温度报警器设计

温度报警器设计报告 一、设计任务与要求：（1）温度报警器方案设计温度01001可测,小于10或大于30报警（LED亮）将被测温度（0100 ）转换为电压值；小于10或大于30声、光报警（LED亮）；可采用箔电阻组成测量电桥；二、设计过程：1设计思路 设计中首先利用基于热电偶效应的温度传感器LM35采集温度后，转变为相应的电压值，再经过运算放大器LM358，将待测电压值放大、输出，以便于检测、显示及控制。显示电路是由A/D转换器及Led显示器构成的数字电路，控制电路是通过五个电压比较器与数字控制电路的组合来实现。报警电路以555振荡电路及扬声器等器件为基础构成组成。2方案设计比较器A/D转换电路放大电路温度传感器报警电路译码显示电路数字电路比较器1比较器3比较器2图1 系统设计框图如图1所示，系统由以下几部分构成：温度测量电路、放大电路、电压比较电路、A/D转换电路、译码显示电路。各部分电路的工作原理如下。2.1 对温度进行测量首先通过温度传感器采集温度，将温度值转换为相应的电压值输出。2.2 温度控制传感器的输出电压作为放大器输入信号，经同相运算放大电路进行放大后分别输出给多路电压比较器。 将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压VREF，用实际测量值vi与VREF进行比较，比较结果（输出状态）输入数字控制电路，调节系统温度。本题对温度的限定较多，需采用四个电压比较器，配合数字控制电路，实现由输出电平的变化来控制数模转换电路。3单元电路设计3.1温度传感器LM35是电压输出型集成温度传感器， LM35集成温度传感器是利用一个热电阻检测相应的温度。LM35 无需外部校准或微调，可以提供1/4的常用的室温精度。工作电压：直流430V；精度：0.5精度（在+25时）；比例因数：线性+10.0mV/；非线性值：1/4；使用温度范围：-55+150额定范围。引脚介绍：正电源Vcc；输出；输出地/电源地。传感器电路采用核心部件是 LM35，供电电压为直流15V 时，工作电流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。电压输出采用差动信号方式，由2、3 引脚直接输出，电阻R 为18K 普通电阻，VD为1N4148。如图1。此电路适用于测温范围为-55+150场合。LM35的线性度良好。图2 传感器电路原理图LM35温度传感器输出电压与摄氏温标呈线性关係，转换公式如式(1)，0时输出为0V，每升高 1C，输出电压增加10mV。 Vout_LM35(T)=10mv/*T(1)，即V=0.01T。3.2 运算放大电路LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。4脚接地，8脚接Vcc。运算放大器LM358放大5倍电压,即V=0.05T.温度采集放大电路如图2。 图3 温度采集放大电路3.3 AD转换电路AD转换电路采用ADC0809。ADC0809是一种逐次比较型模数转换器件。它是采用CMOS工艺制成的8位8通道A/D转换器，采用28只引脚的双列直插封装，其原理图和引脚图如图3所示。各引脚功能如下：（1）IN0IN7是八路模拟输入信号；（2）ADDA、ADDB、ADDC为地址选择端；（3）2-12-8为变换后的数据输出端；（4）START（6脚）是启动输入端。（5）ALE（22脚）是通道地址锁存输入端。通常将ALE和START连在一起，使用同一个脉冲信号，上升沿锁存地址，下降沿则启动转换。（6）OE（9脚）为输出允许端，它控制ADC内部三态输出缓冲器（7）EOC转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。图4 A/D转换器原理图主要特性:1）8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s(时钟为640kHz时) 4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。图5 A/D转换电路原理图3.3 温度显示电路显示器件分为数码管和液晶显示，本设计中采用的是Led数码管显示器。LED显示器（一）LED显示器结构LED的主要部分是七段发光管，图3-15a是7段LED显示器的段排列结构图。这七段发光管分别称为a/b/c/d/e/f/g,有的产品还附带有一个小数点DP，七段式发光管名称就是由此而来。通过7个发光段的不同组合，可以显示09和AF共16个字母数字，从而实现十六进制数的显示。 图6 LED显示器原理图 这里采用两个Led显示器。配合7448显示译码器，将A/D输出的二进制数转换为7段数码显示。同时，配合12进制计数器，达到每5度一档显示。（二）计数器单时钟同步十进制可逆计数器74LS29074290的功能：（1）异步清零。（2）异步置数（置9）。 （3） 计数。 图7 74290管脚图(4) CT74LS290 的基本应用构成二进制、五进制、十进制计数器。本题中，将两片74290级联，构成12进制计数器。将R0、S9端接电压比较器的输出，一控制74290的工作。电路图如下：图8 显示译码电路3.4电压比较器简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高。电压比较器的性能指标(1）阈值电压(2）输出电平 (3）灵敏度 (4）响应时间 测量信号经放大后与比较器运放反相或同相输入端比较，利用电平的高低跳变，控制报警电路，加热以及降温电路。本设计中采用LM139 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器。该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。LM339集成块采用C-14型封装，图9为外型及管脚排列图。图9外型及管脚排列图单限比较器电路 图10单限比较器电路比较器电路如下图： 图11 电压比较器电路电路图如下:图13高温报警电路原理图、低温报警电路 如图所示，两个555电路均为多谐振荡器。适当选择定时元件，使f=1Hz。由于低频振荡器A的输出接高频振荡器B的复位端，故只