模拟电路论文报告.doc

课程设计说明书课程设计说明书 课程设计名称 课程设计名称 模拟电课程设计模拟电课程设计 课程设计题目 课程设计题目 温度检测报警系统设计温度检测报警系统设计 学学 院院 名名 称 称 信息工程学院信息工程学院 专业 专业 电子信息工程电子信息工程 班级 班级 110415110415 学号 学号 1104150611041506 姓名 姓名 评分 评分 教师 教师 20132013 年年 9 9 月月 3030 日日 模拟电路 课课程程设设计计任任务务书书 20201313 20201414 学年学年 第第 1 1 学期学期 第第 1 1 周 周 4 4 周周 题目题目 温度检测报警系统设计 方波发生 报警电路模块 内容及要求内容及要求 检测温度范围为 0 100 采用箔电阻 精密电阻及电位器组成测量电桥作为 温度传感器 可设定报警温度上限值 0 100 我们选的是超过 60 摄氏度的时候报警 当检测温度超过设定上限值时 发出蜂鸣器报警声 要求报警声滴滴间断发声 频率约 1Hz 进度安排进度安排 1 布置任务 查阅资料 选择方案 领仪器设备 2 天 2 领元器件 制作 焊接 3 天 3 调试 验收 2 5 天 4 提交报告 2013 2014 学年第一学期 11 12 周 学生姓名 赵友华 指导时间 第 1 4 周指导地点 E 楼 505 室 任务下达2013 年 9 月 3 日任务完成2013 年 9 月 27 日 考核方式1 评阅 2 答辩 3 实际操作 4 其它 指导教师杨焱系 部 主任 摘摘 要要 温度是影响我们人类生活环境的一个非常重要的因素 因此对它进行精密的控 制和检测就显得非常的重要了 同时对于保护人类的财产和生命安全也起了至关重 要的作用 该温度报警系统应用前景广泛 可以用于火灾 体温检测等和温度有关的领域 该温度报警是将采集到的信号通过 LM324 放大 再通过电容电阻的滤波电路进行了 过滤 其中 LM324 电容 电阻价格低廉 系统稳定性可靠 电路结构简单 便于 调试和制作以及便于携带 同时该系统用最简单 最廉价的元器件实现的功能齐全 该报警温度可以实现 0 100 摄氏度可调 该电路的最主要的特点就是它制作简单 而且稳定性 有一定的抗干扰能力 与其他的数字电路相比较 他的最大的特点就是它造价简单 有很好的实用价值 关键词 关键词 温度报警 LM324 检测 稳定 温度检测报警系统的设计 目目 录录 第一章第一章 前言前言 1 第二章第二章 整体设计内容及要求整体设计内容及要求 2 2 1 设计内容 2 2 2 设计要求 2 2 3 设计目的 2 2 4 总体设计方案 2 2 4 1 基本原理 2 2 4 2 基本电路组成 3 1 稳压电源部分 3 2 温度采集和放大 4 3 滤波电路 4 第三章第三章 方波发生和报警电路设计方波发生和报警电路设计 5 3 1 方波发生和报警电路 5 第四章第四章 系统调试系统调试 6 4 1 电路安装 6 4 2 调试 7 第五章第五章 总结与心得总结与心得 8 参考文献参考文献 9 附录一附录一 电路原理图电路原理图 10 附录二附录二 芯片介绍芯片介绍 11 附录三附录三 元件清单元件清单 13 附录四附录四 PCBPCB 制图制图 14 1 1 第一章第一章 前前 言言 随着时间的推移 各家生活水平普遍提升 家家户户慢慢走向了电器化的生活 像我们平常使用的电吹风 电热水壶 电热毯 空调等家用电器 而对于这些电器 都普遍面临一个安全隐患 如果能对这些电器实现报警检测则对于现在都追求以人 身安全为重要问题的人来说则会十分受欢迎 相信大家都会很乐意多花一点钱来买 个安心 而要解决这个问题则成为了当前商人和消费者所关心的事情 目前 这一技术在国内外已经得到很好的发展和提高 普遍使用于医疗 电机 工业 温度计算 阻值计算等高精温度设备 应用范围非常之广泛 日常生活中 各大电器都需要使用到这个模块来保证电器使用是否正常 人们不断提高对用电器 的安全使用及对用电器的及时保护 由我们这种最基本模拟电子技术来设计和控制 的发展到用数字电路来实现及控制 最后通过单片机的编程来实现自动控制 这对 于我们电子技术来说是一个飞跃式的发展 而且这一技术在国内外也越来越受到大 众的关注 人们开始大量使用这种报警电路来判断这个电器是否处于一个安全工作 的温度状态 由于我们现在学习的知识有限 还不能达到很高层次的做好这个课题 我们仅仅只用了我们所能运用的模拟电子技术来实现这一阁功能 虽然说还是比较 低级的 但这对我们来说还是蛮成功的 我们今后一定会用更好的技术来实现这一 功能 温度检测报警系统的设计 一一 设计要求设计要求 