温度报警器课程设计

1、温度报警器的设计与制作 电子技术综合课程 设 计课 程： 电子技术综合课程设计 题 目： 温度报警器 所属院(系) 电气系 专业班级 电气095 姓 名 吴昊 学 号 0917024109 指导老师 李翠华 完成地点 501实验楼 2010年 07 月 09日任 务 书温度报警器的设计与制作一、任务和要求：设计并制作一个温度报警器，要求如下：1、用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件；2、当温度在10至30范围内（允许误差1）时报警器不发声响，当温度超过者范围时，报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，即：（1）当温度高于30时，报警器发出两种频率交替的“嘀嘟”声响，即加到蜂鸣器上的电压波形如资料

2、中3D（2）当温度低于10时，报经区发出单频率声响，如资料中附录3D。3、温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0为0mv，温度每上升1，递增2mv；4、设计并制作电路所用直流电源。二、提示和参考文献（略）前 言电子技术综合课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计

3、为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生对这方面的自信心和兴趣，培养良好的实验习惯，为以后的工作打好基础做好铺垫。本课程设计以电子技术的基本理论为基础，着重掌握电路的设计装调及性能参数的调试方法. 本课程设计应达到如下基本要求：（1） 综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个实际应用电路的设计。（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实

4、际问题的能力。（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。（4）掌握电子电路的安装和调试技能。（5）熟悉的使用各类数字电子仪器。（6）学会撰写课程设计论文。（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。目 录课程设计任务书2前言3一、 方案的论证和选择51.1 整体电路构思51.2 方案一51.3 方案二51.4 方案的选择：6二、单元电路设计72.1 电源的设计72.2 放大电路的设计92.3 比较电路的设计112.4 报警电路的设计13三、电路的装调和分析163.1 调试的步骤与方法163.2 故障的分析与处理16 四、总结和体会18附 录附录A 总体电路图附录B 元器件清

5、单附录C 芯片的管脚图参考文献一、总体方案设计1.1方案任务： 在某些场合对温度有一定的要求。如果温度过高，则应及时采取降温措施，如果温度过低则应及时采取加温措施。为了便于及时了解温度是否正常，可以使用温度报警器。 因此，此次设计任务是设计并制作一个温度报警器。1.2方案的提出提出方案一：电 源电 路比 较电 路报 警电 路提出方案二：由设计任务与要求，所设计的温度报警器应该可以对温度变化进行比较，当温度在1030范围内不报警，在此范围外报警。 有实验要求，温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0为0mv，温度每上升1递增2mv，在实验过程中，20mv60mv这个范围几乎无法用手去调节，因此

6、直流信号源必须要经过一级放大电路才可以为下一级报警电路提供驱动，为了区分，直流信号源的不同，报警电路必须有两种报警电路，当低于20mv时发出单频的报警信号，当高于60mv时发出双频的报警信号。综上所述，总体电路应分为四大部分：电源电路，放大电路，比较电路和报警电路。电 源电 路放 大电 路比 较电 路报 警电 路 其中报警电路分为单频报警电路和双频报警电路。13方案的选择方案一：优点：电路图简单，理论上可以实现报警功能。缺点：比较电路需从直流电源直接取样，所取电压的范围大小不满足对温度变化所对应的电压变化范围。结论：不可行方案二：优点：通过放大电路的作用，能把对应的小电压放大到需要的电压范围，

7、可行性强。缺点：相对于方案一电路较复杂结论：可行二、单元电路设计在各个单元电路与总体电路设计过程中，需要计算电路中各元器件的参数，以及估算电路的性能指标等，从而把各电路元器件与电路确定下来，为单元电路和总体电路的设计试验做好准备。21直流稳压电源的设计2.1.1设计任务和要求在电子电路设备中，一般都需要稳定的直流电源供电，而平常生活中用到的都是频率为50HZ，有效值为220V的单项交流电压，因此需要将它转换为幅值稳定，输出电流较小的直流电压。在一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。在温度报警器电路中，需要用512V的直流电

8、源供电，因此需要设计一个输出为12V的稳压直流电源，直流电压的设计方案图如下：电 源变压器滤 波电 路整 流电 路稳 压 电 路2.1.2设计原理在电路中输入220V（50HZ）的交流电压，通过电源变压器降压（变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要）然后变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压，为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑，理想情况下，应将交流分量部分全部滤掉，使滤波电路输出电压仅为直流电压，然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后会影响其滤波效果，对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为

