溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)

溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)一、任務(wù)和要求：①將被測(cè)溫度（0～100℃）轉(zhuǎn)換為電壓值；②小于10℃或大于30℃聲、光報(bào)警（LED亮）；③可采用箔電阻組成測(cè)量電橋；二、設(shè)計(jì)框圖溫度模擬信號(hào)直流電源溫度模擬信號(hào)直流電源放大比較電路音頻報(bào)警器三、所需儀器設(shè)備1、模擬電子試驗(yàn)箱一臺(tái)2、數(shù)字萬用表一塊3、雙蹤示波器一臺(tái)4、直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)5、剪刀、平口起子、鑷子各一把6、面包板一塊一、設(shè)計(jì)方案及思路1.1整體電路構(gòu)思本次溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)我們用壓電陶瓷蜂鳴器作為報(bào)警電路的電聲元件，通過電壓的變化來模擬溫度的高低，以0℃為0mv，溫度每上升1℃，遞增2mv；由于變化的電壓值較小，所以我們采用放大電路對(duì)其進(jìn)行放大100倍，然后通過后級(jí)比較電路對(duì)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)溫度在10℃至30℃范圍內(nèi)（允許誤差±1℃）即電壓在20mv至60mv時(shí)報(bào)警器不發(fā)聲響，當(dāng)溫度超過這個(gè)范圍時(shí)，即當(dāng)接收到的輸入電壓（前級(jí)放大器的輸出）小于2V（10℃時(shí)放大器輸出為2V）或者大于6V時(shí)（30℃時(shí)放大器輸出為6V），輸出高電平以驅(qū)動(dòng)后級(jí)的發(fā)生報(bào)警電路報(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，即當(dāng)溫度高與30℃時(shí)，報(bào)警器發(fā)出兩種頻率交換的“嘀—嘟”聲響；當(dāng)溫度低于10℃時(shí)，報(bào)警器發(fā)出單頻率聲響；電路所需直流電源由5v和12v的直流電壓提供。1.2設(shè)計(jì)方案電路框圖如下：溫度模擬信號(hào)直流電源溫度模擬信號(hào)直流電源放大比較電路音頻報(bào)警器根據(jù)整體構(gòu)思，所設(shè)計(jì)電路分為四個(gè)模塊：直流電源、信號(hào)放大電路，比較電路和報(bào)警電路。其中直流電源由變壓器、整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓器組成；放大器的設(shè)計(jì)采用集成運(yùn)放放大；對(duì)于比較器我們選擇窗口比較器，通過電壓的變化可以模擬實(shí)現(xiàn)高溫低溫。報(bào)警電路有單雙頻之分，選用555定時(shí)器作成多諧振蕩器，以分別實(shí)現(xiàn)單雙頻報(bào)警。二、單元電路設(shè)計(jì)1、直流電源電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓5V,12V電源的設(shè)計(jì)，輸入交流電220v（峰值312v）50hz。穩(wěn)定直流電源設(shè)計(jì)的一般思路是讓輸入電壓交流電220v（峰值312v）50hz先通過電壓變壓器（降壓到合適的數(shù)值，如16v），，再通過整流網(wǎng)絡(luò)（將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為直流脈動(dòng)電壓（直交流成分均有）），然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)（減小電壓的脈動(dòng)），最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)（使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻的影響）。采用整流橋?qū)崿F(xiàn)整流的目的，以2200uF的大電解電容作為濾波電路，采用固定式三端集成穩(wěn)壓器7805、7812來穩(wěn)定輸出電壓。如下圖所示，220V（幅值311V）50Hz交流電經(jīng)變壓器220:16輸出兩組獨(dú)立的16V交流電，經(jīng)整流橋、大電容濾波后分別經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊7812與7805作用得到+12、+5V的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電源組成如圖1所示：圖1直流電源系統(tǒng)方框圖電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設(shè)備所需的交流電壓。圖Proteus模擬直流電源電路圖2.2放大和比較電路的設(shè)計(jì)Ⅰ、放大器電路放大器電路圖：此電路是同相比例運(yùn)算電路，電路引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。該電路的放大倍數(shù)為：處加一個(gè)+12v的直流電壓（即7812的輸出端），通過滑動(dòng)電位器來改變放大器的輸入電壓。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求（當(dāng)溫度在10℃至30℃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。以0℃為0mv，溫度每上升1℃，遞增2mv）即低于20mv報(bào)警（単頻），20mv-60mv不報(bào)警，高于60mv報(bào)警（雙頻）。經(jīng)過LM324放大100倍后，就變?yōu)?~1.9v報(bào)警（単頻），2v~6v不報(bào)警，6.1v~10v報(bào)警（雙頻）。再經(jīng)過窗口比較器…注意事項(xiàng)：與要取合適的值，應(yīng)盡量小點(diǎn)，以提高電路的靈敏度。Ⅱ，窗口比較器電路窗口比較器電路圖：由LM324中的兩個(gè)運(yùn)放組成1個(gè)窗口比較器，以12v為電源電壓，通過調(diào)節(jié)電位器RV2、RV3來確定窗口比較器的兩個(gè)基準(zhǔn)電壓，使分別為2V、6V，調(diào)節(jié)好后使其穩(wěn)定不再變化。