电子信息系统综合设计报告(孙树).doc

. . . . 电子与信息工程学院电子信息系统综合设计报告 设计题目 铂电阻温度检测报警电路 组 员 孙树 专 业 电子信息科学与技术 班 级 123621 指导教师 方明 2015年5月温度检测报警电路设计及实现第一章 设计要求1.1课程设计要求1、设计任务和要求 检测温度范围为0100 ，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0100 ，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、 任务分配：将该温度检测系统分为四个模块，由四个人分别完成一个独立模块。第二章 系统组成及工作原理2.1温度采集和放大首先，通过温度传感器(PT100,I35MA)将温度模拟信号转化成一定的电信号，由于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，通过理伦计算当温度100的时候，对应的电信号最大，约等于0.15，所以我们的差分放大倍数在30-100内可调节。2.2 信号的过滤 信号采集和放大处理好了，我们知道任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信号，所以这个时候要对这个信号进行过滤了，而我们需要的信号是一个变化很缓慢的信号，所以我们选择2阶低通滤波器，上限频率约为100HZ，根据fh=1/2piRC，于是我们取R=5.1k，C=0.33uF.2.3信号的控制 如图所示我们用到的是最普通的比较器，通过设定相应的阈值（0-5.6V可调），然后与采集到的信号做比较，当大于设置的信号时输出低电平，当小于设置的信号输出高电平。其中跟随器是输出电压稳定，增加带负载的能力。2.4蜂鸣器的驱动 根据设计要求当超过一定的温度时蜂鸣器要以1HZ的频率响，因此我们选了一个周期为1秒的方波振荡器，根据公式我们选R3=1.39M，C=0.33uF.当温度超过设定的温度时，比较器输出低电平，有方波产生，蜂鸣器响，反之不响。第三章 信号的采集及报警电路的设计3.1温度采集检测 图 3-1 PT100实物图 pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0 时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。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匀速增长的。 PT100分度表温度/度阻值/欧姆温度/度阻值/欧姆温度/度阻值/欧姆0100.0040115.5480130.9010103.9050119.4090134.7120107.7960123.24100138.5130111.6770127.08110149.29表 3-1方案一： 1.电路图 原理图2.参数的选择 由上图可知PT100的在100-200之间变化，而通过PT100的电流不能大于35MA，所以我们选1K 的电阻来限流。3. 工作原理和调试方法（1）、调试方法： 当温度是0摄氏度的时候，调节200欧姆电位器，使从1、2出来的电压差为0， 并保持这个阻值不变。（2）、工作原理：随着温度升高，pt100的阻值也会随着温度的升高而增大，根据分压原理，从1出来的电势势必会比1处高，形成一定的压差，这样就把温度信号转化了电信号了。由于PT100总会存在一定的误差，理论上0摄氏度的是对应的阻值是100欧姆，而实际上是有误差的，我们在边上加一个可调电阻可以通过调节减少这个误差。3.2蜂鸣器驱动模块1.设计原因 该系统是温度检测报警系统，当温度超过某个温度时，要通过一定去告知人们现在处于超温状态，所以我们通过去驱动蜂鸣器发出报警的声音来告知人们。2.设计原理当运放的反相端输入高电平，由于这是个比较器电路因此输出的是就是低电平，这个时候（温度未超过设定的温度），三极管工作在截止区，蜂鸣器不会响，当反相端输入低电平，输出高电平，通过给电容充电，然后放电产生方波，这个时候在半个周期工作在截止，在另外半个周期工作在饱和，从而控制蜂鸣器以1HZ的频率报警。3.参数的选择 如上面的仿真电路图1.3，产生的方波，周期接近一秒，根据公式T=2R3Cln(1+R2/R1),所以我们选择了R1=R2=10K,C=0.33UF,R3=1.39M。