温度控制报警电路的设计

电子综合设计 1 电子综合开发报告电子综合开发报告 设计题目 设计题目 温度控制报警电路温度控制报警电路 专业班级 专业班级 电子信息工程电子信息工程 20112011 级 级 1 1 班 班 学生学号 学生学号 20115081822011508182 学生姓名 学生姓名 唐唐 潮潮 设计时间 设计时间 20142014 年年 1 1 月月 7 7 日日 温度控制报警电路 2 一 计划任务与要求 1 在正常的温度范围内数码管显示数字 1 至 5 的循环 2 在温度升高时数码管显示的数字变为 1 至 7 的循环 并且此时绿色 LED 灯亮起 3 当温度达到最高的时候数码管停止显示 并且红色的 LED 灯开始亮起 二 方案设计与讨论 图 2 1 方案一 利用一个热敏电阻作为感应器达到将温度信息转化为电信号的 作用 并且将整个的过程产生的电压分为三个档 通过电压比较器 从 而达到常温高温和超高温的情况从而达到整个的操作 显示部分使用七 段数码管来进行数字显示 方案二 利用两个量程不同的热敏电阻达到一个电压接力的作用 从而 达到把电压分为三个挡的目的从未控制 LED 灯组和七段数码管进行工作 因为自己的制作能力所以我选择了这个方案 三 单元电路设计与参数计算 温度测量 及计数电 路 放大器 A D 转换 数码显 示 控制 LED 的开关 选择器 选择器 电子综合设计 3 1 温度测量电路 图 3 1 工作原理 温度测量电路如图 3 1 所示 它由传感器电桥 差动放大电路 和二阶低通滤波器组成 采用阻值 R3 100 的铂金属热电阻为传感器 它有较高 的测量精度 并且在较大的温度范围内有很好的线性 通过测温电桥把电阻随 温度的变化转换为电压的变化 再通过一个差动放大电路将小信号电压值放大 得到电压值 首先调节滑动变阻器 R13 使温度等于 0 时输出电桥平衡 即输 出为零 根据铂电阻的阻值随温度的变化关系 计算出电压放大倍数 设定差 动放大电路的参数 使温度等于 100 时 输出电压为 1V 满足输出电压和温 度成线性关系 这样数值关系有 U0 T 100 由该电压值可以直接推知当前温度 值 从而达到温度测量的目的 2 电桥测温电路 图 3 2 温度控制报警电路 4 如图 2 2 所示利用电桥将随温度变化的组织转化为电压 电桥输出的电压为 Ux Ucc R2 Rp1 R1 R3 R2 R3 R1 Rp1 若取 R1 R2 R0 调节电位器 使 00C 时的 Ux 0V 此时 R3 的值为 R30 Rp1 当 温度变化使铂电阻的阻值增大 R3 时 电桥的输出 Ux R0 R3 Ucc R0 R30 R3 R0 Rp1 式中分母含有 R3 项 故除测温电阻的非线性误差外 又增加了转换电路的非 线性误差 故选择参数时应注意要满足 R3 R0 R30 这一条件 3 C 根据输出电压信号的特点 前置级应该满足下述要求 1 高输入阻抗 输出信号是不稳定的高内阻源的微弱信号 为了减少信号源内阻的影响 必须 提高放大器输入阻抗 一般情况下 信号源的内阻为 100k 则放大器的输入 阻抗应大于 1M 2 高共模抑制比 CMRR 前置级须采用 CMRR 高的差动放大 形式 能减少共模干扰向差模干扰转化 3 低噪声 低漂移 主要作用是对 信号源的影响小 拾取信号的能力强 以及能够使输出稳定 图 3 3 差动放大电路 图 3 3 为具有恒流源的差动放大电路其中 1 2 称为差分对管 它与 电阻 b1 b2 c1 c2 及点位器 1 共同组成差动放大器的基本电路 3 4 与电阻 e3 e4 共同组成恒流源电路为差分对管的设计提供恒定 电子综合设计 5 电流 均压电阻 1 2 给差动放大器提供对称差模输入信号 晶体管 1 与 2 3 与 4 特性应相同 电路参数应完全对称 1 可调整电路的对称性 由于电路的这种对称性结构特点及恒流源的作用 无论是温度变换 还是电源 的波动 对 1 2 两管的影响都是一样的 因此 差动放大器能有效的抑制 零点漂移 综上所述 本设计采用三运放组成的差分放大器 4 显示部分 图 3 4 模数转换过程包括量化和编码 量化是将模拟信号量程分成许多离散量 级 并确定输入信号所属的量级 编码是对每一量级分配唯一的数字码 并确 定与输入信号相对应的代码 最普通的码制是二进制 它有个量级 n 为位 n 2 数 可依次逐个编号 模数转换的方法很多 从转换原理来分可分为直接法和 间接法两大类 直接法是直接将电压转换成数字量 它用数模网络输出的一套 基准电压 从高位起逐位与被测电压反复比较 直到二者达到或接近平衡 见 图 控制逻辑能实现对分搜索的控制 其比较方法如同天平称重 即为转换后 的数据 这种直接逐位比较型 又称反馈比较型 转换器是一种高速的数模转 