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工程应用综合设计

报告

学 院： 电气***

班 级：

学 号：

姓 名：

课题名称：利用555时基电路设计制作电热

毯温度控制器

指导老师： 林 纯

完成时间： 2015.12.13

目 录

摘 要 1

第一章 绪 论 2

1.1本课题研究的意义 2

1.2电热毯的发展 2

第二章 设计思路及工作原理 4

2.1 设计思路 4

2.2 确定设计流程图 4

2.3 工作原理 5

第三章 主要器件的基本结构和工作原理 7

3.1 555定时器 7

3.1.1 555定时器的功能 7

3.1.2 由555定时器构成的单稳态电路 8

3.2 电压继电器 9

3.3稳压管 10

3.3.1稳压二极管原理及特性 10

第四章 总体电路设计 12

4.1 电路的原理 12

4.2元器件的选择 13

4.2.1热敏电阻的选择 13

4.2.2 整流电路的电阻，电容的选择 14

4.2.3温度控制电路 15

第五章 仿真与结果分析 16

结束语 18

参考文献 19

摘 要

一般到冬天，天气比较寒冷，尤其在我国的北部，人们就会用电热毯，但是一般的电热毯都是需要我们手动的调节各个档位，我们在睡梦中有可能会被热醒，或者被冷某某，那样电热毯就没有完全实现让我们安稳睡眠的重要作用。

本论文主要是利用555定时器经过外接电阻电容从而达到设计制作控制电热毯温度的温度控制器的目的。通过555定时器外接电阻，电容形成一个单稳态触发的时基电路，通过热敏电阻的伏安特性曲线，我们可以利用热敏电阻做一个负反馈，从而控制555定时器工作在一个合理的温度范围内。由于每个人对于温度的感受程度不同，所以我们设计一款能够我们自己设定温度范围的电热毯，从而达到不用在睡梦中调节档位，保证人们能够有高质量的睡眠，弥补了传统电热毯需要手动调节和温度不可控的问题。我们这款设计比传统的多档位的设计有很明显的优势，我们需要对于555定时器熟练地掌握以及运用。

关键字：555定时器，时基电路，单稳态触发

第一章 绪 论

1.1本课题研究的意义

随着我国经济社会快速发展和人口增长，资源能源消耗量急剧增加，资源和环境问题日益突出，针对日益增多的资源能源消耗，实现节能减排是一个长期而艰巨的任务[1]。尤其是在日常生活中，一点小的改变就能减少巨大的能耗。一般的家用电热毯只有高低温两个档位，在严冬使用时往往觉得高温档温度太高，低温档温度太低，长期这样，不但会导致是人身体感觉不适，还会造成能源的浪费;即使个别电热毯有多个档位，但需要在使用过程中手动换挡，冬夜里人们被热醒或冻醒而起床对档位进行调节，会严重影响人睡眠质量[2]。本文基于数字时序控制电路设计，实可以把温度设定在人们需要的范围内，具有成本低，可靠性高，节能环保等优点，有着广泛的应用前景。

1.2电热毯的发展

第一条电热毯是由美国人Sidney?I.Russell在1912年发明的，之后电热毯因其操作简单、价廉、实用、节电等优点逐渐走进千家万户，成为冬季供暖的常用电器之一[3]。虽然电热毯工作工作原理简单，靠阻性材料通电发热，但是其设计制造及应用所涉及的涵盖了诸多的技术领域。在一百多年的发展中，电热毯技术的发展经历了以下几个主要阶段；20世纪30年代末，第一条肢体覆盖型保温毯问世。20世纪50年代末，英国首先在电热毯中加入绝缘材料将[4]。1960年，英国发明单股螺旋发热线。1962年，有过热熔断保护作用的、双层包覆的发热线(在两根螺旋绕制的电阻丝间隔有一层热敏塑料)在英国上市，德、日、韩等国也先后效仿。20世纪80年代后，各国对过热熔断保护继续改进，控温保护的概念开始流行。首先引入的是温度负反馈装置，而后又对加热线做进一步改进，增加了温度传感功能[5]。?

目前，我国有取得许可证的厂家有200多家，年生产量5000万床左右。近年来，我国电热毯产、销量递增幅度大，2009-2011年全国平均每年递增率为32%；可见电热毯在我国很受欢迎。目前，较大规模的电热毯企业有20多家，不少企业通过引进生产线和进行技术改造，使产量由较大幅增长，质量和品种亦相应得到了提高和发展[6]。?

电热毯一般由电热线、毯体、电路控制三部分组成。其产生热量的大小和安全性能的优劣主要取决于电热线和接头[7]。?

