一、调温系统电路设计
1. 电流变换电路设计
1.1电流变换电路总原理图：
电流转换电路原理：
A1运放采用差动输入，其转换电压用电阻R1两端接电流环两端，阻
这样输入电流4mA 对应电压为2V。阻值用500 欧姆。可有两只1K 电阻并联实现，输入电流20mA对应电压10V。A1设计增益为1,对应输出电压为-2V~-10V.故要求电阻R2,R3,R4 和R5+RW阻值相等。选R2=R3=R4=10K,选R5=9.1K,RW1=2K,RW1用于调整电阻元件不对称造成的误差，使输出电压对应在-2V~-10V,变化范围8V.而最终电压输出应为-10V~10V.变化范围是20 V。故要求A2 级增益为2.5倍。此时要求A2 输出为0V,又输出电流为12mA时A1输出电压为-6V,反相输入端加入一个+6V 的直流电压，增益为运放采用反向加法器，增益为2.5倍R6=R7= 10K,R9=22K,RW2=5K,R8=R6ll R7 Il R9=4K.取标称 值R8=3.9K。反相加法器引入电压6V,通过稳压管经电阻分压取得，稳压管可选电压管介于6~8V 间的系列，取6.2V.工作电流定在5mA 左右。电位器电流控制在1~2 mAIrw3=6.2/2=3.1,R10=12V-V2/I2+IRW3=0.71K.取标称值R10=680欧姆，式中12V为电路工作电压。RW2 用于设置改变增益或变换得斜率(4毫安对应-10V,20 毫安对应+20V)调整RW2 使变换电路输出改变满足设计要求。:
1.2电流变换电路各个组成电路：
设计流程框图
（1）输入电路
第一级增益为1的差动输入电路，第二级增益为2.5的电路。
由于要把4mA~20mA 的电流转换成电压，所以要提供电流源。可以用制作的直流源与一电位器串联，通过调节电位器从而达到所需的电流。所I=U. R,当I=4mA 时，R=U I=12V,4mA=3000Q2; 当I=20mA 时R=12V /20mA=600Q.以只要调节电位器的阻值在6002*~30002 之间就可以达到电流4mA~20mA。选择电位器R7为10K的电位器,R1=500Q 可由二只1KQ 电阻并联实现。这样输入电流4mA对应电压2V,输入电流20mA 对应电压10V。Ai 设计增益为1,对应输出电压为-2V~-10V.第二级的计算:因为第一级电压变化范围为-2- (-10) =8V.而最终输出应为-10V~+10V,变化范围10V(-10V)=20V,故A2 级增益为20V/8V=2.5 倍，又输入电流为]12mA 时，Ai输出电压为-12mAx0.5mA=6V.此时要求A2输出为OV。故在A2反相输入端加入一个+6V 的直流电压，使A2输出为0。A2运放采用反相加法器，增益为2.5倍。取R3=10K,R4=10K,R6=25K(可以用100K的电位器进行调节，所以选择100K 的电位器反相加法器引入电压为6V,可以用一电位器与12V 的电源串联分压，从而达到所需的6V.Rs=R6 /R3/ /R4=10KQ。
（2）电源变压器
电源变压器是一种软磁电磁元件，功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离。
（3）整流电路
桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。
( 4 )滤波电路
滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。
电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。
滤波电路输出电压波形如下:
( 5 )稳压电路
我们知道，三端式稳压器由启动电路、基准电E电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。调成管决定输出电压值。我们选用7812 和7912 的三端稳压管。
2. 加热电路设计
针对不同的加热方式及加热结构，在加热模块上采取适当的方式对加热电路实施智能控制，使加热源可以自动根据环境条件的不同对被加热元器件进行加
