電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、一、任務(wù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)電網(wǎng)電壓異常報(bào)警電路，掌握電網(wǎng)電壓異常報(bào)警電路的工作原理?；疽螅?.用壓電陶瓷蜂鳴片作為電聲元件。2.設(shè)電網(wǎng)電壓的正常波動(dòng)范圍為190250V（單相交流有效值），在此范圍內(nèi)，報(bào)警器不發(fā)聲。3.當(dāng)電網(wǎng)電壓高于250V（誤差不超過±5V）時(shí)，報(bào)警器發(fā)出兩種頻率交替的“滴嘟、滴嘟”聲響。4.當(dāng)電網(wǎng)電壓低于190V（誤差不超過±5V）時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式聲響。二、總體設(shè)計(jì)思想1.基本原理日常生活中，我們不可避免地要用到家用電器等各種各樣的電器設(shè)備。由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，在較高的電壓下很有可能使電器設(shè)備受到損壞，而在低壓時(shí)電器設(shè)備不能正常工作。在這種情況下就

2、需要有一個(gè)電壓報(bào)警指示設(shè)備，其可以及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行分段指示并對(duì)過、欠壓進(jìn)行指示報(bào)警，使用戶可以放心的使用各種電器設(shè)備。該電路的設(shè)計(jì)原理是運(yùn)用橋式電路先將電網(wǎng)上的交流電轉(zhuǎn)換成直流電以提供采用信號(hào)，并通過穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定度較高的直流電壓為各種器件提供工作電壓。比較電路可以使用集成電壓比較器，也可以使用集成運(yùn)算放大器搭成（本設(shè)計(jì)使用集成電壓比較器）。報(bào)警電路既可以采用555芯片構(gòu)成的自激多諧振蕩器，也可以使用邏輯電路搭成環(huán)形振蕩器（本設(shè)計(jì)采用555芯片構(gòu)成自激多諧振蕩器）。同時(shí)用邏輯電路控制報(bào)警電路和指示電路的工作。2.系統(tǒng)框圖圖1 系統(tǒng)框圖三、具體設(shè)計(jì)1.模塊分析（1）降壓電路降壓電路采用

3、變壓器直接變壓，輸出12V交流電。想用電容降壓，但考慮到比較危險(xiǎn)，所以最后采用變壓器變壓。采用轉(zhuǎn)換效率高，漏磁少的變壓器，以減少整機(jī)功耗。（2）整流電路整流電路一般分為半波和全波整流。全波整流與半波整流相比，在相同的變壓器的副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，其中橋式整流最為常用。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了橋式整流。（3） 濾波電路電容濾波電路是最常見也是最簡(jiǎn)單的濾波電路，在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻的兩端），并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，利用其充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。本設(shè)計(jì)采用RC型

4、濾波器進(jìn)行濾波，并配合后級(jí)的電解電容和瓷片電容使輸出的直流電壓更加平滑，紋波電壓更小。（4） 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等類型。本著使電路簡(jiǎn)單化、高效化、穩(wěn)定化的思想，本設(shè)計(jì)采用了集成穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為集成運(yùn)放提供工作電壓以及為比較器提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，保證了電網(wǎng)電壓報(bào)警的準(zhǔn)確性。（5） 采樣電路采樣電路的功能是從電網(wǎng)電壓分壓后采樣當(dāng)前電壓，然后送至比較器進(jìn)行比較，檢測(cè)電壓是否異常。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)電阻分壓采樣。（6） 比較電路比較電路是由兩組電阻降壓后的6V電壓分壓后分別給比較器提供基準(zhǔn)電壓，改變此基準(zhǔn)電壓即可改變報(bào)警上下限（電壓的上下限為

5、190V250V）將采樣電路采樣到的電壓與兩基準(zhǔn)電壓分別進(jìn)行比較，即可檢測(cè)出電網(wǎng)電壓是否異常，并輸出相應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)后級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意盡量不使運(yùn)放的兩輸入端電壓高于其電源電壓。使用電壓表測(cè)量?jī)蓚€(gè)基準(zhǔn)電壓點(diǎn)的電壓，調(diào)節(jié)可變電阻W8，使上下限電壓分別為3.41V和2.59V，觀察此時(shí)可變電阻的接入值，與理論計(jì)算相差不大，為3.17K。（7）報(bào)警電路555時(shí)基電路是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。由于它使用方便，故本電路使用555組成報(bào)警電路。本報(bào)警電路可發(fā)出“嘀嘟”和“嘀嘀”兩種聲音報(bào)警。由比較電路的輸出信號(hào)來(lái)控制其發(fā)聲類型，以

