電子信息系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告(孫樹)

1、 電子與信息工程學(xué)院電子信息系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目 鉑電阻溫度檢測(cè)報(bào)警電路 組 員 孫樹 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 123621 指導(dǎo)教師 方明 2015年5月溫度檢測(cè)報(bào)警電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)第一章 設(shè)計(jì)要求§1.1課程設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 檢測(cè)溫度范圍為0º100 º，采用箔電阻、精密電阻及電位器組成測(cè)量電橋作為溫度傳感器； 可設(shè)定報(bào)警溫度上限值0º100 º，我們選的是超過60攝氏度的時(shí)候報(bào)警； 當(dāng)檢測(cè)溫度超過設(shè)定上限值時(shí)，發(fā)出蜂鳴器報(bào)警聲，要求報(bào)警聲喃喃間斷發(fā)聲，頻率約1Hz；2、 任務(wù)分配：將該溫度檢測(cè)系統(tǒng)分為四個(gè)模塊，由

2、四個(gè)人分別完成一個(gè)獨(dú)立模塊。第二章 系統(tǒng)組成及工作原理§2.1溫度采集和放大首先，通過溫度傳感器(PT100,I<35MA)將溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成一定的電信號(hào)，由于這個(gè)信號(hào)是一個(gè)相對(duì)較小和變化相對(duì)緩慢的信號(hào)，此時(shí)就需要一個(gè)對(duì)該信號(hào)放大的電路，考慮到有一定的干擾信號(hào)，而又要避免對(duì)干擾信號(hào)的放大，所以我們將采取差分放大電路，通過理倫計(jì)算當(dāng)溫度100的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的電信號(hào)最大，約等于0.15，所以我們的差分放大倍數(shù)在30-100內(nèi)可調(diào)節(jié)。§2.2 信號(hào)的過濾 信號(hào)采集和放大處理好了，我們知道任何一個(gè)信號(hào)的采集都會(huì)夾雜著一些干擾信號(hào)，所以這個(gè)時(shí)候要對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行過濾了，而我們需要

3、的信號(hào)是一個(gè)變化很緩慢的信號(hào)，所以我們選擇2階低通濾波器，上限頻率約為100HZ，根據(jù)fh=1/2piRC，于是我們?nèi)=5.1k，C=0.33uF.§2.3信號(hào)的控制 如圖所示我們用到的是最普通的比較器，通過設(shè)定相應(yīng)的閾值（0-5.6V可調(diào)），然后與采集到的信號(hào)做比較，當(dāng)大于設(shè)置的信號(hào)時(shí)輸出低電平，當(dāng)小于設(shè)置的信號(hào)輸出高電平。其中跟隨器是輸出電壓穩(wěn)定，增加帶負(fù)載的能力。§2.4蜂鳴器的驅(qū)動(dòng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求當(dāng)超過一定的溫度時(shí)蜂鳴器要以1HZ的頻率響，因此我們選了一個(gè)周期為1秒的方波振蕩器，根據(jù)公式我們選R3=1.39M，C=0.33uF.當(dāng)溫度超過設(shè)定的溫度時(shí)，比較器輸出低電

4、平，有方波產(chǎn)生，蜂鳴器響，反之不響。第三章 信號(hào)的采集及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)§3.1溫度采集檢測(cè) 圖 3-1 PT100實(shí)物圖 pt100是鉑熱電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0 時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。 PT100分度表溫度/度阻值/歐姆溫度/度阻值/歐姆溫度/度阻值/歐姆0100.0040115.5480130.9010103.9050119.4090134.7120107.7960123.24100138.5130111

5、.6770127.08110149.29表 3-1方案一： 1.電路圖 原理圖2.參數(shù)的選擇 由上圖可知PT100的在100-200之間變化，而通過PT100的電流不能大于35MA，所以我們選1K 的電阻來限流。3. 工作原理和調(diào)試方法（1）、調(diào)試方法： 當(dāng)溫度是0攝氏度的時(shí)候，調(diào)節(jié)200歐姆電位器，使從1、2出來的電壓差為0， 并保持這個(gè)阻值不變。（2）、工作原理：隨著溫度升高，pt100的阻值也會(huì)隨著溫度的升高而增大，根據(jù)分壓原理，從1出來的電勢(shì)勢(shì)必會(huì)比1處高，形成一定的壓差，這樣就把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化了電信號(hào)了。由于PT100總會(huì)存在一定的誤差，理論上0攝氏度的是對(duì)應(yīng)的阻值是100歐姆，而實(shí)際

6、上是有誤差的，我們?cè)谶吷霞右粋€(gè)可調(diào)電阻可以通過調(diào)節(jié)減少這個(gè)誤差。§3.2蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊1.設(shè)計(jì)原因 該系統(tǒng)是溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)溫度超過某個(gè)溫度時(shí)，要通過一定去告知人們現(xiàn)在處于超溫狀態(tài)，所以我們通過去驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的聲音來告知人們。2.設(shè)計(jì)原理當(dāng)運(yùn)放的反相端輸入高電平，由于這是個(gè)比較器電路因此輸出的是就是低電平，這個(gè)時(shí)候（溫度未超過設(shè)定的溫度），三極管工作在截止區(qū)，蜂鳴器不會(huì)響，當(dāng)反相端輸入低電平，輸出高電平，通過給電容充電，然后放電產(chǎn)生方波，這個(gè)時(shí)候在半個(gè)周期工作在截止，在另外半個(gè)周期工作在飽和，從而控制蜂鳴器以1HZ的頻率報(bào)警。3.參數(shù)的選擇 如上面的仿真電路圖1.3，產(chǎn)生的