放大器的輸出電壓與兩個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，若小于2v，則B運(yùn)放輸出為高電平，輸出端接一個(gè)保護(hù)電阻經(jīng)過D15v穩(wěn)壓管使輸出電壓穩(wěn)定在5v；若在2v與6v之間，則運(yùn)放B與C輸出都為低電平，即電壓為0；若大于6v，則運(yùn)放C輸出為高電平，輸出端接一個(gè)保護(hù)電阻經(jīng)過D15v穩(wěn)壓管使輸出電壓穩(wěn)定在5v。注意事項(xiàng)：穩(wěn)壓管D1、D2的作用是穩(wěn)定窗口比較器的輸出電壓，但前提是窗口比較器的輸出電壓必須大于穩(wěn)壓管D1、D2的穩(wěn)壓值。運(yùn)放輸出端所加保護(hù)電阻不應(yīng)過大否則穩(wěn)壓管將起不到穩(wěn)壓作用。2.3、溫度報(bào)警電路根據(jù)任務(wù)與要求，要有兩種不同的報(bào)警聲音，因此我們?cè)O(shè)計(jì)兩種報(bào)警電路，單頻報(bào)警電路和雙頻報(bào)警電路。音頻報(bào)警電路的制作可以用NE555和電阻、電容組成，我們選用555集成定時(shí)器來制作多諧振蕩器從而做出音頻電路。Ⅰ，低溫報(bào)警電路此電路中4端口接窗口比較器的D1穩(wěn)壓輸出，4端口為一個(gè)復(fù)位端，當(dāng)D1為高電平（溫度低于10℃即放大電路輸出電壓小于2v）時(shí)，此多諧振蕩器工作，蜂鳴器發(fā)出單頻聲音報(bào)警。此振蕩電路的振蕩周期為占空比：Ⅱ、高溫報(bào)警電路高溫報(bào)警采用雙頻報(bào)警，該部分用到了兩片555定時(shí)器。U5的作用是控制高低音的持續(xù)時(shí)間，高電平持續(xù)時(shí)間即為電容C的充電時(shí)間，低電平持續(xù)時(shí)間即為電容C的放電時(shí)間；U6的作用是將高音與低音轉(zhuǎn)換成頻率然后輸出。對(duì)于U5振蕩電路的充電時(shí)間為：即高電平持續(xù)時(shí)間也就是低音的持續(xù)時(shí)間。放電時(shí)間為：即低電平持續(xù)時(shí)間也就是高音的持續(xù)時(shí)間。占空比：當(dāng)U5輸出為地電平時(shí)對(duì)于U6振蕩電路的振蕩周期為+高音振蕩頻率:當(dāng)U5輸出為高電平是U6振蕩電路的振蕩周期為：+低音振蕩頻率:根據(jù)參數(shù)計(jì)算公式可得，雙頻的高低音持續(xù)時(shí)間以及高低音頻率只與和555外部連接的電容C和電阻有關(guān)，因此我們可一通過改變555外部電路的電容和電阻的大小來控制多諧振蕩電路的振蕩周期從而控制蜂鳴器發(fā)出聲音的高低和頻率。U6的4端接D2端穩(wěn)壓輸出電壓，當(dāng)D2為高電平（溫度高于30℃即放大電路輸出電壓大于6v）時(shí)，此多諧振蕩器工作，蜂鳴器發(fā)出“嘀—嘟”的雙頻聲音報(bào)警。三，電路仿真分析通過用Ptotues軟件進(jìn)行仿真，將各個(gè)模塊連接好后進(jìn)行仿真。電路圖如下；仿真結(jié)果：1，當(dāng)溫度低于10℃時(shí)發(fā)出單頻報(bào)警輸出波形如下：2．當(dāng)溫度高于30℃時(shí)發(fā)出雙頻報(bào)警輸出波形如下：四、電路的裝調(diào)和分析本次課設(shè)三人一組，我們分了四個(gè)模塊，有直流電源電路，放大電路，窗口比較器電路，單蜂鳴報(bào)警電路以及雙蜂鳴報(bào)警電路。五、參考文獻(xiàn)1）《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版主編：閻石高等教育出版社2）《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第四版主編:童詩(shī)白華成英高等教育出版社3）《電子設(shè)計(jì)從零開始》主編：楊欣王玉鳳劉湘黔清華大學(xué)出版社2005年六、附錄附錄A.元器件管腳圖及功能1）W7805、W7812管腳圖將正面對(duì)著自己，管腳在下，圓孔端在上，左中右三卻分別是123腳。它們的1、2腳是電壓輸入端，1接電源正，2接地。它們的2、3腳為電壓輸出端，3接電源輸出，2接地。78xx系列穩(wěn)壓器的最大輸出電流為1.5A，最大輸入電壓為40V。2）LM324的管腳圖：LM324是四運(yùn)放集成電路，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負(fù)雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。它采用14腳雙列，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用上圖左所示的符號(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)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。V-也可接地，即LM324可以單電源工作。（3）555定時(shí)器1——地GND5——控制電壓2——觸發(fā)6——門限(閾值）3——輸出7——放電4——復(fù)位8——電源電壓Vcc555定時(shí)器的電路如圖所示。它由三個(gè)阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。分壓器為兩個(gè)電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器C1的參考電壓為，加在同相端；C2的參考電壓為，加在反相端。是復(fù)位輸入端。當(dāng)=0時(shí)，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。正常工作時(shí)，=1。u11和u12分別為6端和2端的輸入電壓。當(dāng)u11>，u12>時(shí)，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，即=0，=1，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。當(dāng)u11<，u12<時(shí)，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平，=1，=0，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端u0為高電平。當(dāng)u11<，u12>時(shí)，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜上所述，可得555定時(shí)器功能如表所示。輸入輸出復(fù)位u11u12輸出u0l晶體