电气类专业课程设计

2023年4月27日发(作者：2021年现代轻奢风装修)

目 录

1.概述………………………………………………………2

1.1 摘要2

……………………………………………

1.2 课程设计主要内容 ……………………………………2

1.3 简易纯净水加热控制电路技术要求………………… 2

1.4 设计方案2

…………………………… …………

2．系统硬件设计 …………………………………………4

2.1 电源电路部分……………………………………………4

2.2 水温监测部分……………………………………………5

2.3 电压比较部分……………………………………………6

2.4 加热控制部分……………………………………………7

2.5 工作状态显示部分………………………………………7

2.6 元器件清单………………………………………………9

结论与展望…………………………………………………11

参考文献……………………………………………………12

附 录 简易纯净水加热控制电路总电路图 ……………13

1

1.概述

1.1 摘 要

本方案的主要目的是制作一个简易的纯净水加热控制器。该电路主

要由电源电路、水温监测及水温范围测量和比较控制电路手动控制与自

动控制电阻丝加热电路和装置工作状态显示电路等几部分构成。

电源电路的功能是通过变压器、整流、滤波电路把电网220V交流电

转变为能供装置正常工作的直流电。水温监测电路和水温范围测量电路

主要由温度传感器AD590构成测温系统。其原理是将温度信号转变为电

信号，从而将此电信号与参考信号通过比较器比较来实现对加热电阻丝

的控制和装置工作状态的显示电路。显示电路是通过逻辑运算来控制发

光二极管是否发光来判断其工作状态。

1.2 课程主要内容

⒈ 阅读相关科技文献。

⒉ 学习Protel软件的使用。

⒊学会整理和总结设计文档报告。

⒋ 学习如何进行文件检索和查找数据手册及相关参数。

1.3 简易纯净水加热控制电路技术要求

⒈ 要求电路能够检测纯净水的温度T。

⒉ 要求电路能够通过两根电阻丝实现对加热的控制，具体情况如下：

 T<50℃时，两根电阻丝都工作，电路处在加热状态；

 50℃℃时，只有一根电阻丝工作，电路处在保温状态；

 T〉100℃时，两根电阻丝都不工作，电路完成加热。

⒊ 要求电路设置一个按键，此按键能够起到快速加热的作用，即按键按

下后，当50℃℃时，两根电阻丝都工作。

⒋ 要求电路能够显示加热的各种状态。

1.4 简易纯净水加热控制电路设计方案

2

简易纯净水加热控制电路的初步总体框图如图1—1所示。它是由水

温监测电路、电压信号比较、加热控制电路和显示电路5部分组成的。

水温监测电路 电压信号 比较器 显示电路

加热控制电路

图1-1 简易纯净水加热控制电路的初步总体框图

3

2．系统硬件设计

2.1 电源电路部分

图2—1 电压转换图

电源电路的原理图如图2—1所示。电路直接从电网供电，通过变压

器、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成+12V

的直流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压器，电源变压器将220V

电网交流电压变为19V的交流电压。整流电路采用二极管桥式整流电路，

整流电路将19V交流电压变为19V脉动的直流电压。C1、C2、C3和C4

完成滤波功能，稳压电路采用三端小电流正稳压集成电路来实现。其中

C1和C4的主要作用是滤波；C2是输入电容器，其作用是改善纹波和抑

制输入的过电压；C3是输出电容器，其作用改善负载的瞬态响应，使输

出电流更加平滑。并联的二极管的作用是在电路出现输入短路时为电容

C4提供放电通路，以保护集成稳压器。稳压电路清除了电网波动及负载

变化的影响,从而保证了12V输出电压的稳定。

其中涉及的主要元件有变压器、整流桥（二极管）、三端小电流正稳

压集成电路等。下面主要介绍两个：

a) 整流桥

工作原理：

u2正半周时:D1 、D3导通 D2、D4截止

，

u2负半周时：D2、D4导通D1 、D3截止

，

主要参数：

4

输出电压平均值：U=0.9V

L2

输出电流平均值:I= U/R =0.9V / R

LLL2L

流经每个二极管的平均电流：I=I/2

DL

二极管承受的最大反向电压：V =1.4 V

RM2

b)

