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电加热保温箱控制系统设计

成绩

课程名称:大学生业余制作

设计题目:电加热保温箱控制系统设计

姓名:

学号:

专业班级:

指导老师:

完成日期:

学校:

题目电加热保温箱控制系统设计

姓名学号 2 班级

指导老师

1 设计任务

1.1 设计目的

(1) 了解电加热保温箱的工作原理;

(2) 进一步学习数字逻辑电路设计方法及其工程实际应用的方法;

(3) 学习撰写专业技术文档。

1.2设计内容

保温箱简介

电加热保温箱,有时也称为保温炉,在各行各业以及我们的家庭生活中都发挥着重要的作用,例如食品加工中的烤箱、养鸡厂的小鸡孵化车间(鸡蛋孵化期间需要保持恒温、恒湿)、汽车等工业产品喷漆后需要的烘干装置、电焊条上裹上焊药后需要烘干而使用的烘干炉、甚至家庭使用的电加热洗浴器,等等。虽然因为各种各样的保温炉用途不同,因而对电加热保温炉的控制系统的要求也是不相同;因为用途不同,对电加热保温箱的称呼也不相同,有些保温箱被称为烘箱、有些被称为浴霸、有些被称为焙烘炉,等等。不过总的来说,对电加热保温箱的控制系统的最基本的要求是一致的,即要能实现加温和保温这两个最基本的功能。

电加热保温箱的加热体可以是一组电炉丝,也可以是一组红外辐射加热体;电加热保温箱的工作温度可分为低温(室温--100℃)、中温(100℃--300℃)、高温(300℃以上);电加热保温箱的加热功率可粗略分为小功率(10千瓦以下)、中功率(10千瓦—100千瓦)、和大功率(100千瓦以上);电加热保温箱的温度控制精度可以粗略分为低精度和高精度两大类。此外根据电加热保温箱的用途不同,还可以有不同的分类和命名方法。

一般电加热保温箱控制系统的电路分为主回路电路和控制回路电路两大部分,主回路电路也称为强电部分,也就是与电炉丝相关的电路;控制回路电路部分也称为弱点部分,就是数字逻辑电路部分。

本次设计的电加热保温箱工作原理和要求

本次设计的电加热保温箱是一个小型的保温箱,它用两根电炉丝加热(分别命名为P1

和P2),每根电炉丝的功率是1000W。如果两根电炉丝同时工作(即通电),那么保温箱的加热功率为2000W,而如果只有其中的一个电炉丝工作,那么保温箱的加热功率为1000W。

本次设计的电加热保温箱的工作温度范围是:从室温到80℃;保温温度是:55℃,即如果温度低于55℃,那么就加热(即接通电炉丝),如果温度达到或者高于55℃,就不加热(即断开电炉丝)。

电加热保温箱控制回路

控制回路的设计任务是:设计一个按钮AN、4只LED灯和2个直流继电器,以及一个半导体温度传感器,并设计数字逻辑电路将它们连接起来,实现4.4.2节规定的控制逻辑。因为控制回路是弱电(用直流12V和直流5V供电),因此还需要设计一个合适的控制回路的电源电路。

1.3设计指标或者要求

(1)需要设计一个按钮AN。按钮AN的功能是:

1)当给电加热保温箱接通电源时,2个电炉丝都不通电;

2)当第一次按下按钮AN后,电炉丝P1接通,此时保温箱的加热功率为1000W;

3)当第二次按下按钮AN后,电炉丝P1和P2都接通,此时保温箱的加热功率为2000W;

4)第三次按下按钮时候,两个电炉丝P1和P2都断开,此时保温箱的加热功率为0,即回到了状态1)。

(2)需要设计4个LED指示灯:L1(红色)、L2(绿色)、L3(绿色)、L4(黄色)。其中,L1是电源指示灯,当电加热保温箱接通电源时,L1亮,表示电加热保温箱的电源已经接通;L2和L3分别是两根电炉丝P1和P2的指示灯:当电炉丝P1接通时,L2亮,否则灭;当电炉丝P2接通时,L3亮,否则灭;当温度达到达到或者高于55℃时,L4亮,否则灭。

