温控器设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流温控器设计.精品文档.郑 州 轻 工 业 学 院校 外 实 习 报 告实习名称： 温控器设计 姓 名： 院 （系）： 电气信息工程学院 专业班级： 电子信息工程08-1 学 号： 指导教师： 胡智宏 江泳 主要实习单位： 郑州轻工业学院 成 绩： 时间： 2011 年 11 月 21 日至 2011 年 12 月 4 日实习成绩评定表实 习 单 位实习单位指导技术人员评语签名成绩指导教师评语总成绩：目 录1 需求分析11.1 功能需求11.2 环境需求11.3可行性需求分析。22 方案22.1 产品定位22.1.1 系统级设计22.1.2 电

2、路板级设计22.1.3 企业采购32.2 电路模块化32.3 项目预期32.4 制定测试方案33 设计33.1器件选定33.2整体合作43.3 软件需求43.3.1 产品稳定43.3.2 风险考虑44 指标，参数44.1 测试5电子产品开发流程1 需求分析商务部根据市场或顾客的产品开发需求信息，积极通过各种联系渠道做好市场调研，需求分析是新产品的开发最开始也是最重要的一环，产品工作的成功与否很大程度都与之前的需求分析有关，以下是详细分析。1.1 功能需求产品所需要完成的功能应该是产品开发最主要的需求，具体需要达到什么精度，还有市场和顾客的要求，以及同类产品已经所具有的功能，要想产品拥有市场就应

3、该不仅满足市场和顾客的需求，还要具有自己的特点，这就是功能需求的重要性。1.2 环境需求中国南方高温多雨，北方冬季严寒干燥，而不同的电子器件的工作环境也不用，因此对环境的调研，显得十分重要，比如能够在南方40,50工作的电子器件在北方-20或许就会无法工作。还有就是厂房的工作环境，电子产品在工业生产的应用必不可少，但是不同产业的厂房的环境也大不相同，有的高温，有的多湿等等，只有把这些调查的准确，才可以设计出能够正常工作的电子产品。1.3可行性需求分析。一般可行性主要考虑两个方面的因素：技术和人。技术方面主要是分析在给定的时间段内是否可实现所需的功能并满足产品的质量要求等相关指标。人的方面主要考

4、虑目标用户是否具有相应的素质和能力。还有就是要分析市场机会和战略可行性上，主要通过快速收集一些市场和技术信息，使用较低的成本和较短的时间对技术/市场/财务/制造/知识产权等方面的可行性进行分析，并且评估市场的规模、市场的潜力、和可能的市场接受度，并开始塑造产品概念。2 方案制定一个完备的方案可以让电子产品的开发变得有条不紊，不同的方案或许最终的产品一样，但过程中耗费人力与物力却大不相同。2.1 产品定位市场需求的满足或适应，是以产品的功能来体现的。产品功能与产品设计是因果关系，但又不完全相同。产品功能原理方案的好坏决定着产品性能和成本，关系到产品水平及竞争能力，所以产品定位是这一设计阶段的关键

5、。2.1.1 系统级设计如果我们将一块集成电路芯片看做是一座在硅片上等待兴建的城市的话，系统级设计所要负责的就是按照我们预定的要求来规划城市由哪些部分组成，确定每个部分所要完成的功能是什么，与此同时，最重要的是规定每个部分之间该通过怎样的方式来进行联系。2.1.2 电路板级设计“EE Times 2006 EDA用户调查” 结果显示，去年还属于主流的二层和四层PCB今天已经让位给更加复杂的设计。在北美，今年PCB设计的平均层数达到了七层，较去年增多了一层。而来自北美的参与者中有四分之一表示，正在进行十层左右的PCB设计。 图2：调查表明：相比于其它地域，亚洲的系统级设计更为复杂，采用了更多的P

