温度报警器仿真

1、10模拟电路基础课程设计报告温度报警电路的设计与仿真姓名：FD学号：-背景与简介：本项目的目标是设计一个温度监测与报警电路。人们的生活与坏境温度息息相关，物理、化学、生物等科学都离不开温度，太阳 能热水器、电力、石油、农业大棚经常需要对环境温度进行检测，并 根据实际的要求对温度进行控制。 例如，在醋和酒等的酿造生产中必 须对发酵过程的温度进行检测与控制； 许多太阳能热水器中，需要通 过温度检测来控制其水泵运作；在农业大棚中，通过温度检测来判断 是否合适农作物种植与生长；许多电子设备都有额定温度单位， 没有 合适的温度会使电子产品造成故障等等。已知条件：1温度传感器温度为25C时，所有电阻的阻值

2、为400Q温度每上升1C, Rt的阻值下降0.01 Q2. 数字电压表：2V满量程，3位半3. 发光二极管：正常发光时正向电流为 210mA设计要求：1. 温度为0C时，数字电压表的指示为 0.000V2. 温度为100C时，数字电压表的指示为1.000V3. 温度低于30C或高于40C时，点亮发光二极管报警4 .温度监测与报警误差 士 2C分析：1. 由已知条件知：Rt与温度T的关系为：Rt=400.25Q-0.01T ;由于Multisim12.0软件里面没有热敏电阻，根据上面的关系式， 把Rt替换成一只399.25 Q与一个1 Q的电位器串联，从而模拟由于 温度改变引起的Rt的阻值变化。

3、2. 根据设计要求1和2:温度为0C时，数字电压表的指示为 0.000V,即Rt=400.25 Q时, 电压表示数为0.000V;温度为100C时，数字电压表的指示为1.000V, 即Rt=399.25 Q时，电压表示数为1.000V;3. 根据设计要求3:温度低于30C或高于40C时，点亮发光二极管报警，即电压小 于0.3V或大于0.4V时，输出逻辑高电平，使发光二极管应导通；则 此时显然因选用的比较器为窗口比较器。4. 根据设计要求4:温度监测与报警误差士2C,则所选用运放应具有低失调。系统方案设计与仿真：一：系统框图1传感器1厂；）信号放大k 比较器信号采集1电压表显示报警:单元电路1.

4、传感器分析得到：热敏电阻的阻值：Rt=400.25Q -0.01T ;用一只399.25 Q与一个1Q的电位器串联来代替，从而模拟由于温度 改变引起的Rt的阻值变化。VCC |5VR3H4399KJ5O 孔2100 % II-0_1 pF图1传感器部分2.信号放大电路由于采样信号为双端输入，共模量大，差模量小的信号，而系统需要的信号为差模信号，所以应采取CMR高的差分放大电路，并且应具有低失调，零点漂移，放大倍数稳定精确的特点。 经查阅多种运放芯片手册以及做电子设计竞赛中用过的常用运 放，先选用了 OP07,但仿真发现误差最大时超过 1.5mV，虽然 也能满足项目+-2 C的指标要求(即要求到

5、+-20mV),但为了追求更高 的精度和指标。最终选择了 INA163 , INA163是一种低噪声，低 失真的仪表放大器。经仿真发现误差最大时也不超过 0.2mV,下为INA163数据手册的部分资料特征qs ttlnV/VHz IkHxq0.002K在 lkH巧 G = 100q 宽芾宽，SOOkHz G 二 100q亮皑鸞范国=sva bvq HIGH CMR: 100dBq増谥设盖外部电明q S0-14i面弼装包装应用q专业ssaasa*器 q动魁去镇濫畫他衣器q差分接收篙q桥衣倍馬器诫大器放大器元件参数分析与计算：要使0C时为0V, 100C时为1.000V;而在25C时差模输入信号为

6、0,分析知放大部分的输出与输入差模信号不是直接的K倍关系，而应叠加一个直流偏移。设放大部分放大倍数为a,放大直流偏移b mV ;建立方程组0C时差模信号为：-781uV; 贝心-781a/1000mV+b=0;(1)100 C时差模信号为：2.346mV;贝心2.346amV+b=1000mV;(2)联立(1)( 2)式解得：a=319.795倍;b=249.76mV;根据 INA163 的芯片手册：増益：G=Vo600()式中Rg为3和12直接的外接反馈电阻;根据所需放大 倍数，从而算得Rg=18.8 Q 设计出放大级的电路如下图2放大部分3 .电压显示电路可选方案有7.SV1NA163UA

7、：U1/I t:-.REfRG10.1pF249.76方案一：lcl7107,ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包 含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，从而显示电 压值，且精度能达到设计要求。方案二：用数字万用表直接显示，显然也能达到设计指标。由于multisim里面没有icl7107系列芯片，icl7107是功能复杂的 专用芯片，因此没有可以替换的单个芯片，只得选取方案二。（图3）4. 比较器电路采用两个LM311组成窗口比较器，输出端通过 10K的上拉电阻接到Vcc。通过外部电压设定门限值，使当输入电压ui在0.3到0.4V之间时输出逻辑低电平（mV级别），

