模電課程設計 溫報警器

1、 課程設計報告書溫度報警器的設計 學 院 電子與信息學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 課程編號 課程學分 起始日期 教師評語教師簽名：日期：成績評定備注 目 錄一、選題背景 1二、方案論證(設計理念) 11、設計題目要求 12、總體設計方案 12.1 設計思路 12.2 設計方案 12.3 方案論證與比較 2三、單元電路設計 31 窗口比較器電路 3 32 555多諧振蕩器電路 3 32 三極管基本開關(guān)電路 4四、整機電路 4.1 整機電路圖 5 4.2 元件清單 7 五、性能指標的測量與分析 7 5.1 電路測試 7 5.1.1 測試使用的儀器 7 5.1.2指標測試步驟、測量數(shù)

2、據(jù)與分析 7 5.1.3 故障分析及處理 8 六、課程設計總結(jié) 9七、參考文獻 10溫度報警器的設計一、選題背景設計制作一個測溫電路，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生相應的反應。若外界溫度t1，測溫裝置感所應的溫度t(t>t1)，加熱到t2：若t1<t<t2，電路以指示燈閃亮，但揚聲器不報警；若t<t1或者t>t2，電路指示燈熄滅，同時揚聲器報警，警報聲頻率為1kHz。二、方案論證(設計理念) 1 設計題目要求本課題要求設計制作一個測溫器，檢測并顯示環(huán)境溫度的變化。 要實現(xiàn)的功能：假設常溫為t1、經(jīng)加熱后的溫度為t2，當測溫裝置感所應的溫 度t：t1<t<t

3、2，電路以指示燈閃亮，閃爍頻率為0.5Hz，但揚聲器不報警；t<t>t2，電路指示燈熄滅，同時揚聲器報警，警報聲頻率為1kHz。 應解決的主要問題：為完成上述課題所要求的功能，重點在于： 如何將不同區(qū)間的溫度轉(zhuǎn)化成我們所需要的電壓或電流信息，進而通過這些信息實現(xiàn)不同溫度區(qū)間的功能的實現(xiàn)；對揚聲器和電路指示燈不同頻率的控制。 應達到的技術(shù)要求：對溫度信號的準確獲??；對揚聲器和電路指示燈的頻率的準確控制；各電路模塊的整體配合。本課題在于檢測環(huán)境中的溫度變化，可準確地運用于環(huán)境溫度的檢測。21 設計思路使用窗口比較器進行對電壓信號的篩選，使用555振蕩器控制蜂鳴器和指示燈的閃爍頻率，使用

4、反相器對高低電平進行轉(zhuǎn)換。22提出方案滿足上述設計功能可以實施的方案很多，現(xiàn)提出以下幾種方案： 221方案一 原理方框圖（圖1） 圖1 方案一原理圖 原理通過窗口比較器使電路分為兩部分，一部分直接連接555多諧振蕩電路，控制蜂鳴器響應，另一部分通過反相器接555以及指示燈，使之滿足一下條件。當t1<t<t2時，比較器輸出低電平，使用三極管的基本開關(guān)電路輸出高電平，使振蕩器工作，指示燈閃爍；而蜂鳴器所接555的RD端為低電平，不工作。當t<t1或者t>t2時，比較器輸出高電平，接入555的RD端，蜂鳴器響；而指示燈所接555的RD端為低電平，指示燈不工作。222方案二 原

5、理方框圖（圖2） 圖2 方案二原理圖 原理 先將溫度變化轉(zhuǎn)化成的電壓變化輸入555多諧振蕩器，在555多諧振蕩器的輸出端使用窗口比較器，對輸出信號進行判斷，并選擇使蜂鳴器工作或者指示燈工作。23對各方案進行可行性分析、比較，選出最佳方案。方案一在實行起來可以分步完成每個部分的電路，最后再一起進行調(diào)試。先使用窗口比較器，可以準確區(qū)分電壓的不同，并使用兩個555多諧振蕩器進行頻率的設定，比較方便。方案二首先用555多諧振蕩器將輸入電壓轉(zhuǎn)化成頻率，但是由于指示燈和蜂鳴器的頻率要求不同，在之后的電路中難以達到頻率要求，將窗口比較器接在多諧振蕩器的輸出部分也比較復雜。因此，選擇方案一進行實驗。三、 單元

6、電路設計 31窗口比較器電路311 窗口比較器電路及其工作原理或功能說明窗口比較器具有兩個門限電平，可以檢測輸入模擬信號的電平是否處在給定的兩個門限電平之間。在元件選擇與分類，或?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場進行監(jiān)視與控制時，窗口比較器(圖3)是很有用的。 當輸入電壓uI>URH時，uI>URL,所以集成運放A1的輸出uO1=+UOM，A2的輸出uO2=-UOM。使得二極管D1導通D2截止,穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓uO=+UZ。 當輸入電壓uI<URL時,uI<URH,所以集成運放A1的輸出uO1=-UOM，A2的輸出uO2=+UOM。使得二極管D2導通D1截止,電流通路如圖所標

7、注，穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓uO=+UZ。 URL<uI<URH時,uO1=uO2=-UOM，所以D1和D2均截止,穩(wěn)壓管截止,uO=0。URH和URL分別為比較器的兩個閾值電壓,設URH和URL均大于零,則傳輸特性如圖4所示。 圖3 窗口比較器 圖4 傳輸特性312 窗口比較器電路元件的選取與計算（元件標號見整機電路）R(20度)=12.2kR(70度)=2.0k取R1=8.2k，可得R6：R7：R8=3:1:2。因此取R6=3k，R7=1.1k，R8=2k。32 多諧振蕩器電路321多諧振蕩器電路及其工作原理或功能說明由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖5所示，R1，R