2 12 1 设计内容设计内容 设计一个温度检测报警系统 2 22 2 设计要求设计要求 检测温度范围为 0 100 采用箔电阻 精密电阻及电位器组成测量电桥作 为温度传感器 可设定报警温度上限值 0 100 我们选的是超过 60 摄氏度的时候报警 当检测温度超过设定上限值时 发出蜂鸣器报警声 要求报警声喃喃间断发 声 频率约 1Hz 2 32 3 设计目的设计目的 1 通过该实验提高自身的实验素养 实验操作 设计 分析能力 学会将理论运 用到实践当中 学会实验调试过程的分析和处理 2 设计并完成一个可以达到相应设计要求的温度检测报警系统 3 学会电压源制作 4 学会滤波 报警电路设计 5 掌握 KIA324 lm324 lm78 lm79 系列等芯片的使用方法 6 掌握通过一个放大器设计方波发生电路 7 掌握反馈放大电路的计算与实际运用 8 掌握比较器电路运用与设计 9 学会动手焊接一个美观 各项功能达到要求的电路 2 42 4 总体方案设计总体方案设计 2 4 1 基本原理 温度报警器由感知外部温度的桥式测温电路 差动放大电路 滞回比较器及报 警器 这里用蜂鸣器报警 组成 温度报警器是通过对温度有一定的感应的电阻的阻值的变化 转变为相应的电 压的变化 从而通过一系列的电路产生相应信号 输入 555 定时器产生高低电平 当温度高于 100 度时 R4 的电阻高于 135 欧姆而产生高电平使蜂鸣器报警 当温度低 温度检测报警系统的设计 于 100 时产生为零的低电平 不输出信号 蜂鸣器不报警 测温电路由电阻组成 其中有一个就是对环境温度有感应的热敏电阻 它和其 他电阻组成一个支路 另外还要有两个支路 都是用定值电阻组成的 事先就把相 应的温度转换相应的电压 从而用不同阻值的电阻分压 这样就可以产生两个固定 的温度 可以作为温度的上下限 然后 把它们的比较 也就是信号差作为结果信 号输入差动放大电路 进行一定倍数的电压放大 再把差动放大电路的输出作为滞 回比较器的输入 这样做是为了稳定输出 把稳定的信号输入 555 定时器中 最后 驱动蜂鸣器报警 这就是一个完整的温度报警电路 根据设计要求可以将该温度检测系统分为 4 个模块 分别为温度检测与放大 滤波 方波发生及报警电路 由于电源部分是单独存在的 故系统除电源外整体设 计框架如图 2 4 1 所示 图 2 1 设计框架 2 4 2 基本电路组成 1 稳压电源部分 设计一个电源电路 通过变压器 整流电路 滤波电路 lm7812 lm7912 lm7805 等稳压芯片控制输出电压稳定在 12V 12V 5V 实 现电压值的稳定输出 为后续电路提供稳定的电压 仿真电路图如图 2 4 2 图 2 2 电源部分电路图 温度检测放大 方波发生 电路 滤波 报警电路 温度检测报警系统的设计 2 温度采集和放大 调节滑动变阻器来调节不同阻值使其转化成不同的电信号 而这个信号是一个相 对较小和变化相对缓慢的信号 此时就需要一个对该信号放大的电路 考虑到有一 定的干扰信号 而又要避免对干扰信号的放大 所以我们将采取差分放大电路 仿 真图如图 2 4 3 图 2 3 温度采集与放大电路 3 滤波电路 对于任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信号 要对此信号进行过滤了 所以我们选择二阶低通滤波器 然后在一个比较器上对得到信号与设置的基准信号 进行比较 若大于设置的基准电压则输出低电平 高于设置的基准电压则输出高电 平 仿真图如图 2 4 4 图 2 4 滤波电路 温度检测报警系统的设计 二二 方波发生和报警电路设计方波发生和报警电路设计 3 1 方波发生和报警电路方波发生和报警电路 该电路图左边部分是方波发生电路 右边部分是蜂鸣器控制报警电路 当方波 发生器输出高电平时 三极管饱和导通 蜂鸣器获得电工作发出鸣响 当方波发生 器输出低电平时三极管截止 蜂鸣器失电 停止工作 这就是为什么能听到的是滴 答滴答的报警声 方波发生电路及报警电路仿真图如图 3 1 所示 图 3 1 方波发生电路及报警电路 经过测量和调试电路能正常满足要求 蜂鸣器发出蜂鸣报警声且满足频率要求 滞回比较器输出的电压作为输入的信号输入报警器 利用一般的报警器电路来作为 报警器 调节报警电路的电阻 电容的不同决定频率的不同值使报警器发出不同的 声音 温度检测报警系统的设计 三三 整整体体电电路路 实验调试测试实验调试测试 4 1 电路的安装电路的安装 为了验证系统的合理性和可行性 需要对系统进行组装调试 本次课设分了四个 模块 有电源电路 温度检测放大电路 滤波电路 方波发生电路和蜂鸣器驱动报 警电路 