温度控制报警电路 6 换电路 转换精度很高 但对干扰的抑制能力较差 常用提高数据放大器性能 的方法来弥补 它在计算机接口电路中用得最普遍 5 2 选 1 多路选择器 图 3 5 利用两个与门一个非门与一个或门组成的多路选择器通过控制端输入的高 低电平去控制整个电路的选择性通断 左边的三个端为输入端 最上与最下为 两个输入端中间的为控制端 右边的为输出端 下图 3 6 为 2 选 1 多路选择器的真值表 控制端控制端 输入输入 1 输入输入 2 输出输出 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 图 3 5 电子综合设计 7 6 555 定时器 图 3 6 利用的是 555 定时器 图 3 6 产生脉冲对显像管进行信号输入 从而使整 个的显像管进行数字的循环 震荡周期 T 的计算公式 如下所示 T 0 7 R1 2R2 C 四 总原理图及元件清单 1 总原理图 图 4 1 温度控制报警电路 8 如图 4 1 所示为最终设计的电路总图 利用了两个热敏电阻作为传 感器 信号待放大后进入控选择器从而控制七段译码器与 LED 灯组的显 示 1 元件清单 如图 4 2 所示 元件序号元件型号主要参数数量备注 R1 常规电阻 8 7k 1 R2 常规电阻 8 7k 1 R3 常规电阻 100 1 R4 常规电阻 1K 1 R5 常规电阻 60 8K 1 R6 常规电阻 60 8K 1 R7 常规电阻 6K 1 R8 常规电阻 5K 1 R9 常规电阻 10K 1 R10 常规电阻 2K 1 R11 铜热电阻 200 1 R12 常规电阻 200 1 R12 常规电阻 8 7k 1 R14 常规电阻 8 7k 1 R15 常规电阻 150 1 R16 常规电阻 1k 1 R17 常规电阻 60 8K 1 R18 常规电阻 60 8K 1 R19 常规电阻 6K 1 R20 常规电阻 5K 1 R21 常规电阻 10K 1 R22 常规电阻 2K 1 R23铂铑 铂热电偶200 1 R24 常规电阻 2K 1 R25 常规电阻 500 1 R27 常规电阻 1K 1 R28 常规电阻 1K 1 U1A 差分放大器 LM324N1 U2A 差分放大器 LM324N1 U3A 差分放大器 LM324N1 U18A 差分放大器 LM324N1 U17A 差分放大器 LM324N1 U16A 差分放大器 LM324N1 U7 与门 AND1 U8 与门 AND1 U9 非门 NOT1 U10 或门 NOR1 U6 集成电路 74ls1601 U5 七段数码管 DCD HEX1 U18 与门 AND1 U20 与门 AND1 电子综合设计 9 U21 非门 NOT1 U19 或门 NOR1 LED1 发光二极管 5V1 绿色 LED2 发光二极管 5V1 红的 A1 555 定时器5v 工作电 压 图 4 2 五 性能测试与分析 刚开始温度处于常温所以两个热敏电阻都处于高阻态 七段数码管 显示数字 1 至 5 的循环 当温度升高的时候热敏电阻的组织会减小所以 铜热电阻的电阻的阻值会首先减小 当减小到最小值的时候 这个电路 的输出电压变大使得 2 选 1 选择器更换电路 使得数码管显示 1 至 7 并 且绿色 LED 亮起 当温度继续升高铂铑 铂热电偶开始工作 与铜热电 阻一样当阻值到达最小的时候 输出电路输出高电平使得多路选择器开 始更换选择电路 数码管停止显示 红的 LED 亮起 显示整个电路高温 警报 整个的温控电路工作的范围是 0 至 1000 摄氏度 铜热电阻的工作 区间为 0 至 200 摄氏度 铂铑 铂热电偶工作范围为 200 至 1000 摄氏度 六 总结与心得 1 课程设计总结 通过这次的课程设计的过程 我自己对整个电路系统的结果还是比 较满意 也是自己第一次没有依靠整体的从网络上进行复制粘贴 而是 自己去设计连图并且进行测试 最后的功能大致是实现了 并且七段数 码管达到了更换显示循环数 并且在高温的时候控制了两个 LED 灯组的 开关问题 但是整个的电路设计上也存在很多的缺点 比图整个的电路 过于繁琐 需要两个热敏电阻 增加了电路制作的成本 并且七段数码 管没能在自后红的 LED 亮起来的时候进行清零 并且整个的电路接线过 多 元器件过多 链接复杂所以我自己认为我的这个设计还需要再加改 进 2 课程设计心得 自这次的课程设计的作业过程中 自己从最先开始的对整个的课题 开始构思再到整个课题的模块分析 到最后的 Multisim 的软件仿真 这 温度控制报警电路 10 也是自己第一次完全靠自己而不依赖于网络的一次课程设计 在这个期 间我觉得自己还是学到了很多的知识 想了很多的办法并且在这期间对 自