2022年电饭锅温度控制器设计_电路图_PCB图 .pdf

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1、电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日1 / 18电饭锅温度控制器设计目录一、设计要求二设计作用、目的 . 2三设计的具体实现. 3 3.1 设计概述. 33.2 单元电路设计，仿真与分析. 63.3PCB 版电路制作 . 13 四心得体会.14五附录. 15 5.1 元件明细表. 15 5.2 电路原理图 . 16 六参考文献.17 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年

2、 6 月 30 日2 / 18一、设计要求(1) 自主设计电路，了解学习元件性能特性，设计参数，进行 MULTISIM 仿真并制作 PCB 电路板。(2) 主要设计电饭温温度控制器，实现电饭锅温度加热和保温过程受温度控制， 自动切换。 使电饭锅的温度稳定保持在 6570之间。(3) 开启阶段，电路温度较低，温控电阻较大，实现电路加热，三极管导通，红灯亮起。当加热温度达到103，加热停止，绿灯亮起，进入保温阶段。二设计的作用、目的模拟电子技术是自动化专业重要的专业基础课程。电子电路设计及制作课程设计是电子技术基础课程的实践性教学的重要环节。通过设计，仿真，制版等相关程序，帮助我们深入了解模电理论

3、知识，熟练掌握相关实践，对我们知识的学习和运用起到积极的作用。电饭煲等家用电器和我们的生活息息相关，温控系统在电饭煲加热和保温过程中都起到重要作用，了解其中的主要工作原理和相关元件性能的应用，制作MULTISIM 仿真图和 PCB 板子是此次设计的主要目的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日3 / 18温度控制器是电饭煲必不可少的部分，而且绝大多数是智能电脑控制系

4、统，能自动实现温度加热和保温过程，给人们生活带来方便。温控系统不仅应用于电饭煲之中，而且广泛应用于壁挂等加热设备中，是节能采暖综合体系中一个极为突出的最重要的环节。方便每天自动定时控制提前或延后开关调节电饭煲，免去人工操作，对上班一族日常生活十分必要。节能温控系统通过三极管导通与否控制双向晶闸管加热开关，从而控制热敏电阻，使电饭煲温度控制在6570之间，省去了不必要的加热过程，起到了节能的作用。安全性能良好的温度控制器可以随温度变化自动控制电路工作，不会出现加热过久导致失火等现在出现，在方便的同时使用安全放心。我们应该进行深入设计，研究。三设计的具体实现1概述本电饭煲温度控制器设计灵感主要来自

5、其他温度控制器的工作原理图和组成部件工作特性，经过仔细设计，组合和仿真之后成型的。电饭煲温度控制器主要由加热和保温两部分组成，总体设计目的就是要实现加热和保温过程自动切换和指示灯的交替开启，全部器件都是为之服务。电路主要由以下几部分器件组成： 220V 交流电压源，热敏电阻，电容， A741 集成运放，滑动电阻和若干普通电阻，晶闸管，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30

6、 日4 / 18LED 发光二极管，二极管和三极管等。电路的总体框图如图1 所示，它是由温度信号采取电路、温度信号处理电路、 控制温度电路、 显示电路四部分构成的。图 1 电饭锅温度控制总体框图图 2 加热电路首先，介绍加热过程工作原理。加热是温控的第一过程，主要器件有 220V 交流电压源，热敏电阻， A741 集成运放，三极管以及双向晶闸管等组成。第一，开启阶段电饭煲整体温度较低，由于热敏电阻工作特性（电阻值和温度变化成反比），知电阻值较高，使得 A741 集成运放的 3 管脚处于高电平，即（ 32） 。第温度采集信号温度信号处理电路控制温度电路显示电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎

7、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日5 / 18二，由于同向输入端输入，管脚6 处于高电平，通过电阻R6 的电流超过发光二极管LED2 的导通电压，使得三极管处于导通状态， 从而使双向晶闸管VTH2 出发温度上升，加热过程开启，LED2亮起红灯，指示加热过程正在进行。第三，三极管VT 集电极为低电平， VTH1 处于截止状态，阳极为高电平，VD1 也处于截止状态，所以 RP2 对感温电桥没有影响。加热