大家一起合作完成了四个模块的组装调试 最后一起进行了整个系统的调 试 4 2 调试 调试 按照系统图连接好实物图 分别按以下步骤调试 使用示波器 万用表等仪器 进行调试 1 将电源部分实物图焊接好后测得相应数据如下 表 4 2 1 芯片测量数据 芯片型号Ui vUo v Lm781216 1012 10 Lm7912 16 25 12 18 Lm780512 105 00 由表知在三芯片分别接入 10K 电阻后测得的各项输入输出电压几乎不变 2 微调 R16 直到基准电压 U2d 的值为 5V 我们设计的报警电压 3 电压源与其他设计电路连通后 把代替 PT100 的 200 的电位器调至 100 即 PT100 对应的温度为 0 摄氏度 然后再微调 R3 直到 U1c 的电压值为零 4 将替换电位器再调至 123 24 PT100 对应的温度为 60 摄氏度 即我们设计报 警的上限报警温度 微调 R5 再报警的一瞬间马上停止 温度检测报警系统的设计 5 重复 3 4 步直到电位器 100 时 U1c 0 电位器为 123 24 时 U1c 5V 6 经过反复测量调试的出以下表格 表 4 2 2 pt100 在不同温度下电压测试值 pt100 R3 U1c VU2d VU2c V 是否报 警 100 10100 0 01510 48 否 1151003 29510 48 否 123 31005 015 11 96 是 15010010 425 01 11 96 是 由 第三章温度采集放大 的计算介绍中可知 U1c 10 U1b U1a 经过测压得到以下数据 PT100 为 123 3 U1b 0 91V U1a 0 3V U1c 5 01V 通过数据得到放大倍数 A 8 23 7 PT100 为 150 时 用示波器分别查看了 U2a 端与 U2c 端的波形 幅值 及频率 温度检测报警系统的设计 四四 总结与心得总结与心得 征对本次课程设计 可以说是到大学以来最难的一次科技实践 不仅仅课题较 难 需要自己根据要求设计电路 而且需要我们全部内容都自己完成 虽然有些我 们解决不了的问题可以去请教老师 但是毕竟不像上课时候一直有老师在身旁那样 有依靠 所以刚开始的时候心里一直没底 因此对这次课程设计了非常担心 但是 经过本次实践我明白了一个道理 其实学校里的我们就像温室的花朵 根本经不起 一点考验 在家里我们依靠老师 在学校我们对老师的依赖也太大了 离开学校后 我们可能不会适应 很难发挥出我们的水平 很难把我们所学的的知识用于实践 甚至最终导致一事无成 因此我觉得本次课程设计来得非常合理 非常的有意义 我们真的太需要这样 的锻炼去提高自己的科技创新能力和动手能力了 这次课程设计 我们独立的完成 了全部的包括电路设计在内的东西 完成了温度检测报警系统这样一个实习课题 虽然有时没有老师的指导 但是可以和组内的几个同学共同探讨和解决问题 加深 了感情 加快了课程设计完成的进度 这是非常不错的 这次实习对我们几个来说 可以说是一次考验也可以说是一次锻炼 考验的是我们对书本上知识的掌握程度 同时也考验我们独立发现问题 处理问题和解决问题的能力 锻炼了我们的团队意 识和协作能力 我们的课程设计虽然完成了 但是我们的专业实践和对科技创新与实践的理解才刚 刚达到一个最初的阶段 这是一个好的开始 但是我们深刻的了解到只有学好理论 知识 只有多实践 才会出成果 才会有创新 现在我们即将步入大三的学习生活 并且还有短短的两年时间 我们就将步入工作岗位 用我们的专业知识为社会创造 财富 如果没有这样的实践活动 我想我们将很难和工作接轨 很难把知识运用到 工作和实践当中 课程设计过程中 我发现我在学习过程中 对知识掌握得不是很 牢固 甚至有很多知识点都忘记了 不过作设计的同时 让我重新回顾了这些知识 同时也自学了一些有趣的新的东西 本次课程设计对我们的专业学习受益匪浅 以后我会更加认真的完成学校的实习 安排 同时自己多进行实践训练 温度检测报警系统的设计 参考文献参考文献 1 华成英 模拟电子技术基本教程 北京 清华大学出版社 2006 2 邱关源 罗先觉 电路 5 版 北京 高等教育出版社 2006 3 邓谦 刘清平 张琦 黄丽贞 电子技术实践 2 低频电子线路 实验指导书 南 昌航空大学信息工程学院电子实验实践中心 自编 4 谢自美 电子线路综合设计 第一版 M 武汉 华中科技大学出版社 2006 5 沈小丰 余琼蓉 电子线路实验 模拟电路基础 M 北京 上清华大学出版社 2006 6 童诗白 模拟电子技术基础 第五版 M 北京 高等教育出版社 2005 7 陈国华 陈红英 应用电子技术专业大型实验的实践 