模擬電路課程設計說明書--溫度檢測報警系統(tǒng)設計

1、課程設計說明書課程設計名稱：模擬電路課程設計課程設計題目：溫度檢測報警系統(tǒng)設計摘要溫度檢測報警器是專門用來檢測電器是否正常使用的一類系統(tǒng)，h常生活中 各電器由于使用方法不對，經常會出現燒壞電器，更嚴重的是可能會造成嚴重的 生命安全問題當溫度超過設定安全溫度時系統(tǒng)會發(fā)出蜂鳴聲來報警，當處于正常 工作狀態(tài)吋則無報警信號產生。設計溫度檢測報警系統(tǒng)，通過pt100隨溫度不同而表現不同的阻值設定不同 的報警溫度，進而設定不同的報警溫度。當溫度超過設定值時，由蜂鳴器通過有 頻率的鳴叫進行報警。對于電源部分首先通過變壓器對220v交流電壓進行降壓, 其次通過橋式整流電路將交流轉化為直流，再次運用電容濾波電路

2、輸出比較穩(wěn)定 的直流電壓。對于其它模塊首先通過pt100對溫度采集和放大，再進行信號的 過濾，而后通過比較器設置相應閾值，當高于設定值時輸出高電平，此時方波發(fā) 生器不驅動，當低于設定值時輸出低電平，方波發(fā)生器驅動，進而驅動蜂鳴器報 警。溫度檢測報警系統(tǒng)可以隨時提醒人們用電器是否工作在正常溫度范圍內，對 整個系統(tǒng)和用電器都能起到保護作用。本次系統(tǒng)的設計可以檢測到輸入信號是否 工作在正常的溫度范圍內，當溫度超過設定溫度時會產牛報警信號，反之則不報 警。本次設計精密溫度檢測系統(tǒng)，報警可調等特點。關鍵字：溫度檢測報警蜂鳴器濾波方波發(fā)生器目錄第一章緒論1第二章整體設計內容及要求22.1設計內容22.2設

3、計要求22.3實驗設計目的22.4總體方案設計2第三章電源模塊電路設計及調試 3.1本單元電路的要求及實現的功能43.2電路結構及參數設計43.3電路的仿真分析53.4該模塊的調試結果63.5調試中的問題6第四章系統(tǒng)電路設計4.1電壓源74.2溫度采樣與放大74.3濾波84.4方波84.5報警控制8第五章系統(tǒng)般105電路的安裝105.2調試10第六章總結與展望13參考文獻14附錄一電路原理圖15附錄二元件清單16附錄三 設計實物圖第一章緒論隨著時間的推移，各家生活水平普遍提升，家家戶戶慢慢走向了電器化的生活。 像我們平常使用的電吹風，電熱水壺，電熱毯，空調等家用電器，而對于這些 電器都普遍面臨

4、一個安全隱患，如果能對這些電器實現報警檢測則對于現在都追 求以人身安全為重要問題的人來說則會十分受歡迎，相信大家都會很樂意多花一 點錢來買個安心。而要解決這個問題則成為了當前商人和消費者所關心的事情。目前，這一技術在國內外已經得到很好的發(fā)展和提高，普遍使用于醫(yī)療、電機、 工業(yè)、溫度計算、阻值計算等高精溫度設備，應用范圍非常之廣泛。日常生活中, 各大電器都需要使用到這個模塊來保證電器使用是否正常。人們不斷提高對用電 器的安全使用及對用電器的及時保護。由我們這種最基本模擬電子技術來設計和 控制的發(fā)展到用數字電路來實現及控制，最后通過單片機的編稈來實現自動控 制。這對于我們電子技術來說是一個飛躍式的

5、發(fā)展。而且這一技術在國內外也越 來越受到大眾的關注，人們開始大量使用這種報警電路來判斷這個電器是否處于 一個安全工作的溫度狀態(tài)。由于我們現在學習的知識有限，還不能達到很高層次 的做好這個課題，我們僅僅只用了我們所能運用的模擬電子技術來實現這一閣功 能，雖然說還是比較低級的，但這對我們來說還是蠻成功的，我們今后一定會用 更好的技術來實現這一功能。第二章設計要求21設計內容設計一個溫度檢測報警系統(tǒng)2. 2設計要求 檢測溫度范圍為0100°,采用箔電阻、精密電阻及電位器組成測量電橋 作為溫度傳感器； 可設定報警溫度上限值0。100。，我們選的是超過60攝氏度的時候報警; 當檢測溫度超過設定