8、过程处于独立工作状态。图 3 保温电路其次，当温度高于103时，温控电路将开启保温模式，加热过程停止。第一，由于温度上升，导致热敏电阻阻值下降，集成运放 A741 管脚 2 电位高于管脚 3，管脚 6 处于低电平状态， 不足以使三极管VT 导通从而激发双向晶闸管加热。第二，三极管发射极处于高电位，所以晶闸管VTH1 处于高电位激励，产生反向触发，由于电流源阳极作用，晶闸管阳极也有触发，所以导致名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - -

9、 - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日6 / 18晶闸管导通，通过电阻R4，使得发光二极管LED1 指示绿光，温控电路处于保温工作状态。第三，随着温度变化，使热敏电阻阻值交替变化，从而控制集成运放以及三极管工作状态和管脚电位高低。控制温控电路加热与保温情况交替进行，实现温度控制。以上是电饭煲温控系统设计的总体思路和方案，大体介绍了电路主要部分的划分和组成，介绍了电路加热和保温等过程自动控制的工作原理。2. 单元电路设计，仿真与分析下面再具体介绍一下每部分电路的选择、设计及工作原理。首先，电桥电路（如图4）R1210kKey=A50%Rp110kKey=A50%R16.

10、8k R210k14C147nF63图 4 电桥电路由滑动变阻器 RP1,热敏电阻 R12 电阻 R1,R2.组成感温电桥。通过滑动变阻器使电桥达到平衡，对电路起保护和调节作用。电桥的主要作用就是将输入的交流量转化为直流电压。由于热敏电阻的特殊性，找到 10K 动变阻器替代，通过调节滑动条的阻值起到温度控制电阻变化，达到仿真的效果。其中R2 （10K）电阻主要起到开启电桥保险的作用。 Uo 为输出的直流电压。 我认为感温电桥中电阻 RP1 和电容 C1 起到的是温度补偿作用， 针对其他Uo 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

11、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日7 / 18对温度适应性不够的影响进行补偿，改善电路稳定性。R3100kU1UA741MJG324765125图 5 反馈回路其次，反馈电阻。反馈电阻 R3 阻值 100K，起到控制输出量，改变电路性质的作用。其他几处电阻主要起到限流和保护电路作用。电阻 RL 是模拟电饭煲装置，消耗功率。R3 越小，温度变化越大。反馈电阻R3 的参数计算：根据集成运放的放大倍数得：放大倍数 =(Rf+R1)/R1。得 R3=100K.第三，介绍集成

12、运放UA741 。UA741 分为输入级，偏执电路，中间级，输出级。八脚双列直插式组件，脚和脚为反相和同相输入端，脚为输出端，脚和脚为正、负电源端，脚和脚为调零端，脚之间可接入一只几十K 的电位器并将滑动触头接到负电源端。脚为空脚。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日8 / 18图 6 UA741 示意图考虑到 uA741性能完善，参数稳定（工作电压 22V,差分电

13、压 30V,输入电压 18V,允许功耗 500mW.） ，差模电压范围和共模电压范围宽 ,增益高 ,不需外加补偿 ,功耗低 ,负载能力强 ,有输出保护等特性。本实验选用它为核心器件。电饭锅温控器集成运放主要考虑2，3 管脚电位高低。 即 23时，6 管脚为低电平； 32 时，6 管脚为高电平。通过集成运放管脚电平不断的变化，控制电路电平高低变化，从而引导后续三极管，晶闸管等相应变化，调节电路加热和保温过程的自动切换，是电路的核心元件。第四，电路靠交流电压源供电，需要稳压管D3 提供稳定的工作电压。稳压管工作原理：反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时， 反向电流突

14、然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。稳压管主要性能参数包括：稳压电压（0.60.8） ，稳压电流 IZmin Iz IZmax，温度系数，动态电阻 Rz（Rz 越小，稳压性能越好），额定功率等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日9 / 18图 7 稳压管特

