要 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三个实验内容 。 本实验通过对三个模块的理论设计与实际调试，逐步掌握了小型电子系统的 设计步骤与方法。 本报告针对以上三个模块分别详细给

2、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。 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 2 - 目录 1 设计题目及课题背景 . 4 1.1 设计题目 . 4 1.2 课题背景 . 4 2 设计技术指标及设计要求 . 4 2.1 设计任务 . 4 2.2 设计参考方案 . 5 2.3 设计要求 . 5 2.3.1 电源模块 . 5 2.3.2 信号处理模块 . 5 2.3.3 功率放大模块 . 5 2.4 发挥部分 . 6 2.5 参考元器件 . 6 3 设计框架及原理分析 . 6 3.1 设计原理说明 . 6 3.2

3、电源模块 . 6 3.2.1 方案选择 . 6 3.2.2 原理分析 . 7 3.3 变送器模块 . 10 3.3.1 方案选择 . 10 3.3.2 原理分析 . 11 3.4 驱动器 . 12 3.4.1 方案选择 . 12 3.4.2 原理分析 . 12 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 3 - 4 系统的调试及实物图 . 13 4.1 调试顺序说明 . 13 4.2 电源模块 . 13 4.2.1 电源模块调试 . 13 4.2.2 电源模块实物图 . 13 4.3 变送器模块 . 14 4.3.1 变送器模块调试 . 14 4.3.2 变送器模块实物图 . 14

4、4.4 驱动器模块 . 15 4.4.1 驱动器模块调试 . 15 4.4.2 驱动器模块实物图 . 15 5 出现的问题分析及解决 . 16 5.1 稳压电源电路板 . 16 5.2 变送器电路板 . 16 5.3 驱动电路板 . 17 6 数据与误差分析 . 17 6.1 稳压电源电路板 . 17 6.2 变送器模块电路板 . 17 6.3 驱动器模块电路板 . 18 7 附录 . 18 7.1 系统电路的工作原理图 . 18 7.2 元器件识别方法和检测方法 . 19 7.3 参考资料 . 20 8 收获和体会 . 20 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 4 - 一、

5、 设计题目及课题背景 1.1 设计题目 小型闭环温度控制系统 1.2 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

6、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、设计技术指标及设计要求 2.1 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

7、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。 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 5 - 2.2 设计参考方案 系统的原理框图为： 2.3 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： 2.3.1 电源模块 交流输入： 9V、 14V2 直流输出： +5V/1A、 12V

8、/0.5A 安装：独立电路板结构 2.3.2 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： 30K 限制条件： 0.7V 输出电压 5.7V 安装：独立电路板结构 2.3.3 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 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 6 - 输入阻抗： 1k 负载阻抗： 3.5 负载驱动形式：共地 安装：独立电路板结构 2.4 发挥部分 在系统

9、功能扩充基础上进行的发挥、创新能力培养。 2.5 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。 三 、 设计框架 及原理分析 3.1 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。 3.2 电源模块 3.2.1 方案选择 本模块

10、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： 整流滤波 电路 7805 7812 7912 +5V +12V -12V 9V 14V 14V 整流滤波 电路 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 7 - 线性稳压电路 开关稳压电路 优点 纹波、噪声小，实现 电路简单、成本低 效率高 缺点 效率低 纹波、噪声大，实现电 路复杂、成本高 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。 3.2.2 原理分析 1

11、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。 9V 14V 整流滤波电路 整流滤波电路 2575-5 Buck型 +5V +12V -12V 2575-12 Buck型 2575-12 Buck-Boost型 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 8 - 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

12、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： u2正半周时 ,D1、 D3导通， D2、 D4截止，电流通路如图 : 北京工业大学课程设计报告（ 小型温度控制系统 ） - 9 - u2负半周时 ,D2、 D4导通， D1、 D3截止，电流通路如图 : u20时 u20时 D1,D3导通 ； D2,D4截止 电流通路 :由 +经D1RLD3 - 2uuo 242 uuu DD D2,D4导通 ； D1,D3截止 电流通路 :由 +经D2RLD4 - 2uuo 231 uuu DD 输出是脉动的直流电压 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。