6、區(qū)別電壓異常是過壓或欠壓。本設(shè)計(jì)要求超壓報(bào)警使用“嘀嘟”聲，欠壓報(bào)警使用“嘀嘀”聲。由于兩種聲音均需兩塊555構(gòu)成，故選用一片內(nèi)含兩塊555電路的NE556芯片。為了節(jié)約成本，將兩種聲音發(fā)生電路整合到一起，使用比較電路輸出的信號(hào)作為控制兩種聲音切換，該報(bào)警器用邏輯驅(qū)動(dòng)電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警器的驅(qū)動(dòng)。具體的說(shuō)就是經(jīng)過集成電壓比較器的比較，輸出四個(gè)高低不同的電壓，經(jīng)過上面的邏輯電路后，在五個(gè)輸出端只有一個(gè)輸出端的輸出是高電壓，該高電壓會(huì)根據(jù)不同情況驅(qū)動(dòng)后面的電路進(jìn)行工作。為了實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，電路中加入了不同顏色的發(fā)光二極管。當(dāng)電路處于過壓狀態(tài)時(shí)，輸出電壓就會(huì)通過邏輯電路來(lái)驅(qū)動(dòng)LED1使其發(fā)光，其他情況均

7、相同。該邏輯控制的具體工作方式是，當(dāng)電源電壓高于250V時(shí)，兩個(gè)電壓比較器的輸出電平分別為高、高。此時(shí)，通過邏輯控制電路使紅色指示燈發(fā)光，報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，電路處于超高狀態(tài)；當(dāng)電源電壓處于190V到250V之間時(shí)，兩個(gè)電壓比較器的輸出電平分別為高、低。此時(shí)，綠色指示燈發(fā)光，報(bào)警器不報(bào)警，電路正常工作。當(dāng)電源電壓低于190V時(shí)，兩個(gè)電壓比較器的輸出電平分別為低、低。此時(shí)，紫色指示燈發(fā)光，報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，電路處于過低狀態(tài)。四、結(jié)論1、電路的設(shè)計(jì)原理是運(yùn)用橋式電路先將電網(wǎng)上的交流電轉(zhuǎn)換成直流電以提供采用信號(hào)，并通過穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定度較高的直流電壓為各種器件提供工作電壓。2、比較電路可以使用集成電壓比較

8、器，也可以使用集成運(yùn)算放大器搭成（本設(shè)計(jì)使用集成電壓比較器）。報(bào)警電路既可以采用555芯片構(gòu)成的自激多諧振蕩器，也可以使用邏輯電路搭成環(huán)形振蕩器（本設(shè)計(jì)采用555芯片構(gòu)成自激多諧振蕩器）。3、同時(shí)用邏輯電路控制報(bào)警電路和指示電路的工作。實(shí)踐表明，一個(gè)電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝，往往也難于達(dá)到預(yù)期的效果。因此，調(diào)試電子電路的技能對(duì)于從事電子技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域工作的人員來(lái)說(shuō)，是不可缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬(wàn)用表、示波器和信號(hào)發(fā)生器。在該設(shè)計(jì)中本著安裝一級(jí)調(diào)試一級(jí)的原則，對(duì)電路進(jìn)行了認(rèn)真的安裝和調(diào)試。發(fā)現(xiàn)了很多問題，經(jīng)過老師的指點(diǎn)，同學(xué)們的共同討論，及時(shí)對(duì)安裝電路所出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行了改正

9、。邏輯控制電路的各芯片工作電源均由直流穩(wěn)壓電源提供，為9V。在調(diào)試中每連接一個(gè)芯片后，都要測(cè)量一下其輸出是不是合理，然后再進(jìn)行下一步，以便發(fā)現(xiàn)問題隨時(shí)解決。該邏輯控制的具體工作方式設(shè)計(jì)大致如下：設(shè)計(jì)高電平為“1”，低電平為“0”，則當(dāng)電源電壓高于250V時(shí)，兩個(gè)電壓比較器的輸出電平分別為高、高，即為1、1。此時(shí)，通過邏輯控制電路使紅色指示燈發(fā)光，報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，電路處于超過壓狀態(tài)；當(dāng)電源電壓在1當(dāng)電源電壓處于190V到250V之間時(shí)，兩個(gè)電壓比較器的輸出電平分別為高、低即為1、0。此時(shí)，代表正常狀態(tài)的綠色指示燈發(fā)光，報(bào)警器不報(bào)警，電路正常工作。當(dāng)電源電壓低于190V時(shí)，兩個(gè)電壓比較器的輸出電平

10、分別為低、低，即為0、0。此時(shí)，紫色指示燈發(fā)光，報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，電路處于過低狀態(tài)。設(shè)計(jì)要注意應(yīng)用芯片的負(fù)載范圍，從而選用相應(yīng)的芯片來(lái)完成其功能。參考資料1 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2001.2 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社，1997.3楊欣.電子設(shè)計(jì)從零開始M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.4 孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，1998.5 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2001.五、附錄1.原理圖 2.仿真圖 3.元件清單名稱規(guī)格數(shù)量備注變壓器22012V1T1整流橋二極管1B1電阻1K3R4、R10、R11電阻10K5R3、R5、R7、R9、R13電阻30K1R1電阻47K1R