7、方波，周期接近一秒，根據(jù)公式T=2R3Cln(1+R2/R1),所以我們選擇了R1=R2=10K,C=0.33UF,R3=1.39M。下圖為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)部分，其中二極管是防止基電極和射極電壓過高的，我們選了放大倍數(shù)為100倍的三極管9013，電阻選10k都是為讓三極管不在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)工作在飽和區(qū)。后因9013三極管丟失，我們選用同為NPN的8050三極管來替換，驅(qū)動(dòng)性能很好。如下圖所示為報(bào)警電路實(shí)測(cè)方波波形，周期接近1S,與理論計(jì)算相差不大，可行。實(shí)測(cè)波形仿真波形第四章 電路及系統(tǒng)調(diào)試4.1 組裝調(diào)試1.直流電源的裝調(diào)鑒于直流電源部分是從220V高壓轉(zhuǎn)換過來，電路裝調(diào)有一定危險(xiǎn)性，以及考慮到器件

8、的重復(fù)利用率不高，故直接使用直流穩(wěn)壓電源來調(diào)試。電源如下首先通過中間兩個(gè)按鍵設(shè)置為串聯(lián)跟蹤模式，之后如圖接線，注意將右路的負(fù)極連接至左路的正極后，還需將5V的GND和其連接，以使其全部共地。調(diào)節(jié)主電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕至12V即可，則左路負(fù)極為-12V,右路正極為12V。2.溫度檢測(cè)放大電路的裝調(diào)選用一個(gè)PT100，兩個(gè)1k電阻和一個(gè)200電位器組成測(cè)量電橋作為溫度傳感器；選用一個(gè)LM324中的三個(gè)集成運(yùn)放，兩個(gè)1k、兩個(gè)390、兩個(gè)20k電阻和1個(gè)10k電位器組成放大電路。問題 組裝過程中由于LM324管腳多，易于弄錯(cuò)，有接錯(cuò)管腳的現(xiàn)象發(fā)生。故障排除 仔細(xì)核對(duì)檢查各管腳所對(duì)應(yīng)的集運(yùn)放和輸出電路，并

9、用萬(wàn)用表測(cè)試其輸入和輸出電壓。最后，通過改變電位器數(shù)值至最大阻值10k，經(jīng)萬(wàn)用表的測(cè)量，放大倍數(shù)約為60。與理論計(jì)算相差不大，故電路可行。3.濾波電路的裝調(diào)選用兩個(gè)5.1k、一個(gè)1k電阻，兩個(gè)0.33F電容和一個(gè)LM324中的一個(gè)集成運(yùn)放，組成一個(gè)二階低通濾波電路。濾波電路起到對(duì)信號(hào)過濾作用，其所用元器件較少且電路連接較為簡(jiǎn)單，基本上沒什么問題。4.控制比較電路的裝調(diào)選用一個(gè)510、一個(gè)1k電阻，LM324中的兩個(gè)集成運(yùn)放，一個(gè)10k電位器，一個(gè)5.6V穩(wěn)壓管和一個(gè)發(fā)光二極管，接好比較電路。這部分電路連接也較為簡(jiǎn)單。最后，通過改變放大電路中10k的電位器阻值，并用萬(wàn)用表測(cè)得電壓跟隨器的輸出電壓

10、在05.6V變化；通過改變與比較器相連接的10k電位器阻值，控制電壓值來控制報(bào)警溫度。5.驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路的裝調(diào)選用三個(gè)10k、一個(gè)1M、1個(gè)390k電阻，一個(gè)0.33F電容，LM324中的一個(gè)集運(yùn)放，一個(gè)IN4007二極管，一個(gè)8050三極管和一個(gè)蜂鳴器，連接好驅(qū)動(dòng)蜂鳴器電路。注意三極管引腳，拱形朝外，從右往左分別是e,b,c.4.2 總系統(tǒng)調(diào)試（1） 、將PT100放入冰水混合物中，調(diào)節(jié)電橋中的電位器使U3的電壓為0伏，并一直保持R1的阻值不變。（2） 、將PT100放入剛加熱完的熱水中，保持U4的電壓為5.6伏（可調(diào)的最大的電壓），調(diào)節(jié)電位器R2使U3的電壓為5.6伏。（3） 、我們的溫度報(bào)

11、警系統(tǒng)是在溫度超過60攝氏度的時(shí)候報(bào)警，因此我們的調(diào)試過程是，先將溫度加熱到60攝氏度，調(diào)節(jié)電位器R3直至讓蜂鳴器發(fā)聲。溫度（）U1(V) U2(V) U3(V) U4(V)00.450.4500600.450.554.45.01000.450.615.65.6參考文獻(xiàn)1華成英.模擬電子技術(shù)基本教程. 北京:清華大學(xué)出版社,20062康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分. 北京:高等教育出版社,20063邱關(guān)源,羅先覺.電路.5版. 北京:高等教育出版社,20064鄧謙,劉清平,張琦,黃麗貞.電子技術(shù)實(shí)踐2低頻電子線路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書. 南昌:南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院電子實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中心(自編),2010附1元

12、器件清單：序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量1電阻1M12電阻390k13電阻20k24電阻10k45電阻1k66電阻51017電位器10k28電位器20019電容1000F210電容100F211電容0.33F512電容0.1F113二極管IN4007114穩(wěn)壓二極管5.6V115發(fā)光二極管紅色216三極管IN9013117溫度傳感器PT100118運(yùn)算放大器LM324219蜂鳴器120萬(wàn)用板2附2部分元件介紹：1.lm324簡(jiǎn)介：LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端