15、性曲线第五，电路图中用到晶闸管（单向，双向）。下面介绍一下晶闸管的工作原理和应用依据。晶闸管：是一种大功率的整流元件， 它的整流电压可以控制，当供给整流电路的交流电压一定时，输出电压能够均匀调节，单向晶闸管是一个四层三端的半导体器件。图 8 单向晶闸管结构示意图双向晶闸管：是 由 N-P-N-P-N 五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - -

16、 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日10 / 18晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。单向晶闸管的特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。图 9 双向晶闸管分析图由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通，是一种理想的交流开关器件。所以我们选择双向晶闸管作为电路加热和保温自动控制切换开关。单，双向晶闸管都具有触发特性。但是它们的触发控制特性有很大的不同，双向晶闸管无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲便可以双向导通。电饭煲温控电路的加热过程

17、就是依靠双向晶闸管的导通特性（开启电压 6V），当三极管集电极低电平时，双向晶闸管触发开始名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日11 / 18加热。当三极管集电极处于高电平时，则有晶闸管工作，阴极触发电压比较大， 使得 LED 发出绿光，进入保温状态。 两个晶闸管在电路中控制加热红灯亮起和保温状态下绿灯显示，起到自动控制过程中的指示作用。第六，温控电路主要依据两个发

18、光二极管（即LED 红，绿）显示工作状态，作为指示电路灯。 LED 也是半导体二极管的一种，把电能转化成光能，主要利用二极管的单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电子，在 PN结附近数微米内分别与N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光的二极管。 使用 LED 作指示电路时， 应该串接限流电阻， 该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED 所需工作电流来选择。发光二极管的压降一般为1.52.0 V ，其工作电流一般取

19、1020 mA 为宜。本次设计之所以选择LED 为发光元件，是因为LED 的一下几个特征：1，光效高， LED 灯改良之后达到50200 流明/瓦，且光的单色性好，光色窄，无需滤过直接看见可见光。十分符合本实验发光指示的需要。2，耗电量少， LED 单管功率为 0.030.06 瓦，采用直流驱动。耗电量是白炽灯的1/10. 更能帮助温控系统实现自动切换之余的节能功能 . 是良好的选择元件 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - -

20、- - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日12 / 183, 使用寿命长 , 最长使用寿命达到10 万小时 . 是普通灯管的十倍, 可承受很高的机械冲击和碰撞, 不宜破碎 , 稳定可靠 , 维护成本低 . 是电饭煲这种家用电器最好的选择. 4, 安全可靠 , 发热量低 , 无辐射 , 电压低 , 可以触摸 . 光色柔和 ,内部不存在有害成分 , 实现光与艺术的结合 . 第七, 我们来讨论一下电容和其他电阻对本设计的作用和我们选择的理由，电子制作中需要用到各种各样的电容。电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电，还有整流、振荡以及同交隔直等的作

21、用。本电路设计主要应用到电容的滤波和旁路的作用。不同的作用要求电容的存储能力也不同，本次设计主要选用四种不同的电容（0.047uf ，1uf，470uf ，470uf）。我认为， C4 为旁路电容，旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。在电饭煲温控电路中，加热电阻应使用比较小的阻值，因为要求加热功率较大，阻值越小，电流越大，有利于电路加热。具体阻值计算根据电路功率和单元电路其他元件选择而搭配。最后，向老师介绍我们仿真过程中的主要思想。主要元件依旧使用原理图中原配器件，少部分替换。生活中，电饭煲温控器主要应用金属弹片

22、控制加热和保温过程的切换，作为金属片制作程度触点。依据金属对温度的敏感度和热胀冷缩比不同的特性，用铜片和铁片做触片。铜片受热较易弯曲，接触导通进去加热状态。实验室中，利用热敏电阻替换（特性前文有介绍）。在MULTISIM 仿真中利用滑动变阻器替换仿真。改变了其中一个电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日13 / 18容值 C1，考虑应该使用较小的电容效果好。3.P

23、CB版电路制作印制电路版设计主要有六个步骤1 原理图的绘制与参数的精确计算2 网络表的生成与调入。3 确定好板形尺寸，板间结构及定位安装。4 PCB板的布局设计，并注意板上线的调配。5 PCB板的布线设计，关键信号线的画法及接地，铺洞处理。6 PCB的检查，评审和输出。图 10 PCB正面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日14 / 18图 11 PCB反面四心得

