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基于Multisim的温控电路虚拟仿真研究(2)

作者:

关键词:

摘要：

3 结语

通过上述仿真和分析，本次设计完成预定任务，获得良好的仿真效果.实践表明，使用Multisim仿真软件，能够帮助学生加深对常用电子器件、电路理论的认识，深入剖析电路结构，掌握电子仪器仪表使用，对传感器与电子电路理论和实操教学有非常好的帮助，增强学习兴趣和提高学习效果.

［1］范生东，董述欣.职业院校理实一体化教学模式的探索与思考［J］.中国成人教育，2013（7）：123-124.

［2］孙宏强，蔡文霞，杨丽，等.引入Multisim的数字电子技术课程改革［J］.石家庄学院学报，2015（6）：5-8.

［3］蓝海江.计数器的Multisim仿真及其在教学中的应用［J］.广西科技师范学院学报，2017（5）：112-115.

［4］董亮，雷良育，吴文强，等.基于Multisim的直流电桥称重电路设计与仿真［J］.邵阳学院学报（自然科学版），2017（3）：45-49.

［5］蒲永红，余粟，王维荣.Multisim辅助电工电子实验教学的探讨［J］.实验室研究与探索，2013（9）：174-177.

［6］李香宇，任建存，王世功，等.基于LM35的高精度温控系统的设计［J］.电子设计工程，2017（15）：94-97.

［6］沈瑞，于海勋，王耀文.基于ARM7和LM35的温度采集系统设计［J］.现代电子技术，2012（6）：173-175.

［7］刁志.LM339四电压比较器集成块介绍［J］.家电检修技术，2007（2）：61-61.

［8］彭小峰，万文略.基于运放的多组态模拟放大电路设计［J］.实验科学与技术，2016（3）：25-29.

［9］王姗.单片门电路鱼缸水位控制系统的设计［J］.重庆电子工程职业学院学报，2017（3）：146-148.

［10］刘银汉.采用单片门电路设计的水位自动控制装置［J］.荆门职业技术学院学报，2007（12）：39-41.