9、供电电源，但当电网电压滤波或者负载变化时，其平均值也将随之变化，稳压电路的功能是使输出直流电压基本保持，不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。2.1.3设计方案固定输出集成电路稳压电源2.1.4方案选择方案是固定输出集成电路稳压电源，在稳压部分采用3集成稳压电路78XX，使得电路结构变得非常简单，易出现混乱，而三端集成稳压管比较容易一些，我们可以直接选择7812和7912连接，使得输出电压为12V，供电路使用，所以，从电路结构、安装难易、成本计算等方面考虑最佳选择此方案。2.1.5参数计算及元器件选择1、变压器采用182的规格2、整流二极管的选择 一般情况下，允许电网电

10、压有10%的波动，因此在选择二极管时对于最高反响工作电压VRm和最大整流平均电流IF应至少有10%的余地，以保证二极管安全工作，即：VRm56V因为三端固定式集成稳压管LM7812、LM7912的最大输出电流Iomax为1.5A，因此每个二极管流过的平均电流ID=0.5Iomax=0.51.5=0.75A整流管的参数IF应该比平均值ID大（0.52）倍，若比ID大1倍则：IF=1.5A3、电容选择电容C1的选择：1000F，耐压值为50V.电容C2为抗干扰电容，C2=0.01F. 电容C4具有改善输出瞬变特性和防止电路产生自激振荡作用，C3=10uF2.1.6仿真电路调试在仿真电路连接，检查完

11、以后，进行电压源输出测试，测得7812的输出电压为12.2V。7912的输出电压为-11V且不断震荡。电路调试过程中出现问题的分析：在仿真电路调试中，测得7912输出端电压为-13且不断震荡V，经检查C3选取不合适，调整后正常。22放大器的设计2.2.1方案的论证即选择 设计一个1030以外的温度报警器，需要用电压来代表温度，设1用2mv代替，那么在1030则表示成20mv60mv，即电源供的电压在20mv60mv范围以外的电路报警，而电源提供的电压为12V，与所取电压相差很大，这时需要将所取电压放大100倍，即2V6V以外的电压电路报警，在电路的选择中，我们组选用得是用芯片LM324组成的同

12、相比例放大电路。2.2.2电路组成2.2.3原理分析及参数选择因为该电路为同相比例放大电路且放大倍数AU=100，根据同相比例放大电路的放大公式：VO=(1+RfR1)VI可知放大倍数AU的大小即为式中的1+RfR1的大小，则电路中的R1、Rf起放大倍数的作用。1+RfR1=AU=100 得Rf100R1选取R1=1K Rf=100K的滑动变阻器因为实验中会有误差，可以通过调节Rf的大小来确定放大倍数，当VI=100mv时，流过Rf的电流大小：IRF=IR1=V2R1=100A该电流大小比集成运放LM324的最大输出电流小，而且又比输入偏置电流大得多，因此这组电阻能正常工作。对于R2大小的确定

13、，只有在R2=R1Rf满足时，VO=(1+RfR1)VI才成立，所以Rf1K则取R2为1K的滑动变阻器。经实际调试Rf取89K.23比较器的设计2.3.1设计任务和要求将温度10与30转换成2V与6V，使报警器在2V与6V之外报警，比较器应具有电压比较功能，输出电压低于2V的经比较器与报警器相连发出间歇式声响，电压在2V与6V之间的不报警，在6V以上的经比较器与报警器相连发出两种频率交替的声响。2.3.2方案的讨论及选择根据设计要求，比较电路实现的功能是：输入电压向单一方向变化过程中，输出电压跃变两次，电压经放大器放大后，比较器的输入电压UI从零开始增大，当经过UI=2V时，输出电压开始跃变，

14、直到6V,比较器输出为低电平，当输出UI2V比较器经过比较，输出为低电平；当输出UI6V比较器经过比较输出为高电平，所以选择用窗口比较器。当UIURH时，必然大于URL所以A1的输出U01=+UOMA2的输出为U02=-UOM使得二极管D1导通D2截止，DZ工作在稳压状态，UO=+UZ当UIURL时，必然小于URH,所以A1的输出U01=-UOMA2的输出为U02=+UOM使得二极管D1截止D2导通，DZ处于正常工作状态，UO=+UZ当URLUIURH时，U01= U02=-UOM,D1与D2均截止，DZ不工作，U0=0V实际电路图如下2.3.4参数计算R1、R2与R3、R7起分压作用，将+V

15、CC分压，RV2上分得的电压作为6V的高电位参考电压，于是选择R1=R2=100 K，RV2=10K从而近似可从12V电源上分出6V电压。同理，RV3上分得的电压作为2V的低电位参考电压。则图中所示电路工作原理为：1）当输入UI6V时，输出UO1为高电平，UO2为低电平。2）当输入UI2V时，输出UO1为低电平，UO2为高电平。3）当输入2VUI6V时，输出UO1与 UO2均为低电平。对参考电压的计算说明：12（RV21+R1）/(R1+RW1+R2)=U1=6V作为高电位参考电压6(Rv3+R7)/(R3+R7+RV2)=2V作为低电位参考电压24报警电路2.4.1方案设计根据任务与要求，要