三端小电流正稳压集成电路

图2—2 LM78系列集成电路外形与应用

（a）外形 (b)应用电路

主要参数：

输入电压：最小值、典型值和最大值都是19V

输出电压：最小值11.5V、典型值12V、最大值12.5V

静态工作电流：8mA

纹波抑制比：55

2.2 水温监测部分

该部分主要由温度传感器AD590构成测温系统。AD590是一种电压

输入、电流输出型集成温度传感器。如图2—3是AD590的封装形式和基

本应用电路。

它的测温范围为-55℃～150℃,非线性误差在±0.30℃，其输出电流

与绝对温度成正比，温度每升高1K(K为开尔文温度),输出电流就增加

1uA。所以其输出电流I=(273+T) uA。本次设计中串联的电阻采用10K

Ω，所以输出电压V=(2730+10T)mV。AD590的电源电压范围为4～30 V，

+

可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被

损坏，且元件价格便宜，因而使用AD590来测温。

5

图2-3 AD590的封装形式和基本应用电路

2.3 电压比较部分

该部分主要是通过电阻RRRR组成的分压电路，由+12V直流

1、2、3、4

电压源提供电压，得到的V1,V2作为参考电压，通过比较器与AD590所

测得的电压V3比较，来判断比较器导通与否，从而得到C1，C2。图2-4

即为电压比较原理电路。

+12

R2

R1

V1V3V2

5467

-12+12+12-12

R3R4

123312

C1AC1B

21

C1C2

GND

图2-4 电压比较原理电路

由AD590构成的测温系统中，当水温为50℃时，V3的电压是3.23V，

当水温为100℃时，V3的电压是3.73V。所以可以把参考电压V1、V2分

别设为3.23V、3.73V。再选R1、R2的阻值分别为10 KΩ通过计算可

，

以得到分压电阻R3、R4的阻值分别为3.69 KΩ、4.51 KΩ。当T<50℃

6

时,则V3，V3，两个都导通；当50℃℃时,则V3>V1，V3，

C1A不导通，C1B导通；当T>100℃时,两个都不导通。

2.4 加热控制部分

继电器是一种电子控制器件，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），通常应用于自动控制电路中，它实际上是