6、上限值時，發(fā)出蜂鳴器報警聲，要求報警聲喃喃間斷 發(fā)聲，頻率約1hz；2. 3實驗設計目的1 通過該實驗提高自身的實驗素養(yǎng)，實驗操作、設計、分析能力，學會將理論 運用到實踐當中，學會實驗調試過程的分析和處理。2. 設計并完成一個可以達到相應設計要求的溫度檢測報警系統(tǒng)。3. 學會電壓源制作。4. 學會濾波，報警電路設計。5. 掌握kia324、101324、lm78、579系列等芯片的使用方法。6. 掌握通過一個放大器設計方波發(fā)生電路。7. 掌握反饋放大電路的計算與實際運用。&掌握比較器電路運用與設計。9.學會動手焊接一個美觀、各項功能達到要求的電路。2. 4總體方案設計根據設計要求可以將

7、該溫度檢測系統(tǒng)分為4個模塊，分別為溫度檢測與放大， 濾波，方波發(fā)生及報警電路。由于電源部分是單獨存在的，故系統(tǒng)除電源外整體 設計框架如圖2.1。圖2.1設計框架報警電路第三章電源模塊電路設計原理3.1電源模塊電路的要求及實現的功能設計一個電源電路，通過變壓器、整流電路、濾波電路、lm7812、lm7912、1m78o5 等穩(wěn)壓芯片控制輸出電壓穩(wěn)定在+12v、一12v、+5v,實現電壓值的穩(wěn)定輸出。 為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的電壓。3.2電路結構及參數設計1如圖3.2電源電路設計，首先由一個變壓器連接220v交流電壓進行變壓， 而后接一個整流管，再通過大小電容cl、c3進行濾波，而后接不同規(guī)格的穩(wěn)壓

8、芯片保證電壓的穩(wěn)定輸出。圖3.1電源部分設計理念圖3.2電源部分電路圖設計2工作原理如圖3.1所示，首先通過一個變壓器對220v交流電壓就行變壓得到u2,再 通過一個整流二極管對該電壓進行全波整流得到u3電壓，而后通過電容的濾波 作用對電路進行濾波得到相對單一的信號，再分別使用不同型號的穩(wěn)壓芯片實現 不同的輸出電壓。3.參數設計依據變壓器：此器件對220v交流電壓進行10:1變壓。in4007：此器件的作用是對變壓后的電壓進行全波整流，選擇該型號是由于其 耐壓值為1000v,可以保護電路。2200uf電容：該電容作用是起濾波作用，由于2200uf電容濾波作用更好，故 選擇2200uf電容，而不

9、是looouf的電容。0.33uf電容：作用是改善負載的瞬態(tài)響應。發(fā)光二極管:起指示作用，發(fā)光二極管亮則表明電源模塊有電壓輸出，進而保護 電路對于穩(wěn)壓芯片的選擇可參考如下資料：78和79系列集成穩(wěn)壓芯片資料（輸出7812為固定電壓值）lm7805lm7812lm7912圖3.3三種穩(wěn)壓芯片的管腳圖lm7805、 lm7812、lm7912如圖3. 3所示分別為三種穩(wěn)壓芯片lm7805. lm7812和lm7912的管腳圖。 將穩(wěn)壓芯片正面對著自己，管腳在下，圓孔端在上，左中右分別是123腳。lm7805輸入端接6vdc,輸出的是5vdc； lm7812輸入端接12-14vdc,輸 出的是12v

10、dc； lm7912輸入端接12-14vdc,輸出的是-12vdc。3.3電路的仿真分析電源部分仿真圖如下圖3.4圖3.4電源模塊仿真圖3.4該模塊的調試結果1調試結果：通過仿真軟件對該模塊進行仿真分析，通過仿真軟件調試得到穩(wěn)定的5v電壓, 而對于要求輸出穩(wěn)定的正負12v電壓則得到了 + 12.16v和一11.96v電壓。2分析：由于對于正負12v的電壓得到的不是精確的值，由于各器件的本身誤差，而 對于后續(xù)電路要求，該結果并不影響系統(tǒng)正常使用。3.5調試中的問題及解決方法問題：電路在單個模塊調試時電源獲得是比較穩(wěn)定的5v電壓與正負12v電壓， 而在進行整體模塊調試時經過比較器時得到的不是穩(wěn)定的

11、正負12v電 壓。解決方法：經過指導老師的指點將濾波電路中的looouf電容改為2200uf的電 容，原因是2200uf電容濾波作用更好，而此時得到的是穩(wěn)定的電 壓。第四章 電路組成及其工作原理4.1電壓源根據系統(tǒng)設計要求需要+5v ,正負12v電壓，所以選擇了 lm7812,lm7912,lm7805等穩(wěn)壓集成ic芯片元器件，則在各個輸出端分別輸出 + 12.07v, -12.16v, +5v電壓值，仿真圖如圖4.1 | 二.圖4.1電源電路仿真4.2溫度采集和放大通過調節(jié)滑動變阻器來調節(jié)不同阻值使其轉化成不同的電信號，而這個信號是 一個相對較小和變化相對緩慢的信號，此時就需要一個對該信號放