8、2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。 由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)T充=（R1R2）C。 由

9、于放電管VT導通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。x圖6所示為工作波形。 圖5 555多諧振蕩器 圖6 振蕩器波形322 多諧振蕩器電路元件的選取與計算（元件標號見整機電路）T=C（R1+2R2）ln2；f=1/T.蜂鳴器：f1=

10、1kHz；T1=1ms所以C1（R11+2R12）=1.44e-3，取C1=10nF，R11=R12=47k。指示燈：F2=0.5Hz；T2=2s所以C3（R15+2R16）=2.88，取C3=10uF，R15=R16=100k。33 三極管基本開關(guān)電路331三極管基本開關(guān)電路及其工作原理或功能說明負載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上，輸入電壓則控制三極管開關(guān)的開啟與閉合動作，當輸入電壓大于開啟電壓時，三極管呈開啟狀態(tài)時，有基極電流流動，使集電極流過更大的放大電流，因此負載回路便被導通，而相當于開關(guān)的閉合，此時三極管乃工作于飽和區(qū)，集電極電壓接近0；當輸入電

11、壓為低電壓時，三極管呈閉合狀態(tài)，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負載亦沒有電流，而相當于開關(guān)的開啟，此時三極管乃工作于截止，集電極電壓接近電源電壓。 圖7 三極管基本開關(guān)電路332 三極管基本開關(guān)電路元件的選取與計算 （元件標號見整機電路） 在輸入高電平的時候，三極管導通，為了使輸出為低電平，應該使壓降足夠大，因此R4要足夠大，我選取R4=62k。 為了防止R3分壓太大，影響高電平，因此R3應該選取較小的電阻，我選取R3=1k。四、整機電路 4.1 整機電路圖 圖8 整機電路圖4.2 元件清單 R1=8.2k C1=10nFR2=mf58熱敏電阻 C2=100nFR3

12、=1k C3=10uFR4=62k C4=100nFR6=3k D1二極管R7=1.1k D3 5.1V穩(wěn)壓管R8=2k D4 3V穩(wěn)壓管R10=1k D5二極管R11=47k D6 5.1V穩(wěn)壓管R12=47kR15=100kR16=100kR18=1k 此外，還有Lm324 1個,三極管9014 1個，555 2個，蜂鳴器1個，綠色發(fā)光二極管1個，以及8V電源。五、性能指標的測量與分析 對研究過程中所獲得的主要的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進行定性或定量分析，得出結(jié)論和推論。5.1 電路測試 5.1.1 測試使用的儀器直流電壓源，示波器，萬用表。5.1.2指標測試步驟、測量數(shù)據(jù)與分析 熱敏電阻降溫常溫加熱比

13、較器輸出7.9V0.011V7.5V集電極電壓0.019V7.9V0.022V蜂鳴器響不響響指示燈不閃爍閃爍不閃爍頻率1.1khz0.54hz1.1khz 表1結(jié)果分析：正常溫度下，窗口比較器輸出低電平，經(jīng)過反相器之后變成高電平，燈光閃爍模塊啟動；當溫度不在指定溫度范圍內(nèi)時，比較器輸出高電平，此時燈光閃爍模塊停止運行，音頻報警模塊啟動，蜂鳴器工作。指示燈工作波形仿真（圖9） 圖9 指示燈波形仿真分析：工作頻率0.54Hz，工作周期1.85s。蜂鳴器工作波形仿真（圖10） 圖10 蜂鳴器波形仿真分析：工作頻率1.1kHz，工作周期0.909ms。5.1.3 故障分析及處理 在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)窗口比較器

14、輸出高電平時，指示燈和蜂鳴器都在工作，用萬用表測量，發(fā)現(xiàn)反相器的輸出電壓有0.3V，使555多諧振蕩器工作了，為了讓反相器輸出電壓接近0，增大集電極電阻的阻值，最終使用了62k的電阻，使輸出接近0。發(fā)光二極管直接接多諧振蕩器的輸出，發(fā)現(xiàn)會燒壞二極管，因此查找了資料，綠色LED的工作電壓為3V左右，所以選擇3V的穩(wěn)壓二極管與1k的電阻串聯(lián)，并將指示燈并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管兩端。 3、 課程設計總結(jié) 這次的課程設計，讓我扎實了自己的數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)的知識。由于是第一次做這種課程設計，在開始看到題目的時候完全不知道從哪里入手，沒有任何思緒，于是去網(wǎng)上找到了一些溫度報警器的原理圖，還有一些溫度報警器電路的設計思路及方法。然后，我自己便有了一些對本電路的設計方案，再結(jié)合上學期學習的模電與數(shù)電課程，對于我想要達到的要求，參考課本找到了相應的電路。再分別對應不同的要求，比如頻率要求，溫度要求，來計算參數(shù)，最后將不同分工的電路連接在一起，在multisim上先進行了仿真，也讓我更加熟悉了這個軟件的使用。雖然電路圖設計好了，但是在面包板上做的時候也出現(xiàn)了不少困難，首先，元件并不是完全按照要求的，因此測試的時候有很大的誤差，為了達到要求，不得不更換元件，因此最后使用的元件與計算的值有部分不同。而實驗時小的錯誤經(jīng)常會被放大，時