电热线：由电热丝和外敷的绝缘层组成。常用的电热丝有镍铬合金丝，铁铬铝合金丝、康某某、铜丝等。电热丝的卷绕方式可以是螺旋形也可以是直线型。目前流行的电热丝是镍铬合金丝，电热线的形态是螺旋型[8]。采用双重绝缘的绝缘形式。电热毯的毯体底料设定为波纹迂回方式。接头：对于电热毯，电源线的链接密封问题是最关键的工艺，接头的密封好坏对产品的性能、寿命、安全性有着关键性的影响。若接头不好出现松脱、不能密封或在使用中发生电源引线脱落等情况，极易引发火灾或者造成触电事故[9]。?

电热毯目前主要是利用电热丝发热工作的，而发热元件主要是将电能转换为热能。电热毯的电源是通过开关和保险丝与电热线直接相连接的。现在大多数电热毯都采用热敏电阻代替传统的电热丝[10]。热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。热敏电阻具有灵敏度高，电阻温度系数比金属大，体积小，结构简单，稳定性好，机械性能强，价格便宜等优点[11]。

第二章 设计思路及工作原理

2.1 设计思路

本文设计的可以调节温度范围的电热毯，它主要解决了现有的普通电热毯在三种工作模式下，温度不能自动控制，需要手动调节温度，加热时间过长，导致温度过高，浪费电能，还会使人体产生不适感，影响人的睡眠质量等问题。本文设计的电热毯人们可以自主设定温度，在室温下才开始通电就进行加热，当温度达设定温度的上限时，220V的电源就会被切断，电热毯进入休眠状态，直到温度低于设定温度的下限，开始重新接入220V电源，电热毯进入加热模式，如此循环反复。节约了电源，使用方便，避免了手动调节温度开关和电热毯温度过高或者温度过低而导致影响睡眠等问题，更有利于实现节约资源，保护环境等目的。

2.2 确定设计流程图

在熟悉课题，明确任务的基础上，查阅相关资料，理清设计思路，综合考虑总的设计时间和各部分设计所需时间，最终决定将本次设计分五大步进行。

（1）熟悉课题，明确任务，查阅相关资料，确定总体设计方案；

（2）根据各部分的功能划分功能模块，确定每一模块的器件组成，合理选取具有相应功能的器件；

（3）进行软件设计，实现各模块功能，使整个系统能够良好的运行；

（4）进行仿真调试，检查各模块功能能否完全实现，综合考虑系统的灵活性、稳定性、误差大小及测温效率调整各器件的各项参数。使系统的处在最佳性能状态。

经分析总结，确定总的设计流程如图所示。

图2.2 总设计流程图

2.3 工作原理

基于555时基电路制作的电热毯温度控制器工作原理如下图所示：

图2.3 基于555时基电路制作的电热毯温度控制器工作原理图

根据本设计的技术参数，实际应用，安全性以及实用性等各种因素，我们可以确定这款设计的大体模块如上图所示，它分别由电源模块，限流降压模块，滤波模块，稳压模块，555时基模块，温度检测电压比较模块，继电器加热模块

第三章 主要器件的基本结构和工作原理

3.1 555定时器

555定时器是集模拟和数字功能于一身的中规模集成器件，只需接入少量的电阻、电容就可以形成多谐振荡器、施密特触发器以及单稳态触发器等电路，由于其成本低、性能可靠而广泛应用与仪器仪表、电子测量、家用电器以及自动控制等领域。

3.1.1 555定时器的功能

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2/3VCC ，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端TR。

3脚：输出端Vo。

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何某某，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高某某。

5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：高触发端TH。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为低电平的情况下，555时基电路的功能表如下：

清零端

高触发端TH

低触发端TR

v0

放电管T(V)

功能



0

X

X

0

导通

直接清零



1

0

1

X

保持上一状态

保持上一状态



1

1

0

1

截止

置1



1

0

0

1

截止

置1



1

1

1

0

导通

清零





图3.1 555定时器的内部结构

3.1.2 由555定时器构成的单稳态电路

稳态触发器——有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。

稳态：Ui为高某某，VDD通过R对C充电，使Uc上升，当Uc上廾到2/3 VDD时，触发器置0，即Q=0，放电管V导通，电容通过放电管迅速放电。直到Uc=0。一旦放电管V导通，C被旁路，无法再充电，这时电路处于稳定状态。这时时Ui=1，R=0，S=0,Uo为低电平。

触发翻转：当输入端加入负脉冲（宽度应小于脉宽tpo）,即 端

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