J 实验室研究与探索 1996 04 8 伍学珍 模拟电子技术理论教学 仿真实验平台与实习三者的互动 J 沈阳电力 高等专科学校学报 2001 02 温度检测报警系统的设计 电路原理图电路原理图 电路原理图如图附图 1 附图 1 实验原理图 温度检测报警系统的设计 芯片介绍芯片介绍 1 781 78 和和 7979 系列集成稳压芯片资料 输出为固定电压值 系列集成稳压芯片资料 输出为固定电压值 LM7805 LM7812 LM7912 附图 2 1 三种稳压芯片的管脚图 如附图 2 所示分别为三种稳压芯片 LM7805 LM7812 和 LM7912 的管脚图 将稳压芯片正面对着自己 管脚在下 圆孔端在上 左中右分别是123 脚 LM7805 输入端接 6VDC 输出的是 5VDC LM7812 输入端接 12 14VDC 输出 的是 12VDC LM7912 输入端接 12 14VDC 输出的是 12VDC 2 2 L LM M3 32 24 4 资资料料 LM324 系列器件带有真差动输入的四运算放大器 与单电源应用场合的标准运 算放大器相比 它们有一些显著优点 该四放大器可以工作在低到 3 0 伏或者高到 32 伏的电源下 静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一 共模输入范围包括 负电源 因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性 每一组运算放 大器可用图 1 所示的符号来表示 它有 5 个引出脚 其中 为两个信号输入端 V V 为正 负电源端 Vo 为输出端 两个信号输入端中 Vi 为反相输入 端 表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反 Vi 为同相输入端 表 示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同 Lm324 图形如附图 3 附图 2 2 LM324 图像 温度检测报警系统的设计 3 PT100 资料资料 它的工业原理 当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆 它的阻值 会随着温度上升而成近似匀速的增长 如附图 4 所示但他们之间的关系并不是简 单的正比的关系 而更应该趋近于一条抛物线 其实物图如附图 5 所示 铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式 200 t 0 Rt R0 1 At Bt C t 100 t 1 0 t 850 Rt R0 1 At Bt2 2 Rt 为 t 时的电阻值 R0 为 0 时的阻值 公式中的 A B 系数为实验测定 这 里给出标准的 系数 A 3 90802 10 3 B 5 802 10 7 C 4 27350 10 12 附图 2 3 PT100 R T 图 附图 2 4 PT100 实物图 温度检测报警系统的设计 元件清单元件清单 序号名称数量规格 1电阻1 51K 2电阻8 10K 3电阻2 5 1K 4电阻7 1K 5电位器1 10K 6电位器1 2K 7电位器1 200 8三极管1IN9013 9稳压管2 10二极管5IN4007 11发光二极管1 12电容22200UF 13电容2100Uf 14电容110UF 15电容23 3UF 16稳压管1IM7912 17稳压管1IM7812 18稳压管1IM7805 19蜂鸣器1 20运算发大器2KIA324 21温敏电阻1PT100 22变压器1 温度检测报警系统的设计 附录四附录四 Protel 制图制图 一 根据给出的电路图用 Protel 软件画出原理图 要求 修改并适当调整元件位置 确保电路原理图的正确 美观及易读 二 设计合适尺寸的 PCB 边框 并画出 PCB 板图 要求 1 学生绘制 PCB 板图后 需交指导老师审查 2 学生凭有指导老师签字的申请单 方可制作 3 双面 PCB 板最大尺寸限制 120mm 140mm 单面 PCB 板最大尺寸限制 150mm 200mm 4 芯片 电阻 电容的焊盘及过孔直径为 1 8mm 其他器件的焊盘根据器件管脚直径应 1 8mm 5 连线宽度不小于 0 5mm 一般选择 0 6 0 8mm 电源线 地线应加宽 6 芯片 电容及其他器件安装后会覆盖正面焊盘的 正面 TopLayer 层 焊盘上不 能直接走线 7 制作流程制作流程 绘图 审查 预约制作 打印 裁剪覆铜板 热转印 检查 腐蚀 清洗 钻孔 清洗