6、CB、FPGA和ASIC。不过，全球很多地域的系统中都采用了多PCB，多FPGA以及多ASIC，系统中的平均PCB数量超过了ASIC和FPGA的数目，一块优秀的产品电路板级设计更加必要。2.1.3 企业采购不同企业的采购部门的能力不同，同样一个器件，拥有良好的供应商和谈判技巧的公司可以更低的价格购得，这就造成了成本的差距，所以对市场的充分了解和良好的货源很重要。2.2 电路模块化简化设计过程 将复杂的电路分解成可重复利用的模块，对模块进行独立的测试。提高电路设计质量；实现团队协同设计 将大的电路划分为较小的模块，各个部分的设计者可以根据策划，并行原理图设计、PCB的布局布线设计。最后整合到一个

7、PCB上。缩短单板的设计周期；便于设计的重利用 模块化的电路，其原理图和PCB可以方便地用于其它设计中，不仅省时，同时可以避免重新设计可能引入的差错；模块化电路设计，不仅可以对模块直接利用，还可以很方便的对模块部分进行修改利用，如更换器件、改变连线关系。模块电路可以嵌套。2.3 项目预期找到相关的国家标准，没有国家标准，就找到同类产品的标准参数，设定预期要达到的目标，这样可以让设计少走很多弯路。2.4 制定测试方案测得的方案应该以需求为主，产品所要满足什么样的需求，就要有相应的测试，但并不是每一项都要测试。3 设计设计是既所有准备工作之后的实干环节也是实现环节。3.1器件选定器件的选定与材料的

8、选定基本相同，但这里想强调的是最好选择本公司成熟的产品，这样免去了对产品的不了解和再选择。3.2整体合作设计不是一个人可以完成的，一个好的合作团队的合理有效分工将成为器件早日上市场的重要标准。3.3 软件需求3.3.1 产品稳定稳定的产品是产品质量的重要标准之一，高品质的产品就需要在设计过程中抱有严谨的设计态度。3.3.2 风险考虑项目风险识别的主要依据包括：项目规划、风险管理计划、风险种类、历史资料、制约因素和假设条件。(1)项目规划。项目风险识别的基础依据就是项目规划，而其中的项目目的、任务、范围、进度、预算、资源规划、采购等都是项目风险识别的依据。(2)风险管理计划。风险管理计划是规定了

9、如何进行项目风险管理，它是针对整个项目(产品)生命周期制定的，定义了项目组织及成员风险管理的行动方案及方式，指导项目组织选择风险管理方法。(3)风险种类。风险种类是指那些可能对项目产生正面或负面影响的风险源。一般的风险类型有计划控制风险、成本管控风险，系统作业管控风险、质量风险、技术风险、组织风险、过程风险、管理风险、市场风险及法律法规变更风险等。(4)制约因素和假设条件。无论是项目建议书、可行性研究报告、设计等项目计划，还是规划性文件一般都是基于若干假设、前提条件下估计或预测出来的。这些假设和前提在实际项目实施期间可能成立，也可能不成立。因此，项目的前提和假设之中隐藏着风险。整个项目过程一定

10、是在某个特定的环境之中，且同时受到内外部各种因素的制约，而其中国家的法律、法规和规章等因素是项目活动主体无法控制的，这些都构成了项目的制约因素，这些制约因素也是隐藏着一定的风险。4 指标，参数使用寿命 10年，全国销售，EMC等等的产品指标与参数是产品安全的必要保证，而且根据需求制定相应的指标与参数，来满足市场和客户的要求。4.1 测试据欧盟、美国及亚太区等不同国家或地区的标准 / 法则为电器及电子产品提供全面的测试及认证服务；主要服务包括电器安全测试、环境测试、电器与电子设备中限制使用若干有害物质指令(RoHS)的测试、USB、加州能源效益及电磁波兼容测试等。目录1 温度控制12 温箱冷却方