12、犬的電路，考 慮到有一定的干擾信號，而又要避免對干擾信號的放大，所以我們將采取差分放 大電路。仿真圖如圖4. 2.圖4.2 溫度采集與放大4.3濾波信號采集和放大處理好了，對于任何一個信號的采集都會夾雜著一些干擾信 號，要對此信號進行過濾了，所以我們選擇二階低通濾波器。然后在一個比較器 上對得到信號與設置的基準信號進行比較，若大于設置的基準電壓則輸出低電 平，高于設置的基準電壓則輸出高電平。仿真圖如圖4. 3圖4.3濾波電路4.4方波由于設計要求當超過一定的溫度時蜂鳴器要以1hz的頻率響，因此我們選了一 個周期為1秒的方波振蕩器，根據公式我們選r3=50kq , c=10uf.當溫度超過設 定

13、的溫度時，比較器輸出低電平，有方波產生，蜂鳴器響。當溫度處于正常狀態(tài) 吋比較器輸岀高屯平，無方波產生，蜂鳴器不響。4.5報警控制該電路圖左邊部分是方波發(fā)生電路，右邊部分是蜂鳴器控制報警電路。當方波 發(fā)生器輸出高電平時，三極管飽和導通，蜂鳴器獲得電工作發(fā)岀鳴響，當方波發(fā) 生器輸出低電平時三極管截止，蜂鳴器失電，停止工作。這就是為什么我們聽到 的是滴答滴答的報警聲。方波發(fā)生電路及報警電路仿真圖如圖4.4| 電聒1 lultisia【電略1 ）口團區(qū)ghne® xsfiq） wnr轉血® 工aq）拓頁 a（q）旨口® mft®j5jxid由已町ib越q %e3

14、冏回夸囚e3 7匚1一軌的亦一丫 ?“訕 i-t"fi 滄了> ii 匕 c± :二二“幼園：2h 3電灼18 0s世gu3031bh6202 ：1n4734ar1801 :x1n473mbuzzer 200 hz -2n22 力缶*設m 曲31 - vultibir罰 ip3 文字-1 報蘭$e i3»fb14hew!oc虜面”0 ：w tl 05圖4.4方波發(fā)生電路及報警電路第五章整體電路實驗調試測試5.1電路的安裝為了驗證系統(tǒng)的合理性和可行性,需要對系統(tǒng)進行組裝調試。木次課設分了 四個模塊，有電源電路、溫度檢測放大電路、濾波電路、方波發(fā)生電路和蜂鳴器

15、驅動報警電路。大家一起合作完成了四個模塊的組裝調試，最后一起進行了整個 系統(tǒng)的調試。整體模塊實物圖如圖5. 1圖5.1設計實物圖15.2.調試按照系統(tǒng)圖連接好實物圖，分別按以下步驟調試，使用示波器、萬用表等儀器進行調試1 將電源部分實物圖焊接好后測得相應數據如下芯片型號ui/vuo/vo5781216. 1012.10lm7912-16.25-12.18lm780512.105.00后在三芯片分別接入10kq電阻后測得的各項輸入輸出電壓幾乎不變。2微調r16,直到基準電壓u2d的值為5v （我們設計的報警電壓）。3. 電壓源與其他設計電路連通后，把代替pt100的200q的電位器調至100q

16、（即 pt100對應的溫度為0攝氏度），然后再微調r3直到ulc的電壓值為零。4. 將替換電位器再調至123. 24q （pt100對應的溫度為60攝氏度,即我們設計 報警的上限報警溫度）。微調r5,再報警的一瞬間馬上停止。5重復3、4步直到電位器100 q時ulc二0,電位器為123. 24 q時ulc二5v。6. 經過反復測量調試的岀以下表格qr3/qulc/vu2d/vu2c/v100. 10100-0.01510. 481151003.29510. 48123.31005.015-11.9615010010. 425.01-11.96ptloo/由“第三章溫度采集放大”的計算介紹中可知