当前传统教学方式已逐步不能适应素质教育的需要，随着理实一体化教学方式的推广，理论教学和实操教学界限也逐渐变得模糊［1，2］.在电子技术基础类课程中，学生对理论理解不透彻，导致实操效率低下，而利用一些基础仿真软件能够很好解决这些问题［3］.Mulitism是美国国家仪器公司旗下著名的电子技术仿真软件，适合模拟电子、数字电子电路的设计开发.其拥有主流的电子电气元器件库和较为完备的电子仪器设备，可以实时获得直观的仿真效果，广泛适用于基础电路和综合电子设计制作［4-5］.本文采用仿真软件，以温度控制电路为例，分析了设计和仿真操作过程，取得了较为理想的效果.已知某水箱在冬天需要进行保温控制，其温度范围控制在30～35℃，采用合适的电子器件搭建电路实现功能.1 电路总体设计设计温控电路设计框图如图1所示，主要由电源电路、传感器电路、放大和比较电路、控制电路和执行电路等组成.电源电路负责整体电路的供电，传感器电路将温度信号转换为微弱电压输出，放大及比较电路将由温度传感器的微弱信号放大成较高的输出并进行电压比较，控制电路依据比较电路得到的输出进行处理得到控制信号，执行电路依据控制电路输出对加热电路进行驱动控制和指示.图1 温控电路总体设计框图1.1 传感器电路本设计采用LM35传感器，LM35是由美国国家半导体公司所生产的温度感测器，其输出电压公式如式（1）所示：由上式可知，LM35输出电压与摄氏温标成正比线性关系，已知当温度为0°C时LM35输出为0V，温度每升高 1°C，其输出电压增加 10mV［6，7］.由于软件中没有LM35传感器，本设计采用如图2所示的电路图来代替其输出，其主要有一个固定电阻R1及电位器RT串联构成，假设当前温度为25℃，则调节RT可使得.图2 传感器电路图1.2 放大比较电路本设计的放大比较电路如图3所示，前级单个LM741构成放大电路，后级两个LM339构成比较电路［7］.由于前级传感器电路输出电压信号较弱不适合直接进行比较判断，所以需要进行放大，本放大采用同相放大电路，其输出和输入关系如式（2）所示［8］：同时设置后级两个比较电路分别为下限比较器和上限比较器.分别采用R4、R5及R7、R8串联分压方式得到、作为两者的同相输入电压，电压值分别如式（3）、式（4）所示：考虑到前级LM741的放大，则当温度超出30℃时，为低电平，否则为高电平；当温度超出35℃时，为低电平，否则为高电平.图3 放大比较电路图1.3 控制电路控制电路如图4所示，主要由3个与非门和电阻R10 构成［9，10］，若输入即温度低于下限）时，使得，输出加热信号）；加热时温度上升，，即温度超过下限温度但低于上限温度时），由于受影响，使得（输出保持加热）；当即温度高于上限）时，使得，输出停止加热）；停止加热后温度下降，即温度低于上限温度但超过下限温度时），由于受影响，使得，输出保持停止加热）；当温度再次低于下限时，则继续按如上过程往复循环.图4 控制电路图1.4 执行电路执行电路如图5所示，其主要由三极管Q1、继电器K1和加热器RL1组成.由于前级电路输出功率有限，所以采用Q1驱动K1线圈，D1为续流保护二极管，RL1为加热器，LED1为加热工作指示.当时，K1线圈得电，进行加热控制，当时，K1线圈失电，停止加热.图5 执行电路图2 电路仿真与误差分析2.1 电路仿真使用仿真软件完成整个电路的绘制，前期完成各个模块的分别测试，无误后连接成总体进行调试和验证，可以使用试灯、万用表等器件直观获得电路参数和状态.如图6所示，调节电位器RT使得传感器输出（即温度低于下限时），此时继电器闭合，加热器工作，LED1有指示.图6 温度低于下限时仿真图依次调节电位器RT，使得传感器输出对应不同的温度情况，得到电路仿真状态如表1所示.表1 电路仿真状态表?2.2 误差分析通过改变电位器RT，对应传感器不同的温度下的电压输出，从前后仿真情况来看，仿真效果良好.分析其误差主要来源于集成运放、比较器以及与非门，实际中应当选用速度快、精度高、工作稳定的器件，来减小误差.3 结语通过上述仿真和分析，本次设计完成预定任务，获得良好的仿真效果.实践表明，使用Multisim仿真软件，能够帮助学生加深对常用电子器件、电路理论的认识，深入剖析电路结构，掌握电子仪器仪表使用，对传感器与电子电路理论和实操教学有非常好的帮助，增强学习兴趣和提高学习效果.［参考文献］［1］范生东，董述欣.职业院校理实一体化教学模式的探索与思考［J］.中国成人教育，2013（7）：123-124.［2］孙宏强，蔡文霞，杨丽，等.引入Multisim的数字电子技术课程改革［J］.石家庄学院学报，2015（6）：5-8.［3］蓝海江.计数器的Multisim仿真及其在教学中的应用［J］.广西科技师范学院学报，2017（5）：112-115.［4］董亮，雷良育，吴文强，等.基于Multisim的直流电桥称重电路设计与仿真［J］.邵阳学院学报（自然科学版），2017（3）：45-49.［5］蒲永红，余粟，王维荣.Multisim辅助电工电子实验教学的探讨［J］.实验室研究与探索，2013（9）：174-177.［6］李香宇，任建存，王世功，等.基于LM35的高精度温控系统的设计［J］.电子设计工程，2017（15）：94-97.［6］沈瑞，于海勋，王耀文.基于ARM7和LM35的温度采集系统设计［J］.现代电子技术，2012（6）：173-175.［7］刁志.LM339四电压比较器集成块介绍［J］.家电检修技术，2007（2）：61-61.［8］彭小峰，万文略.基于运放的多组态模拟放大电路设计［J］.实验科学与技术，2016（3）：25-29.［9］王姗.单片门电路鱼缸水位控制系统的设计［J］.重庆电子工程职业学院学报，2017（3）：146-148.［10］刘银汉.采用单片门电路设计的水位自动控制装置［J］.荆门职业技术学院学报，2007（12）：39-41.

文章来源：《电子设计工程》网址: http://www.dzsjgc.cn/qikandaodu/2020/0803/494.html