11、式22.1对流换热22.2辐射换热23 温度控制区间34 运行环境35 供电36 精度57 可设定温度58 显示59 超限警告5温控器任务解读1 温度控制温度测量多选用热敏电阻，热敏电阻的阻值随温度的变化反映在电阻电压的变化，通过对电压信号的采集，可以反推出所测的温度。因此，需要有AD模块对模拟电压信号进行采集。温控器温度控制基本流程如下：2 温箱冷却方式本次设计采用自然冷却方式，设温箱给温箱壁的热量为Q1，则dQ1=h1l1(t2-t1)dx 式中h1为温箱内壁的换热系数W/（m2.k）；l1为温箱内壁散热周长，m；dx为单元段长度，m。温箱与外界通过对流和辐射发散到空气中的热量：dQ2=h

12、2l2(t2-t3)dx 式中h2为空气与温箱外壁的换热系数（包括对流换热和辐射换热），W/（m2.k）,l2为温箱外壁周长，m。根据能量守恒定律dQ1=dQ2=Q2.1对流换热自然对流时，在2x10 G rlxl0 的情况下，可用以下准则方程描述Nu=0135(GrPr) (2x10 G rlxl0 )其定性温度为平均边界层温度，定性温度=12(空气温度+外壁面温度)。式中Nu为努塞尔数。Nu=h21dh/其中h21为温箱与空气的对流换热系数，W/（m2.k）。2.2辐射换热根据斯忒藩玻耳兹曼定律嘲得q=(273+t+3)4 -(273+t)4式中 q为单位面积通过辐射散出的热量，Wm2：为

13、常数，567x10-8；为黑度，095；t为环境温度，。由于辐射散热量与对流散热量之和等于总的散热量，所以Q=qAd +qAf式中Ad为对流散热面积，m2；Af为辐射散热面积，m2；3 温度控制区间温度目标区间为60100。用单片机控制温度，单片机从P1口接收数据，储存在变量X中，然后计算当前温度。计算方法如下：U=X/28Vt/k（1） I=(Vcc-Uin)（2）Rth=Uin/I（3） T=（Rth-R0）/（4）式中（1）（4）中，28表示采用8位AD转换，Vt表示AD转换的参考电压；K是热敏电阻的电压放大倍数；Uin是热敏电阻的电压；R是和热敏电阻串联的固定电阻；I是温度传感回路的电

14、流；Rth表示热敏电阻的阻值；R0问为热敏电阻在0时的电阻值；是温度系数，表示热敏电阻阻值随温度的变化关；T是当前温度。4 运行环境常温5 供电AC220，由于各地情况不同，所要电网电压大不相同，即使在同一个地区，不同时间的电压也不同，为了得到稳定的220V电压，加一个稳压。7805是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,用的最多的还是lm7805,下面我简单的介绍一下他的3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。

15、串接一个5.1欧姆2W的大功率电阻，给稳压管分功率，防止稳压管过热其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压了，下面介绍一个简单的7805电路如果副边是18V，则C11000u35V上图中R1用220，R2用680的这个是用来调节输出电压的。输出电压公式UoUxx(1+R2/R1)，此稳压电路可在512V稳压范围内实现输出电压连续可调节。此三端集成稳压集成电路lm7805最大输入电压为35V，输入输出差需保持2V以上，这样该电路中因为稳压器的直流输入电压是正14V，故该稳压电路的最大输出电压为正12V。此电路的精度一般可达到0.04以上，用lm7805

16、就能满足一般需求了6 精度+5-5V，由于8为AD转换器的分辨力为2，所以不需要再加设计开追求更高的控制精度。7 可设定温度采用按键式设计来满足温度的设定,可以采用单片机的标准键盘来实现。8 显示采用LED数码管来显示，6位共阳极数码管采用扫描式工作，其8个数据为接单片机P0口，每一个P0口的I/O都可以吸收8个TTL逻辑器件的输入漏电流。算下来能驱动约10mA，能驱动数码管的8个数据阴极。9 超限警告当温箱温度将要超过100需要停止加热并报警，当温箱温度低于60时，加热启动并报警。目 录1 引言12 温度测试方式22.1 热敏电阻22.1.1 PTC热敏电阻22.1.2 NTC热敏电阻22.