24、体会为期四周的课程设计终于接近尾声，四周的时间，同学们都受益匪浅，它是繁忙的，但更是充实的。这次经历，大家查阅了大量的资料也让大家收获良多。其实刚开始大家挺气馁的，线路图连出来了，可是仿真就是出不来。状态指示灯就是不亮。经过不断比较与讨论再由老师的指导终于发现在一些元器件参数选择上和电路连结上有点差错，最终还是把那仿真做出来让大家松了口气。模电课程的设计与讨论，最终结果还比较令人满意。经过这段课程设计的日子，我发现从刚开始的Multisim到现在的Protel ，不管是学习哪种软件，都给我留下了很深的印象。由于没有接触，开始学得很费力，但到后来就好了。在每次的课程设计中，遇到问题，最好的办法就

25、是问别人，因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。这一点我深有体会，在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就已遇到，向他们请教远比自己在那冥思苦想来得快。虽然最终 PCB 制版做出来了， 但这并不是我一个人做出来的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日15 / 18通过这次课程设计，我明白了一个团队精神的重要性。记得学

26、院一个书记说过，一个好的团队不会存在不好的成员。这次课设使我更加了解他们。路辉的执著和一丝不苟，思雨的态度和认真以及夏天的努力。因为从头到尾，都是大家集体出主意，来解决中间出现的各种问题。从原理图的最终敲定，到图形的仿真，到元器件的选择，到最后制版与调试，这都是大家分工合作的结果，正是因为大家配合得默契，每项工作都完成得很棒，衔接得很好，才使我们很快的完成了任务。尽管现在只是初步学会了温度控制器设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又多掌握了一门新的技术，收获总是令人快乐，不是吗。其实这次课设还存在着一些不足。热敏电阻的无法使用

27、是大家的一大遗憾。以及晶闸管的选择。总的来说，这次模电课程设计还是比较成功的。不仅锻炼了自己还学会了如何处理在设计过程中出现的问题的思维方式。加强了自己的实践能力，丰富自己的实践经历。同时也要非常感谢老师您的大力指导使我们做好这次课设. 五. 附录元器件明细表序号编号名称型号数量 1 V1交流电源220V 50HZ12 VTH1单向晶闸管2N15951 3 VTH2双向晶闸管2N54441 4 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11电阻6.8K?、10 K?、100 K?、3 K?、10 11 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

28、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日16 / 18K?、3 K?、10 K?、1 K?、 560 ?、360 ?、1 M?5 VL1、VL2发光二极管LED1 绿、LED2 红2 6 C1、C2、C3、C4电容47nF 1.0uF 470uF 470uF4 7 Rp1、Rp2、R12滑动变阻器4.7 K?、4.7 K?、10 K?3 8 D1、D3普通二极管1N4148、1N40012 9 D2稳压二极管1N5242B（12V）1

29、10 U1电压比较器UA7411 11 RL电阻1 K?1 总电路原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - 电饭锅温度控制器设计2010 年 6 月 30 日17 / 18六，参考文献1 童诗白，华成英主编 . 模拟电子技术基础 . M 北京：高等教育出版社， 2006年2 戴伏生主编 . 基础电子电路设计与实践 . M 北京： 国防工业出版社， 2002年3 谭博学主编 . 集成电路原理与应用 . M 北京：电

30、子工业出版社，2003年4 陈光明等主编 . 电子技术课程设计与综合实训. M 北京： 北京航空航天大学出版社， 2007年5 谢自美主编 . 电子线路设计 实验测试. M 武汉：华中科技大学出版社， 2006年6 华满清主编 . 电子技术实验与课程设计 . M 北京： 机械工业出版社， 2005年R16.8k?R210k?R3100k?R43k?R51k?R63k?R710k?R10360?RP24.7k?Key=A50%VTH22N5444VTH12N1595vt2N2219Rp14.7k?Key=A50%C147nFC21.0uF48R9560?R81k?1312U1UA741MJG32476516D11N41483VL1VL27510C3470uFC4470uFRL1k?R111M?9V1220 Vrms 50 Hz 0D31N4001111416R1210k?Key=A50%151D21N5242B2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -