溫度過高報(bào)警器

1、前言溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工、農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。溫度控制電路在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。日常生活中也可以見到，如電冰箱的自動(dòng)制冷、空調(diào)器的自動(dòng)控制、大棚種植溫度的自動(dòng)控制等等。利用（模擬）溫度控制開關(guān)和聲響集成電路制作一個(gè)溫度報(bào)警器，也可以演示自動(dòng)控制電路的工作原理。電路的觸發(fā)端接在固定電阻器和微調(diào)電阻器的中間，改變電阻的分壓，我們就模擬外界環(huán)境的溫度變化或降低。當(dāng)電路的觸發(fā)端電壓降低到我們預(yù)設(shè)的低電壓時(shí)（低溫），觸發(fā)聲響集成單頻電路工作。當(dāng)電路的觸發(fā)端電壓升高到我們預(yù)設(shè)的高電壓時(shí)（高溫）

2、，觸發(fā)聲響集成雙頻電路工作。即達(dá)到了調(diào)節(jié)微調(diào)電阻器的阻值，改變電路以不同聲響報(bào)警時(shí)的溫度。從而達(dá)到了以電壓模擬溫度變化的控制。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。因此傳感器在此溫度報(bào)警器的制作中起了重要的作用。目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.1設(shè)計(jì)的任務(wù)22.2 課程設(shè)計(jì)的要求23 設(shè)計(jì)方案與論證33.1設(shè)計(jì)方案33.1.1 設(shè)計(jì)目的33.1.2設(shè)計(jì)要求33.1.3 設(shè)計(jì)思路33.1.4 設(shè)計(jì)框

3、圖43.1.5制作溫度過高報(bào)警器電路圖43.2設(shè)計(jì)論證54 設(shè)計(jì)原理和功能說明64.1設(shè)計(jì)原理64.2 功能說明65 單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）65.1 運(yùn)算放大電路65.2 熱敏電阻電路75.3 電位器電路85.4 三極管電路96 硬件的制作與調(diào)試106.1電路的制作106.2 調(diào)試電路107 總結(jié)11附錄1：電路圖和仿真圖12附錄2；元器件清單131 課程設(shè)計(jì)的目的（1） 綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)際應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。（2）通過查閱手冊和參考文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。（3）熟悉常用電子元器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。（4）掌握電子電路的安

4、裝和調(diào)試技能。（5）熟悉使用各類數(shù)字式電子儀器的規(guī)范使用方法。（6）學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)論文。（7）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。（8）培養(yǎng)勤于思考的習(xí)慣，同時(shí)通過設(shè)計(jì)并制作電子產(chǎn)類品，增強(qiáng)學(xué)生這方面的自信心及興趣。（9）讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已學(xué)過的定性分析、定量計(jì)算的方法，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法。（10）在課程設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)化自己的團(tuán)隊(duì)合作意識。 2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)的任務(wù) 1綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)際應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)。 2通過查閱手冊和參考文獻(xiàn)資料培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。 3熟悉常用電子元器件的類型和特性

5、并掌握合理選用的原則。 4掌握電子電路的安裝和調(diào)試技能。5熟悉使用各類數(shù)字式電子儀器的規(guī)范使用方法。 2.2 課程設(shè)計(jì)的要求1、掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路；調(diào)查研究和設(shè)計(jì)計(jì)算確定電路方案；選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。2、培養(yǎng)一定的自學(xué)能力、獨(dú)立分析問題的能力和解決問題的能力。包括：學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方；對設(shè)計(jì)中遇到的問題，能通過獨(dú)立思考、查詢工具書和參考文獻(xiàn)來尋找解決方案，掌握電路測試的一般規(guī)律；能通過觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷的基本方法解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一般故障；能對實(shí)驗(yàn)結(jié)果獨(dú)立地進(jìn)行分析，進(jìn)而做出恰當(dāng)?shù)脑u價(jià)。3、掌握

6、普通電子電路的生產(chǎn)流程及安裝、布線、焊接等基本技能。4、鞏固常用電子儀器的正確使用方法，掌握常用電子器件的測試技能。5、通過嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀。3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1設(shè)計(jì)方案3.1.1 設(shè)計(jì)目的 利用模電原理設(shè)計(jì)一電路，使其在電腦顯卡溫度超過60時(shí)自動(dòng)報(bào)警。以便更好的保護(hù)顯卡。 3.1.2設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)能滿足要求的溫度測量及報(bào)警電路；（2）要求繪出原理圖，并用Mustlim畫出仿真圖；（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)好電路，選好元件及參數(shù)；（4）在萬能板、PCB板上或面包板上安裝好電路并調(diào)試

7、；（5）擬定測試方案和設(shè)計(jì)步驟；3.1.3 設(shè)計(jì)思路（1）用蜂鳴器作為電聲元件；（2）當(dāng)溫度在60范圍內(nèi)（允許誤差±1）時(shí)報(bào)警器不發(fā)聲響，當(dāng)溫度超過這個(gè)范圍時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲響，并根據(jù)不同音調(diào)區(qū)分溫度的高低，（3）設(shè)計(jì)并制作本電路所用直流電源。3.1.4 設(shè)計(jì)框圖溫度模擬信號直流電源運(yùn)算放大電路音頻報(bào)警器3.1.5制作溫度過高報(bào)警器電路圖        該溫度報(bào)警器的主要電路由熱敏電阻RT、可調(diào)電阻電位器RW、 運(yùn)算放大器LM358 三極管和蜂鳴器五部分組成。3.2設(shè)計(jì)論證 根據(jù)電路圖連接電路后，接入5V10V電源后

8、，電路中將產(chǎn)生兩個(gè)分壓電路，分別是電阻R1、R2組成分路，R3、熱敏電阻RT、滑動(dòng)電位器RW組成電路。利用滑動(dòng)電位器調(diào)節(jié)電阻設(shè)定不同的溫度報(bào)警。仿真圖如下仿真圖4 設(shè)計(jì)原理和功能說明4.1設(shè)計(jì)原理利用模電設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)電路（如上原理圖）。電路主要由熱敏電阻RT、可調(diào)電阻電位器RW、 運(yùn)算放大器LM358 三極管和蜂鳴器組成。 利用電路中的運(yùn)算放大器LM358做成的一個(gè)電壓比較器。所謂電壓比較器，就是當(dāng)它的同相輸入端（第3腳）的電位高于反相輸入端（第2腳）的電位的時(shí)候，其輸出端（第1腳）輸出為高電平；當(dāng)同相輸入端的電位低于反相輸入端的時(shí)候，輸出端立刻翻轉(zhuǎn)為低電平。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們在其兩個(gè)輸入端分

9、別建立一個(gè)獨(dú)立的分壓回路，其中的固定電阻R1、R2為運(yùn)放的反相端提供一個(gè)固定不變的參考電位。而運(yùn)放的同相輸入端的電位則由RT、R3及RW共同決定，當(dāng)溫度升高的時(shí)候，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的阻值會(huì)明顯降低，導(dǎo)致運(yùn)放同相輸入的電位在原來的基礎(chǔ)上升高。調(diào)節(jié)RW，可以使達(dá)到某個(gè)設(shè)定溫度時(shí)，運(yùn)放的同相輸入端電位正好高于反相輸入端的電位，這時(shí)輸出端為高電平，這個(gè)高電平能夠使得一只小功率NPN三極管9014飽和導(dǎo)通，蜂鳴器得電發(fā)出高頻聲響！4.2 功能說明 電路設(shè)計(jì)完成及做成實(shí)物后，器件可實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度時(shí)自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)電路中熱名電阻阻值減小，使運(yùn)算放大器的同向輸入端電位升高，輸出高

10、電平經(jīng)三極管放大后作用于蜂鳴器使其發(fā)出聲響。本器件可運(yùn)用到對溫度有特殊要求的環(huán)境中。達(dá)到對環(huán)境溫度的隨時(shí)監(jiān)控。5 單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）5.1 運(yùn)算放大電路運(yùn)算放大器（簡稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。運(yùn)算放大器最早被設(shè)計(jì)出來的目的是將電壓類比成數(shù)字，用來進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算。符號如下運(yùn)放如圖有兩個(gè)輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個(gè)輸出端o。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。）之間，且其實(shí)際方向從a 端高于公共端時(shí)，輸出電壓U

11、實(shí)際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當(dāng)輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實(shí)際方向相對公共端恰好相同。為了區(qū)別起見，a端和b 端分別用"-"和"+"號標(biāo)出，但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。電壓的正負(fù)極性應(yīng)另外標(biāo)出或用箭頭表示。一般可將運(yùn)放簡單地視為：具有一個(gè)信號輸出端口（Out）和同相、反相兩個(gè)高阻抗輸入端的高增益直接耦合電壓放大單元，因此可采用運(yùn)放制作同相、反相及差分放大器。 運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高

12、于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。運(yùn)算放大器的輸出信號與兩個(gè)輸入端的信號電壓差成正比。 5.2 熱敏電阻電路熱敏電阻器是敏感元件的一類，本電路中運(yùn)用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，屬于半導(dǎo)體器件。熱敏電阻將長期處于不工作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于c區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能工作也可能不工作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，工作時(shí)間隨著電流的增加而急劇縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及工作電流。 本設(shè)計(jì)運(yùn)用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

13、，當(dāng)溫度過高時(shí)電阻減小，以滿足運(yùn)算放大器同向輸入端電位高于反向輸入端電位運(yùn)算放大器輸出。5.3 電位器電路 電位器 （英文：Potentiometer）是可變電阻器的一種。通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成，即靠一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上移動(dòng)，獲得部分電壓輸出。 電位器的作用調(diào)節(jié)電壓（含直流電壓與信號電壓）和電流的大小。 電位器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電位器的電阻體有兩個(gè)固定端，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上的位置，則改變了動(dòng)觸點(diǎn)與任一個(gè)固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。 電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸點(diǎn)之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通

14、過轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓。它大多是用作分壓器，這時(shí)電位器是一個(gè)四端元件。電位器基本上就是滑動(dòng)變阻器，有幾種樣式，一般用在音箱音量開關(guān)和激光頭功率大小調(diào)節(jié)電位器是一種可調(diào)的電子元件。 用于分壓的可變電阻器。在裸露的電阻體上，緊壓著一至兩個(gè)可移金屬觸點(diǎn)。觸點(diǎn)位置確定電阻體任一端與觸點(diǎn)間的阻值。按材料分線繞、炭膜、實(shí)芯式電位器；按輸出與輸入電壓比與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系分直線式電位器（呈線性關(guān)系）、函數(shù)電位器（呈曲線關(guān)系）。主要參數(shù)為阻值、容差、額定功率。本設(shè)計(jì)運(yùn)用直線式電位器（呈線性關(guān)系）。本設(shè)計(jì)運(yùn)用電位器調(diào)節(jié)使達(dá)到滿足需要時(shí)

15、溫度過高報(bào)警。5.4 三極管電路半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向連結(jié)的PN結(jié)面，如圖1所示，可有pnp和npn 兩種組合。三個(gè)接出來的端點(diǎn)依序稱為發(fā)射極（emitter,E）、基極（base,B）和集電極（collector,C），名稱來源和它們在三極管操作時(shí)的功能有關(guān)。圖中也顯示出 npn與pnp三極管

16、的電路符號，發(fā)射極特別被標(biāo)出，箭號所指的極為n型半導(dǎo)體， 和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時(shí)，兩個(gè)pn接面都會(huì)形成耗盡區(qū)，將中性的p型區(qū)和n型區(qū)隔開。 pnp和npn三極管的結(jié)構(gòu)及其示意圖6 硬件的制作與調(diào)試6.1電路的制作 首先檢查各個(gè)元件是否有損壞，然后按照電路圖開始焊接。焊接開始前先大致確定主要的位置并固定好，一邊焊接其它小型元件一邊按照電路圖用引線連接元件。焊接完成后，檢查有沒有錯(cuò)焊，漏焊和虛焊以及有無連接在一起的焊點(diǎn)，還必須一一檢查引線有沒有出錯(cuò)。檢查無誤后，接通電源檢查前級和后級，最后加熱使其達(dá)到2臨界點(diǎn)，如實(shí)現(xiàn)了報(bào)警和降溫，設(shè)計(jì)成功。 6.2 調(diào)試電路 將做好的電路接在一個(gè)5V

17、10V的直流電源上，左右調(diào)節(jié)電位器RW，在正常情況下，當(dāng)電位器處于最大阻值時(shí)蜂鳴器應(yīng)發(fā)聲，而最小阻值時(shí)應(yīng)無聲。如果你做好的電路不是這樣的話，多數(shù)是電路焊接有誤或者是元件取值偏差太大！如果電路正常的話，可以調(diào)試使得本電路在“危險(xiǎn)溫度”的時(shí)候發(fā)出報(bào)警聲。至于這個(gè)“危險(xiǎn)溫度”設(shè)置在什么位置，完全由你個(gè)人決定！一般情況下，內(nèi)外溫差在15左右。因此，打算將報(bào)警器的報(bào)警溫度設(shè)置在60！確定好了“危險(xiǎn)溫度”以后，準(zhǔn)備一個(gè)普通的溫度計(jì)，然后將它放在一杯熱水中，同時(shí)將溫度探頭插入熱水中。注意，只要將溫度探頭的熱敏核心放在水面以下即可，不要讓它的兩個(gè)引腳與水接觸（也可以用隔水材料包起來）。觀察溫度計(jì)，當(dāng)水溫逐漸降

18、到60時(shí)，調(diào)節(jié)電路中的電位器使得蜂鳴器這時(shí)正好開始發(fā)聲！電路調(diào)試結(jié)束，將電位器焊下來，用萬用表測得其阻值后用同阻值的固定電阻代替。7 總結(jié)這次確實(shí)讓我們學(xué)到了很多。我們不僅要選好元件，還要把這些元件合理地組織起來，所以我們要學(xué)會(huì)如何尋找和搜索自己需要的資料。這一次，是第一次做設(shè)計(jì)經(jīng)歷兩次失敗，歷經(jīng)五天。雖然有些困難，但是經(jīng)過努力，我們還是完成了電路的設(shè)計(jì)。經(jīng)過本次的設(shè)計(jì)，我們學(xué)到了很多的知識，了解到了傳感器能夠把自然界的各種非電量轉(zhuǎn)換為電信號的能量物理理念。 從本次的實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)中，我們還意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。培養(yǎng)了一定的獨(dú)立思考能力、解決問題的能力。同時(shí)也學(xué)到了和他人愉快合作的技巧。每當(dāng)我們遇到問題時(shí)，我們學(xué)