17、1.3 CTR热敏电阻32.1.4 主要缺点32.2 热电偶32.2.1优点32.2.2缺点42.2.3 热电偶测量的难点42.3 半导体热敏原件52.3.1 应用52.4 集成一体化温度传感器52.4.1 DS1820的特性62.4.2 DS1820引脚及功能62.4.3 DS1820的工作原理72.4.4 DS1820温度检测系统原理83. 控制加热方式93.1.1 继电器控制93.1.2固态继电器93.1.3优缺点93.1.4固态继电器原理103.2 连续调节123.2.1 可调电源调节123.2.2 可控硅调节124.显示134.1 LED134.1.1 LED优点134.2 LCD1

18、55 设定方式155.1 自定义键盘156. 报警16温控器设计需求1 引言PID控制温控器(英：Thermostat 日：)是集成编程器与软件并实现智能化控制温度的开关，可以自由调节室内温度，并能按用户要求设定各种时间段的开关和各种预设好的模式下自动运行调节室温；使之达到舒适的温度。真正达到方便、节能、舒适温暖的理想生活环境.适用于中央空调、单户取暖、地暖及各种燃油、燃气锅炉（壁挂炉）等设备的使用,是理想的温度控制产品及节能产品。2 温度测试方式2.1 热敏电阻热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点

19、是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。2.1.1 PTC热敏电阻PTC（Positive Temperature CoeffiCient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料，可专门用作恒定温度传感器。实验表明，在工作温度范围内，PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示：RT=RT0 expBp（T-T0）式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值，Bp为该种材料的材料常数2.1.2 NTC热敏电阻NTC（Negativ

20、e Temperature CoeffiCient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷，具有负的温度系数，电阻值可近似表示为：Rt = RT *EXP(Bn*(1/T-1/T0) 式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值，Bn为材料常数2.1.3 CTR热敏电阻临界温度热敏电阻CTR（Critical Temperature Resistor）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数2.1.4 主要缺点阻值与温度的关系非线性严重；元件的一致性差，互换性差；元件易

21、老化，稳定性较差；除特殊高温热敏电阻外，绝大多数热敏电阻仅适合0150范围，使用时必须注意。因此不选用2.2 热电偶热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点 热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长，它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关，与热电极的长度、直径无关。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表,记录仪表和电子调节器

22、配套使用。2.2.1优点温度范围广：从低温到喷气引擎废气，热电偶适用于大多数实际的温度范围。热电偶测量温度范围在200C至+2500C之间, 具体取决于所使用的金属线。坚固耐用：热电偶属于耐用器件，抗冲击振动性好，适合于危险恶劣的环境。响应快：因为它们体积小，热容量低，热电偶对温度变化响应快，尤其在感应接合点裸露时。它们可在数百毫秒内对温度变化作出响应。无自发热：由于热电偶不需要激励电源，因此不易自发热，其本身是安全的。2.2.2缺点信号调理复杂：将热电偶电压转换成可用的温度读数必需进行大量的信号调理。一直以来，信号调理耗费大量设计时间，处理不当就会引入误差，导致精度降低。精度低：除了由于金属

23、特性导致的热电偶内部固有不精确性外，热电偶测量精度只能达到参考接合点温度的测量精度，一般在1C至2C内。易受腐蚀：因为热电偶由两种不同的金属所组成，在一些工况下，随时间而腐蚀可能会降低精度。因此，它们可能需要保护；且保养维护必不可少。抗噪性差：当测量毫伏级信号变化时，杂散电场和磁场产生的噪声可能会引起问题。绞合的热电偶线对可能大幅降低磁场耦合。使用屏蔽电缆或在金属导管内走线和防护可降低电场耦合。测量器件应当提供硬件或软件方式的信号过滤，有力抑制工频频率（50 Hz/60 Hz）及其谐波。2.2.3 热电偶测量的难点将热电偶产生的电压变换成精确的温度读数并不是件轻松的事情，原因很多：电压信号太弱