17、:報否是警否否是是ulc 二 10（ulbula）經過測壓得到以下數據：（pt10 0為123.3q）ulb二0. 91v ula=0. 3v ulc二5. 01v 通過數據得到放大倍數 a二& 237. pt100為150q時,用示波器分別查看了 u2a端與u2c端的波形、幅值、及頻 率。第六章實驗小結與展望經過查詢資料、方案設計、仿真測試、選用器材、焊接調試、連接電路的一系 列過程，運用低頻模擬電子技術，實現了溫度檢測報警功能.通過本次溫度檢測報警系統(tǒng)的設計，將目前學到的各低頻知識點融合到一起形 成一個簡單的系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)實用性可能并不好，但是通過系統(tǒng)設計可以檢驗 到自己的知識點

18、掌握的怎么樣。在設計的過程屮我們用了自己的理論知識去分析 和計算電路圖，將所學的知識運用到現實當中去了。從這次課設中總結的結論是, 在各知識點學習中考慮的都是理論狀態(tài)下的情況，而理論和實際總是會含有一定 偏差，我們不可能把實際當中各外界情況都考慮進去，只有通過不斷地去調試， 理論與實際結合才能把系統(tǒng)順利完成。該系統(tǒng)的設計口讓我們深刻理解了團隊合作的重要性，只有各個模塊設計合理 并口實現預期結果吋，整體系統(tǒng)才能達到預期的結果。同時在調試中也需要互相 合作才能共同發(fā)現和解決實驗中遇到的問題。在這次的系統(tǒng)設計中，我對一些測試硬件、multiuse軟件及其使用有了更深刻 的認識。比如說，我在實驗中，知

19、道是怎么樣濾波，怎樣使用采樣和分析，另外, 用文檔形式寫報告，是我們以前從來沒有嘗試過的?？梢哉f，做這次的測試技術 實驗，我們學生自己的能力得到了充分的發(fā)揮，跟以往那些充滿條條框框的實驗 是不同的。對于實際情況中該系統(tǒng)實用性可能并不好，該電路運用的一些元器件和芯片性 能都不怎么好，述是處在低端水平，不過相信通過后續(xù)課程的學習，對該系統(tǒng)一 定會慢慢用更好的器件代替其屮的一些模塊，最終達到實用性也好。在這個電器 逐步普遍化的時代，溫度檢測報警系統(tǒng)已經得到了很好的發(fā)展，相信該系統(tǒng)一定 會有很好的發(fā)展前景，只要不斷更新該技術，一定會有一片大好的發(fā)展前景。參考文獻1 華成英模擬電子技術基本教程.北京:清

20、華大學出版社,20062 邱關源，羅先覺.電路5版.北京:高等教育岀版社,20063 鄧謙,劉清平，張琦，黃麗貞.電子技術實踐2 低頻電子線路實驗指導 書南昌航空大學信息工程學院電子實驗實踐屮心（自編）4 .謝自美.電子線路綜合設計（第一版）m.武漢:華中科技大學出版社， 20065 沈小豐，余瓊蓉.電子線路實驗一一模擬電路基礎m.北京:上清華大學出 版社，20066 .童詩白.模擬電子技術基礎（第五版）m.北京：高等教育岀版社，20057 陳國華，陳紅英.應用電子技術專業(yè)大型實驗的實踐j.實驗室研究與探 索,1996,（04）8 伍學珍.模擬電子技術理論教學、仿真實驗平臺與實習三者的互動j.

21、沈 陽電力高等?？茖W校學報,2001,（02）.附錄一電路原理圖電路原理圖如圖附圖1.5vddk-亂一tssslive£ 10kqt12vz=o.o1|1fvel 1k0c7p0.01|if"u2ar14noo <50% 齊jr3>1300 12000key-akey-a100%r14ikn-12vc7=z0.01|ifvee 10ko "i-12v 丄c4 zpo.oipfqr410k12v附錄二芯片介紹1. 78和79系列集成穩(wěn)壓芯片資料(輸出為固定電壓值)to-2201- 輸入.input2 地.gnd3_輸出.output7812o79 j2l

22、m7805lm7812lm7912附圖2三種穩(wěn)壓芯片的管腳圖lm7805、 lm7812、 lm7912如附圖2所示分別為三種穩(wěn)壓芯片lm7805. lm7812和lm7912的管腳圖。 將穩(wěn)壓芯片正面對著自己，管腳在下，圓孔端在上，左中右分別是123腳。 lm7805輸入端接6vdc,輸出的是5vdc； lm7812輸入端接12-14vdc,輸岀 的是12vdc； lm7912輸入端接12-14vdc,輸出的是-12vdc。2. iai324 資料lm324系列器件帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準 運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。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 圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中釆用外部偏置元件的必要性。每一 組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、'為兩 個信號輸入端，“v+”、“v”為正、負電源端，“vo”為輸出端。兩個信號