热启动或加热终止。当元器件温度低于规定的启动温度时，加热电路开关闭合，对元器件实施加热，当加热到预定的温度后，传感器发出信号，触发相应电路开关切断加热电源，终止加热。当元器件温度低于规定的启动温度时，控制电路开关处于闭合状态，外部直流供电电压直接为电阻加热膜供电,待加热元器件表面温度逐渐升高，温度传感器将感知到的温度信号转化为电压信号，与控制电路部分的比较器设置的基准电压进行比较此较器设定启动温度对应的电压为基准电压)。当温度传感器感知到的温度值高于启动温度时，感应电压大于基准电压，比较器发出控制信号，光电耦合器触发控制电路开关断开，电阻加热膜停止供电,待加热元器件表面温度逐渐降低，当温度传感器感知到的温度值低于启动温度时，感应电压小于基准电压，比较器发出控制信号，光电耦合器触发控制电路开关闭合,电阻加热膜重新开始为元器件表面加热。如此往复，实现低温加热电路的智能控制。一般情况下，给器件设定的启动温度往往要大于器件的最低启动温度，以提高器件的可靠性和寿命。根据工程实际经验，考虑到温度继电器启动温度的误差等相关因素的影响，建议设定的温度继电器启动温度大于器件的启动温度5 C~ 10 C。
3. 感温电阻器设计
热敏电阻器是电阻值对温度极为敏感的一种电阻器，也叫半导体热敏电阻器。它可由单晶、多晶以及玻璃、塑料等半导体材料制成。这种电阻器具有一系列特殊的电性能，最基本的特性是其阻值随温度的变化有极为显著的变化，以及伏安曲线呈非线性。电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在工作温度范围内,电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电电阻器阻器。图中为四种常见的热敏电阻器的电阻-温度特性曲线。曲线 1是金属热敏电阻器。它的电阻值随温度上升而线性增加,电阻温度系数为+0.004K-1左右。曲线2是普通负温度系数热敏电阻器。它的电阻值随温度上升而呈指数减小，室温下的电阻温度系数为-0.02K-1~-0.06K-1。曲线3是临界热敏电阻器(CTR)。它的电阻值在某一特定温度附近随温度上升而急剧减小，变化量达到2~4个数量级。曲线4A和4B是钛酸钡系正温度系数热敏电阻器。前者为缓变型，室温下的电阻温度系数在+0.03~+0.08K-1之间;后者为开关型，在某一较小温度区间，电阻值急增几个数量级，电阻温度系数可达+0.10~+0.60K-1。
4. 温度传感器和放大电路的设计
极电压是由RB1和RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻RE和电容CE，CE 称交流旁路电容，对交流是短路的; RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是 指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2 上电压和RE 上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高。
放大电路
5. 比较电路的设计
比较器是通过比较两个输入端的电流或电压的大小，在输出端输出不同电压结果的电子元件。比较器常被用于模数转换电路中。电路只有一个阈值电压，输入电压增大或减小过程中，当经过时，输出电压会产生跳变，由高电平变成低电平或者由低电平变成高电平。电路有两个阈值电压，当有小变大过程中，对应的会有一个阈值电压，其电压数值不等于输入电压有大变小过程中对应得阈值电压，电路具有滞回特性。其与一般单限比较器的区别在于当输入电压单向变化时，输出电压只跳变一次。电路具有两个阈值电压，当输入电压从小到大或从大到小变化时，电路的输出电压跳变两次。综上所述：一般单限比较器虽然灵敏，但是没有较强的抗干扰能力。当输入电压在它的阈值电压附近时，任何微小的电压变化都会引起它的跳变。而窗口比较器也会受到干扰，因此，为了防止出现局部温度过高或者过低而引起的电路持续加热或不加热的额情况，我们选择滞回比较器。当为高电平时，且高电平电压高出时，输出为为低电平，且在此过程中，的电压只跳变一次；同理当为低电平时，且低电平电压低于时，输出为高电平，且在此期间，只跳变一次。因此滞回比较器能够抗干扰。
二、各元器件参数值的原理及计算结果