24、，温度电压关系呈非线性，需要参考接合点补偿，且热电偶可能引起接地问题。让我们逐一分析这些问题。电压信号太弱：最常见的热电偶类型有J、K和T型。在室温下，其电压变化幅度分别为52 V/C、41 V/C和41 V/C。其它较少见的类型温度电压变化幅度甚至更小。这种微弱的信号在模数转换前需要较高的增益级。表1比较了各种热电偶类型的灵敏度。因为电压信号微弱，信号调理电路一般需要约100左右的增益，这是相当简单的信号调理。更棘手的事情是如何识别实际信号和热电偶引线上的拾取噪声。热电偶引线较长，经常穿过电气噪声密集环境。引线上的噪声可轻松淹没微小的热电偶信号。因此不适合2.3 半导体热敏原件热敏电阻器是用

25、对温度敏感的半导体材料制成的。它的阻值随温度变化有比较明显的改变。温度升高电阻值增大，称为正温度系数；温度升高而电阻值减小称负温度系数。热敏电阻具有正、负温度系数两种类型。两种类型各有不同应用场合。热敏电阻的电阻体是用半导体粉料挤压烧结而成，外形有片状、杆状及垫圈状等多种例如：AD590的测温范围为-55+150。电源电压范围为4V30V，电源电压可以在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1，Ad590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因此器件反接也不会被损坏。输出电阻为710MW，精度高，AD590共有I，J，K，L，M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性

26、误差为+-0.3。2.3.1 应用由于AD590精度高，价格低，不需要辅助电源，线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。因此也不太适合。2.4 集成一体化温度传感器集成一体化温度传感器是以晶体管作为感温元件，并将文敏晶体管及辅助电路集成在同一芯片上。单个晶体管基极发射极之间的电压在恒定集电极电流的条件下，可以认为与温度呈单值线性关系，但仍存在非线性偏差，温度范围越大，引起的非线性误差越大。集成温度传感器按输出信号可分为电压型和电路型两种。电压型温度系数约为10没V/，电路型温度系数约为1uA/。这样很容易从输出信号的大小换算成绝对温度而且其输出电压或电流与绝对温度成线性关系。美国DALLAS公司

27、生产的单总线数字温度传感器DS1820，可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列号，所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息，仅需要一根口线（单总线接口）。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。 2.4.1 DS1820的特性单线接口：仅需一根口线与MCU连接；无需外围元件；由总线提供电源；测温范围为-55125，精度为0.5；九位温度读数；A/D变换时间为200ms；用户

28、可以任意设置温度上、下限报警值，且能够识别具体报警传感器。本次设计选用DS1820.2.4.2 DS1820引脚及功能GND：地； VDD：电源电压I/O：数据输入输出脚(单线接口，可作寄生供电)DS182012345678I/OGNDNCNCNCNCVDDNCDS 1820123GNDI/OVDD(b) SOIC封装(a) PR35封装 2.4.3 DS1820的工作原理存储器控制逻辑64bitROM和单线接口电源检测温度传感器高温触发器低温触发器8位CRC触发器存储器图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式R

29、AM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号f。当计数门打开时，DS1820对f0计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。一般情况下的温度值应为9位（符号点1位），但因符号位扩展成高8位，故以16位补码形式读出，表3.4-1给出了DS1820温度和数字量的对应关系。2.4.4 DS1820温度检测系统原理 由于单线数字温度传感器DS1820具有在

30、一条总线上可同时挂接多片的显著特点，可同时测量多点的温度，而且DS1820的连接线可以很长，抗干扰能力强，便于远距离测量，因而得到了广泛应用。 温度检测系统原理图如图所示，采用寄生电源供电方式。为保证在有效的DS1820时钟周期内，提供足够的电流，我们用一个MOSFET管和89C51的一个I/O口（P1.0）来完成对DS1820总线的上拉。当DS1820处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10s。采用寄生电源供电方式时VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，为了操作方便我们用89C51的P1.1口作发送口Tx，P1.2口作接