用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关。只要在线圈两端加上一

定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会

在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的

动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之

消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的

静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导

通、切断的目的。

由电压比较电路结果和继电器的工作原理后，进一步分析得到下列

结论：

当T<50℃时,则V3，V3，两个都导通，开关在附录二图中开

关的3位置，继电器的电流线圈中有电流流过，致使继电器K1开关闭合，

电阻丝R8工作,同理电阻丝R9也工作；

当50℃℃时,则V3>V1，V3，C1A不导通，C1B导通，所以

继电器K1开关断开，电阻丝R8不工作；继电器K2开关闭合，电阻丝

R9工作；

当T>100℃时,两个都不导通，继电器K1、K2开关都断开，两个电

阻丝都不工作。

除自动控制外，也可以通过按键来起到快速加热的作用，即按键按

下后，当50℃℃时，开关从3接到2上，从而两根电阻丝都工作。

2.5 工作状态显示部分

该部分电路主要是通过二极管的发光与否来观察简易纯净水加热控

制电路的工作状态。图2-5为简易纯净水加热控制电路的工作状态显示

电路。经过分析可得出如下结论：

7

当T<50℃时,则V3，V3，两个都导通，即输出高电平，再进

行逻辑运算可判断D1指示灯亮，D2、D3不亮；

当50℃℃时,则V3>V1，V3，C1A不导通，C1B导通，即

C1是低电平，C2是高电平，进行逻辑运算可判断D2指示灯亮，D1、D3

不亮；

当T>100℃时,两个都不导通，所以C1 、C2都是低电平，进行逻辑

运算可判断D3指示灯亮，D1、D2不亮。

图2-5 简易纯净水加热控制电路的工作状态显示电路

该电路中所应用的门电路由74LS00提供。经查数据手册知74LS00

是由四个相同的与非门构成的集成电路。其引脚排列如图2-6所示。它

的功能表如图2-7所示。它的功能表如表2-1所示。工作参数如表2-2

所示。其封装形式如图2-8所示。

表 2-1 功能表

输入A 输入B 输出L

0 0 1

0 1 1

图2-6 74LS00引脚排列图

8

0 1 1

1 0 1

表2-2 74LS00参数表

符号 参数 最小值 典型值 最大值 单位

VCC 电源电压 4.75 5 5.25 V

VIH 输入高电平电压 2 - - V

VIL 输入低电平电压 - - 0.8 V

IOH 输入高电平电流 - - -0.4 mA

IOL 输入低电平电流 - - 8 mA

TA 工作温度 0 - 70 ℃

图2-8 封装形式

2.6 元器件清单

序号 元件名称 元件规格 数量

1 变压器 变比K约等于12 1

2 整流桥 四个二极管 1

3 电容 0.1uF 1

4 电容 1000uF 1

5 温度传感器 AD590 1

6 三端小电流稳压电源 78LM12 1

7 比较器 Υa741 2

8 单刀双掷开关 86型 1

9

9 电流继电器 SPST 2

10 电阻丝 500W 1

11 电阻丝 1000W 1

12 集成芯片74LS00 四个与非门 2

13 发光二极管 PN型 3

14 电容 0.33uF 2

15 电阻 10K 2

16 电阻 3.69K 1

17 电阻 4.51K 1

18 电阻 1K 3

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结论与展望

通过为期一周的课程设计，我对此有了一定的了解和认识，也激发

了我对电子设计的兴趣，虽然时间很短，但却给了我很多启示。

首先，我感觉过去所学的知识无法再设计中展示出来，感觉过去所

学的都是死的知识，而通过课程设计我感觉我又重新学了很多以前遗漏

的许多知识，所以以后我想把这所有的课题都慢慢做一遍，相信会有更

大的收获。

其次，明确了课程设计的一般步骤，根据课程设计要求，知道要设

计什么，却也不知道往哪方面去考虑，以及如何去解决，先想个大致轮

廓来，然后看看能不能用所学知识去解决，遇到了难题怎么去解决，是

问还是查，怎么问，又该怎么查？怎么问能让别人明白你的意思，怎么

查资料，到哪查，时参考书上的还是到网上搜？这些刚开始都不熟悉浪

费了好几天的时间，但丝毫没有进展。后来慢慢的有了了解，才使得进

展有点眉目。这次课程设计我才用了书上查找和上网搜寻相结合的模式，

步履艰难的完成了任务，有喜悦有感慨，喜悦是因为这是我第一次做这

样的任务，而且有了作品出来；感慨的是我知道的太少了，需要学习的

还有很多很多，自己以后学习的方向有了。

最后，我对以后课程的学习有了新的认识，作为电气专业的学生死

学课本是不行的，多动手，勤思考是很有必要的。自己去发现生活中的

问题然后解决就是最生动实际的例子。只有理论与实践结合了，学的知

识才能举一反三，做些东西的时候才会游刃有余。因为自己想在自己的

专业发展，所以今后一定要加强锻炼，以提高自己的真本事，真技能。

同时也感谢学校和老师给我们提供了这样的机会，让我们对课程设

计有了理解，但我感觉最多的是给同学们的启示：学以致用才算学会了

学通了。而不能只靠临考前突击拿个高分才算学会了。虽然短短一周的

时间，我得到了老师、同学的帮助，在此表示感谢。我也掌握了一些查

询信息的技巧，我对此产生了很大的兴趣。而这兴趣只会指引我往更高

层次发展。我也会努力的在这方面有所成就。

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参考文献

主要参考资料：

1、何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

2、姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月

3、王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月

4、李银华，电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月

5、康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

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附图 简易纯净水加热控制电路

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