副边电压U2结果：U2+=14.9V U2-=-15V;
滤波输出电压，结果：Uo+=17.8V Uo-=-17.9V;
稳压管输入电压，结果：Uo+=17.8V Uo-=-17.9V
稳压管输出电压，结果：Uo+=11.8V Uo-=-11.9V
理论值：
变压器的副边电压： U2+=+15V U2-=-15V
滤波输出电压： Uo+=+18V Uo-=-18V
稳压输入电压： Uo+=+18V Uo-=-18V
稳压后输出电压： Uo+=+12V Uo-=-12V
变压器副边： η1=|14.9-15|/15×100%=0.667%
滤波输出（稳压输入）：η2＝|17.8-18|/18×100%=1.11%
η3＝|-17.9+18|/18×100%=0.56%
稳压电压：
η4=|11.8-12|/12×100%=1.58%
η5=|-11.9+12|/12×100%=0.56%
根据变压器铁芯的截面积我们可以算出每幅电压对应的匝数
=6
那么变压器一二次侧绕组的匝数分别等于
=×220=1320匝
=×19.8119匝
耦合系数K==0.09
放大电路我们使用电桥读取铂电阻的输出信号TL431电路部分为供桥电压产生电路,由于供桥电源的变化几乎是一比一的反映到电桥电压输出,所以供桥电源的稳定与否直接影响到温度采样的精度。当系统有一精度足够的+10V电源时,TL431电路部分可以省略。电桥部分桥上臂电阻选22KΩ,右下臂电阻选100Ω,电桥输出电压为：
假设系统温度变化范围为0-120℃,则根据（1）式得电桥输出电压范围约为：0-20mV。信号放大部分属于 放 大 ,前面我们已经知道电桥的输出电压为0-20 mV,而A/D转换的输进电压为-5V-+5V,我们选用单极性输进+3V,这样可以确定放大器的增益为150倍（3V/20 Mv）。放大器的极数与单极放大器的带宽增益有关,由于铁块控制系统中丈量速度不是主要的,也就是说带宽题目不予考虑,假如我们选用带宽增益积较大的芯片,则使用单极放大就足够了。在这里我们选用差分式斩波稳零高精度运算放大器ICL7650。一级放大接成双端差分输进,单端输出形式。放大器接成T型反馈网络,则放大器的放大倍数为：
在应用时,各元件阻值可按照上图中选取,实际放大倍数应该根据系统需要通过微调Rv2得到。A/D转换芯片选择首先取决于控制系统对分辨率的要求,在本系统中要求达到控制温度范围为20~100摄氏度,控制精度为0.25摄氏度,则分辨率为：100/0.25=400。
三、电气原理图
四、说明书
使用方法和注意事项：在使用调温系统时，用滑动变阻器近似代替热敏电阻来调控温度变化，在热敏电阻随着温度的下降而阻值升高的过程中，通过差分比例放大电路的两个输入电压会产生电位差并对这个电压进行放大，放大倍数约为十倍左右，此电压为负的，通过滞回比较电路，由于此电位差小于阈值电压，从比较电路输出的电压为正的，从而使红色的LED灯正向导通，红色的LED灯发光，同时电磁继电器导通，开关闭合。在热敏电阻随着温度的上升而阻值下降过程中，通过差分比例放大电路的两个输入电压会产生电位差并对这个电压进行放大，此时电压为正的，通过滞回比较电路，由于电压大于阈值电压，从比较电路中输出的电压为负的，从而使绿色的LED灯正向导通，绿的LED灯发光，电磁继电器不导通。
使用范围：加热温度0~800度范围
设计总结：（要重点写出在专业意识、职业技术技能、思想素质等方面的提高）
在进行此次课程设计的时候，我觉得调温系统很贴近生活，比如浴室里用的热水调节器或冰箱就会利用到调温系统。在进行课程设计之前，我学的都是专业基础知识，并没有上升到实践设计。这次课程设计给我一个很好的机会去锻炼学习。比如在设计电流变换电路时，应用MATLAB进行设计整流滤波电路时，在最后仿真计算中出现了问题。经过几番检查归算，检查处理了电容数值问题，在经过这次仿真调温系统，我可以对参数进行任意设置，去观察他的变化特点。非常方便有趣。
在这次课设中我虽然遇到了很多困难，但经过请教同学和查阅资料终于克服。我感到我对电力电子对生活中的应用又有了新的理解与进步。对今后无论是学习电气相关课程和设计中都有很大的帮助。
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