31、收口Rx。通过试验我们发现此种方法可挂接DS1820数十片，距离可达到米，而用一个口时仅能挂接10片DS1820，距离仅为20米。同时，由于读写在操作上是分开的，故不存在信号竞争问题。DS1820采用了一种单线总线系统，即可用一根线连接主从器件，DS1820作为从属器件，主控器件一般为微处理器。单线总线仅由一根线组成，与总线相连的器件应具有漏极开路或三态输出，以保证有足够负载能力驱动该总线。DS1820的I/O端是开漏输出的，单线总线要求加一只5k左右的上拉电阻。应特别注意：当总线上DS1820挂接得比较多时，就要减小上拉电阻的阻值，否则总线拉不成高电平，读出的数据全是0。在测试时，上拉电阻可

32、以换成一个电位器，通过调整电位器可以使读出的数据正确，当总线上有8片DS1820时，电位器调到阻值为1.25k时就能读出正确数据，在实际应用时可根据具体的传感器数量来选择合适的上拉电阻。 3. 控制加热方式3.1 开关调节3.1.1 继电器控制继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。3.1.2固态继电器固态继电器(Solid State Relays,缩写SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定

33、电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。尽管市场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相似的。主要由输入(控制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。3.1.3优缺点优点（1）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 （2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻

34、辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 （3）快速转换:固态继电器因为采用固体其间，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。 （4）电磁干扰小:固态继电器没有输入线圈，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。 缺点（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达12V，大功率晶体管的饱和压浆液灾12V之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。 （2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。 （3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量

35、也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。 （4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。 （5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。3.1.4固态继电器原理过零触发型ACSSR为四端器件，其内部电路如图1所示。1、2为输入端，3、4为输出端。R0为限流电阻，光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开，V1构成反相器，R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路，UR为双向整流桥，由V3和UR用以获得使双

36、向晶闸管V4开启的双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，分别用来保护V3和V4，R8和C组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止对开关电路产生冲击或干扰。要指出的是所谓“过零”并非真的必须是电源电压波形的零处，而一般是指在1025V或-(1025)V区域内进行触发，如图2所示。图中交流电压分三个区域，区为-10V+10V范围，称为死区，在此区域中加入输入信号时不能使SSR导通。区为1025V和-(1025)V范围，称为响应区，在此区域内只要加入输入信号，SSR立即导通。区为幅值大于25V的范围，称为抑制区在此区域内加入输入信号，SSR的导通被抑制。当输入端未加电压信号时，光耦

37、合器的光敏晶体管因未接收光而截止，V1饱和，V3和V4因无触发电压而截止，此时SSR关闭。当加入输入信号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和，使V1截止。此时若V3两端电压在-(1025)V或1025V范围内时，只要适当选择分压电阻R4和R5，就可使V2截止，这样使V3触发导通，从而使V 4的控制极上得到从R6URV 3URR7或反方向的触发脉冲，而使V4导通，使负载接通交流电源。而若交流电压波形在图2中的区内时，则因V2饱和而抑制V3和V4的导通，而使SSR被抑制，从而实现了过零触发控制。由于1025V幅值与电源电压幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就将过零电压粗略地定义为025

38、V，即认为在此区域内，只要加入输入信号，过零触发型ACSSR都能导通。当输入端电压信号撤除后，光耦合器中的光敏晶体管截止，V1饱和，V3截止，但此时V4仍保持导通，直到负载电流随电源电压减小到小于双向晶闸管的维持电流时，SSR才转为截止。SSR的输出端器件可分为双向晶闸管和两只单向晶闸管反并联形式。若负载为电动机一类的感性负载，则其静态电压上升率dv/dt是一个重要参数。由于单向晶闸管静态电压上升率(200V/s)大大高于双向晶闸管的换向指标(10V/s)，因此若采用两只大功率单向晶闸管反并联代替双向晶闸管，一方面可提高输出功率；另一方面也可提高耐浪涌电流的冲击能力，这种SSR称为增强型SSR