2 设计过程

1)直流继电器的线圈是属于控制回路的,而直流继电器的接点则属于主回路。因此在控制回路中,直流继电器的线圈可以粗略认为相当于一个电阻,只不过流过它的电流较大,约40mA,它两端的电压较高,12V。

2)如果需要用DC5V的电压,就选7805芯片,如果需要用DC12V的电压,就选7812芯片,它们的大小和引脚是一样的,可以直接替换。同理还有7809、7815、7824等不同型

号芯片,分别对应直流9V,15V和24V电压。

3)因为本设计并不要求精密测量温度,因此可以用温度继电器或者温度开关来进行温度控制。温度继电器或者温度开关的基本工作原理是,当温度超过规定温度是,开关就闭合或者断开,可以把它想象成是一个由温度决定的开关就可以了。本设计需要选择一只55℃的温度继电器或者温度开关。

3方案论证

本实验可用两种方案实践:时序电路、嵌入式系统。采用时序电路时需要两个脉冲触发器组成时序电路,根据不同的需要可给出四种不同的状态给予控制;而采用嵌入式的方法则需使用51单片机,编写适当的程序使其拥有控制功能。前者成本明显低于后者,且在这次实践中工序简单与后者,因此,将采用时序电路搭建保温箱的控制系统。

4设计过程中遇到的问题以及解决办法

本设计涉及强弱电之间的隔离,因此无法使用三极管或MOS管。由于电路未涉及高频电子线路,对频率几乎没有要求,因此采用继电器。

将220V交流整流和稳压后,需降低电压为后面的电路提供电源。LM317是一个可调稳压块。经计算,得到合适的匹配电阻。

分析电路的时序是该实践的核心,经过画出顺序表、卡诺图、写出表达式和次态方程后,才能得到时序电路图。

用protuess制作电路图时,因没有找到温度继电器,因此该部分功能为实现。而在制作PCB图是,则涉及走线和分布参数的问题,经过反复绘制,得到最终板图。

5 总结

“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。此次实践使同学们找到了理论与实践的最佳结合点。尤其是我们学生,只重视理论学习,忽视实践环节,往往在实际工作岗位上发挥的不很理想。通过实践所学的专业理论知识得到巩固和提高。就是紧密结合自身专业特色,在实践中检验自己的知识和水平。通过实践,原来理论上模糊和印象不深的得到了巩固,原先理论上欠缺的在实践环节中得到补偿,加深了对基本原理的理解和消化。我认为以下四点是在实践中缺少的:

一.要善于与别人沟通。在将来社会中都会融入社会这个团体中,人与人之间合力去做事,使其做事的过程中更加融洽,更事半功倍。别人给你的意见,你要听取、耐心、虚心地接受。二.要有自信。自信不是麻木的自夸,而是对自己的能力做出肯定。在多次的接触顾客中,我明白了自信的重要性。你没有社会工作经验没有关系。重要的是你的能力不比别人差。社会工作经验也是积累出来的,没有第一次又何来第二、第三次呢?有自信使你更有活力更有精神。

三.要克服自己胆怯的心态。几次的尝试就是为克服自己内心的恐惧。有谁一生下来就什么都会的,小时候天不怕地不怕,尝试过吃了亏就害怕,当你克服心理的障碍,那一切都变得

容易解决了。战胜自我,只有征服自己才能征服世界。有勇气面对是关键,如某个名人所说:“勇气通往天堂,怯懦通往地狱。”

四.不断工作,丰富知识。知识犹如人体血液。人缺少了血液,身体就会衰弱,人缺少了知识,头脑就要枯竭。

很高兴自己能有这次实践的机会,通过这样的实践,我真正学习到了经验,它为我积累了一笔宝贵的人生财富,它为我今后步入社会打下了牢实的根基。

图为电加热保温箱控制系统效果图

附录3 器件列表

10A熔阻丝

10A整流桥

400v2200μf电容400v0.1μf电容

40v1μf电容

20k电阻

1k电阻

LM317

LED

74LS112

1N5333B

1N5404

QX13F型直流继电器1000W电热丝1 1 1 1 1 1 1 1 4 2 2 2 2 1

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