下图为蜂鸣器的驱动部分，其中二极管是防止基电极和射极电压过高的，我们选了放大倍数为100倍的三极管9013，电阻选10k都是为让三极管不在截止状态时工作在饱和区。后因9013三极管丢失，我们选用同为NPN的8050三极管来替换，驱动性能很好。如下图所示为报警电路实测方波波形，周期接近1S,与理论计算相差不大，可行。实测波形仿真波形第四章 电路及系统调试4.1 组装调试1.直流电源的装调鉴于直流电源部分是从220V高压转换过来，电路装调有一定危险性，以及考虑到器件的重复利用率不高，故直接使用直流稳压电源来调试。电源如下首先通过中间两个按键设置为串联跟踪模式，之后如图接线，注意将右路的负极连接至左路的正极后，还需将5V的GND和其连接，以使其全部共地。调节主电源电压调节旋钮至12V即可，则左路负极为-12V,右路正极为12V。2.温度检测放大电路的装调选用一个PT100，两个1k电阻和一个200电位器组成测量电桥作为温度传感器；选用一个LM324中的三个集成运放，两个1k、两个390、两个20k电阻和1个10k电位器组成放大电路。问题 组装过程中由于LM324管脚多，易于弄错，有接错管脚的现象发生。故障排除 仔细核对检查各管脚所对应的集运放和输出电路，并用万用表测试其输入和输出电压。最后，通过改变电位器数值至最大阻值10k，经万用表的测量，放大倍数约为60。与理论计算相差不大，故电路可行。3.滤波电路的装调选用两个5.1k、一个1k电阻，两个0.33F电容和一个LM324中的一个集成运放，组成一个二阶低通滤波电路。滤波电路起到对信号过滤作用，其所用元器件较少且电路连接较为简单，基本上没什么问题。4.控制比较电路的装调选用一个510、一个1k电阻，LM324中的两个集成运放，一个10k电位器，一个5.6V稳压管和一个发光二极管，接好比较电路。这部分电路连接也较为简单。最后，通过改变放大电路中10k的电位器阻值，并用万用表测得电压跟随器的输出电压在05.6V变化；通过改变与比较器相连接的10k电位器阻值，控制电压值来控制报警温度。5.驱动报警电路的装调选用三个10k、一个1M、1个390k电阻，一个0.33F电容，LM324中的一个集运放，一个IN4007二极管，一个8050三极管和一个蜂鸣器，连接好驱动蜂鸣器电路。注意三极管引脚，拱形朝外，从右往左分别是e,b,c.4.2 总系统调试（1） 、将PT100放入冰水混合物中，调节电桥中的电位器使U3的电压为0伏，并一直保持R1的阻值不变。（2） 、将PT100放入刚加热完的热水中，保持U4的电压为5.6伏（可调的最大的电压），调节电位器R2使U3的电压为5.6伏。（3） 、我们的温度报警系统是在温度超过60摄氏度的时候报警，因此我们的调试过程是，先将温度加热到60摄氏度，调节电位器R3直至让蜂鸣器发声。温度（）U1(V) U2(V) U3(V) U4(V)00.450.4500600.450.554.45.01000.450.615.65.6参考文献1华成英.模拟电子技术基本教程. 北京:清华大学出版社,20062康华光.电子技术基础模拟部分. 北京:高等教育出版社,20063邱关源,罗先觉.电路.5版. 北京:高等教育出版社,20064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:南昌航空大学信息工程学院电子实验实践中心(自编),2010附1元器件清单：序号名称规格数量1电阻1M12电阻390k13电阻20k24电阻10k45电阻1k66电阻51017电位器10k28电位器20019电容1000F210电容100F211电容0.33F512电容0.1F113二极管IN4007114稳压二极管5.6V115发光二极管红色216三极管IN9013117温度传感器PT100118运算放大器LM324219蜂鸣器120万用板2附2部分元件介绍：1.lm324简介：LM324系列器件为价格便宜的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的引脚排列见图3-4。 2.参数描述：运放类型低功率放大器数目4 带宽1.2MHz 针脚数14工作温度范围0C to +70C电源电压 最大32V 电源电压 最小3V 型号324低偏置电流最大100nA 输入偏移电压 最大7mV额定电源电压+15V 变化斜率