39、。因此系统执行元件选用固态继电器（SSR），型号为1240，控制输入直流332V，控制输出交流240V，10A。3.2 连续调节3.2.1 可调电源调节可调电源是采用当前国际先进的高频调制技术，其工作原理是将开关电源的电压和电流展宽，实现了电压和电流的大范围调节，同时扩大了目前直流电源供应器的应用.直流稳压电源的控制芯片是采用目前比较成熟的进口元件，功率部件采用现国际上最新研制的大功率器件，可调直流稳压电源设计方案省去了传统直流电源因工频变压器而体积笨重。与传统电源相比高频直流电源就较具有体积小、重量轻、效率高等优点，同时也为大功率直流电源减小体积创造了条件，此电源又称高频可调式开关电源。可调

40、直流稳压电源保护功能齐全，过压、过流点可连续设置并可预视，输出电压可通过触控开关控制。3.2.2 可控硅调节可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器件4.显示4.1 LEDLED = Light Emitting Diode，

41、发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光； 4.1.1 LED优点LED的内在特征决定了它具有很多优点，诸如： 一、体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。 二、耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。 三、使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧

42、、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 四、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 五、环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源 六、坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。因此采用七段式数码管静态显示。由ICL7107组成的三位半数字电压表电路如图所示，该电路即可作为温度显示电路。VCC 、

43、VSS 分别为电源的正、负端。COM模拟信号的公共端，简称“模拟地”，使用时通常将该端与输入信号的负端、基准电压的负端短接。TEST 为测试端。此端有两个功能，一是作“测试指示”，将它与V+ 短接后，LED显示器显示全部笔画1888，据此可确定显示器有无笔段残缺现象。第二个功能是作为字地供外部驱动器使用，构成小数点、标志符显示电路。分别为个位、十位、百位笔画驱动端，依次接LED显示器的个、十、百位的相应笔段。为千位（即最高位，也称1/2位）笔段驱动端，接千位LED的b、c段。POL是负极性指示驱动端，接千位LED的g段。GND为数字地，与37脚（TEST）经过内部500W电阻接通。OSC1OS

44、C3为时钟振荡器引出端，外接阻容元件可构成两级反相式阻容振荡器。VREF+是基准电压的正端，简称“基准+”，通常从内部基准电压获取所需的基准电压，也可采用外部基准电压，以提高基准电压的稳定性。VREF- 是基准电压的负端，简称“基准-”。CREF+、CREF-是外接基准电容端。IN+、IN- 为模拟电压的正、负输入端。CZA是外接自动调零电容端。INT 是积分器输出端，接积分电容CINT。BUF 是缓冲放大器输出端，接积分电阻RINT。ICL7107显示的满量程电压与基准电压的关系为: VM = 2VREF。若将VRET选择1V，则可组成满量程为2V的电压表。只要把小数点定在十位，即可直接读出

45、测量结果。由于ICL7017没有专门的小数点驱动信号，使用时可将共阳极数码管的公共阳极接+5V，小数点接GND时点亮，接5V或悬空时熄灭。在图 中，R1、C1分别为振荡电阻和振荡电容。R2与R3构成基准电压分压器，调整R2的值可以改变基准电压，使VREF=1V，R2宜采用精密多圈电位器。R4、C3为模拟信号输入端高频滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力。C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。R5、C5为积分电阻和积分电容。4.2 LCDLCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。所以考虑到成本问题，不采用这个设计。5 设定方式5.1 自定义键盘在键盘输入方面，选用常用的44扫描键盘，分别用作PID模式选择、温度设定值输入、确定或取消设置。 6. 报警超温报警电路用单限比较器实现。当温度小于超限温度时，比较器输出为零，当温度大于超限温度时，