8、ui低于0.3或 高于0.4V时，输出高电平（约为 4.5V，二极管有一点压降）。经仿真，发现门限 值和输出效果十分 准确。5.报警电路采用发光LED报警，项目要求正常发光时正向电流为1 sobop L r - H h L CIco81N4U8R1Q ：AJ2 .rr-4. . U3 W”，R0TOOOOQlms-FTdvci:1N4148210mA先设定LED的正常工作电流为5mA.由于比较器的输出的驱动能力较弱，采用一只常用NPN型管2N3904对发光二极管进行驱动。当 Uo=0时，三极管截止，LED不亮; 当Uo输出高电平时，三极管工作，LED亮；从而实现报警。15M311D山 B/ST

9、E5.5V|:D2：:1N4148A/OkQ R9R13|* 电 * mSX -TovI. R122N39046温度报警器全局电路图图4报警部分v3m.仿真结果KTMI35MDV1 4RRe-S.8DIJwoo.00D11图5温度报警器全局电路图I” . tl 9 t .5V o o，i!J _.bLM311DTQkD 的 D1?-.-1.1FD1Hl 3由于对整体进行仿真，已经相当于对每个单元进行仿真了，就没有把每个单元单独隔离出来仿真了（设计每个单元时已经验证过其正确性）。对电压表显示和发光报警部分的仿真：（1）温度为0C时，调节滑动变阻器 使Rt=400.25 Q仿真：Lsf* W7-

10、OQQ社-249.76mV万XMM1697 593 JV理! p LM311D*U2H53vss10V结果为：数字万用表示数697.593uV, led亮（温度低于30C,报警）；（2）温度为100C时，调节滑动变阻器 使Rt=399.25 Q结果为：数字万用表示数1.001V, led亮（温度高于40C，报警）；（3）温度为10C时，调节滑动变阻器 使Rt=400.15 Q 2 dgD,400p u yj -LMVlNM*3UAzE900 750 rnV金1D14 =I 一249.76mVFW三 XMMlSIS -驾/2N3W4结果为：数字万用表示数900.758mV, led亮（温度低于3

11、0C,报警）；（4）温度为25C时，调节滑动变阻器 使Rt=400Q2S76mV: I -XMM1750W7m7 Mb Bn UVnui. .ImiQI-AVR13： llVuV 0Dd2N3MJT1CV誇结果为：数字万用表示数750.607mV, led亮（温度低于30C,报警）；（5）温度为31 C时，调节滑动变阻器 使Rt=399.94 QJIin1K-? % 39 屮 Z5D聽n站5(P-IK 3 tksslXWinrJM.钿 mV:丄7.5 VINA1$JUA4U241.78 mV万馬書xMfyrLMJ11D :协kl隔01结果为：数字万用表示数350.48mV, led 不亮（温度

12、在30到40C之间，不报警）；H11|-i4J.7mV万 XMM1li.hoooLiJggHob10Io SKr5V 耳- 胃.KVWLM311D:di300 媲 mvLM311D b BAL B/ILTBis .U3 士1N41BVS510VRf2(6)温度为35 C时，调节滑动变阻器 使Rt=399.9 Q249J6mVnXIMT3475mVLM311C1fikii km-AA-ioitn-U1381W41R1Qljllu vss结果为：数字万用表示数300.493mV, led 不亮(温度在30到40C之间，不报警)；(7)温度为37 C时，调节滑动变阻器 使Rt=399.88 Q结果为

13、：数字万用表示数390.475mV, led不亮(温度在30到40C之间，不报警)；(8)温度为41 C时，调节滑动变阻器 使Rt=399.84 Q结果为：数字万用表示数420.474mV, led亮（温度咼于40C,报警）；温度为80C时，调节滑动变阻器 使Rt=399.45 QM mAnsooA/W-: :7 G VlMAifilUA:VI:二叶249M 10 巒刊厂84 % -0.1 mF77 刊？ XlhlP/rI FFLM311DUS .-U3上-aLM311DlOkDVSSiovR12结果为：数字万用表示数840.691mV, led亮（温度咼于40C,报警）；（10）温度为90C

14、时，调节滑动变阻器 使Rt=399.35 QVIMA1E3OAxwi1-CCC VVV主344.7emV万用表册flffl 刊 mVIE iLM311D- .LM311Di - AL1CV10k 口別h rsMCQ2N3B9*结果为：数字万用表示数960.834mV, led亮（温度咼于40C,报警）；分析： 仿真结果均达到设计要求。四：结论 设计项目成功，达到所有设计指标。1温度为0C时，数字电压表的指示为0.000V.（实际为697.593uV） 2温度为100C时，数字电压表的指示为1.000V.（实际为1.001V） 并且温度在0到100C之间变化时，数字电压表的指示十分精确， 最大 误差小于 0.2mV.3温度低于30C或高40C时，点亮发光二极管报警（能准确报警） 4温