16、有两种不同的报警声音，因此我们设计两种报警电路，单频报警电路和双频报警电路。音频报警电路的制作可以用CB555集成定时器，电阻和电容制作多谐振荡器从而做出音频电路。若占空比大于50%，报警发声频率可由求得。2.4.2单频报警电路工作原理：图中555定时器和R1、R2及C2构成低频振荡器，音频振荡器，当控制端R为低电平时，低频振荡器不振荡，它的输出端Q为低电平，因此，高频振荡器也不振荡，蜂鸣器不发出声音。当控制端R为高电平时，低频振荡器产生矩形波周期为秒数量级，这个矩形波的占空比q可通过调节R1、R2来实现，当B为高电平时，音频振荡器产生方波，使蜂鸣器发出声音。2.4.3双频报警电路工作原理：两

17、种频率交替的音响电路用555集成定时器组成，图中的555（I）组成低频振荡电路， 555()组成音频振荡器，由于前者的输出（管脚3）经过电阻接到后者的控制输入端（管脚5），因此当前者的输出为高低电平时，后者可输出两种不同的频率方波，而且555定时器的输出最大电流可达200MA，所以直接驱动蜂鸣器，当然，只有当控制器端A为高电平或悬空时，蜂鸣器才发出“滴嘟”， “滴嘟”的声音，若A为低电平时，555（）定时器处于复位状态，蜂鸣器不会发出声音。电路的装调与分析温度报警器由电源电路，放大电路，比较电路和报警电路四部分组成。要使此次试验成功，首先则需要每个单元电路进行装调与分析。最后才能是整体电路。电

18、源部分由变压器、调压器、整流桥堆、电容和三端稳压管组成。在电源部分的调试过程中主要是调节滤波电容的大小，W7812后面连接的电容作用是消除输出电压中的高频噪声，W7812前面的电容则是防止电路产生自激振荡，以及滤出杂波的作用放大电路由LM324及若干电阻组成，其连接与调试的主要目的就是调试出的放大倍数与理论所需一致（及100倍）。先将其调零，计算其实际放大倍数。最后在实际电路中就使用实际放大倍数。比较电路由两片LM324芯片，稳压二极管，若干电阻组成。比较器是此次试验的核心部分。比较器要有选择的输出高低电平的作用如果电压在2V6V之间变化，比较器没有信号输出， 2V和6V为阀值电压。当输入电压

19、大于6V时A1正常工作；当输入电压小于2V时A2正常工作；当输入电压在2V6V时A1、A2均不工作。报警电路由蜂鸣器，555集成定时器，若干电容和电阻组成。双频报警电路需要用两个555集成定时器完成，而单频的则需一个555集成定时器来实现其功能。经本人查阅资料和多方努力最终调试出了这部分电路。以上四部分如果都运行良好则就可以按照总图进行连接了，但是调试的过程还是需要一级一级的往下调试。若前一级不能实现其功能则下一级也就无法实现其功能。因此我们就一级一级往下调试，直到整个电路调试完毕达到任务书上的要求。我们在电路的调试中又在原各部分单元电路的基础上加入了一些电子元器件，电阻电容和门电路等以加强整

20、个系统的稳定性。心得体会2009-2010学年第二学期学校安排了两周的课程设计，在经过四周的努力后，终于完成了我的课程设计任务。能够取得这一成绩我首先要感谢我的指导老师，是他为我的课程设计提出了很多宝贵的意见和建议并且在仿真操作上给我了很多的建议。这是我们在学习了模拟电子技术和数字电子技术基础后理论与实践相结合的一次课程设计，是巩固理论知识的一次很好的机会。我们组此次训练的课题是温度报警器的设计与制作。我们是四人一组，在此次温度报警器的设计过程中，我所负责的是报警电路部分，在自己努力完成设计方案后，又与其他组员共同协商，组图，最终得到总体设计。组图完之后就是进入实验室连接线路、装调、测试等，在

21、此我们必须相互配合，相互团结，完全体现我们的体现团队精神，我们有许多次的失败，但是我们还是完成每一步的电路连接，并使其实现功能，所以在此感谢我们组的其他三人，我们一块成功地完成了此次实验。虽然在课程设计的过程中，遇到了很多想象不到的问题，但通过查资料，集体讨论等最终问题都能得以解决。这次课程设计培养我的严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。培养我去图书馆查阅手册和文献资料的良好习惯，以及培养我独立分析和解决实际问题的能力。总之，本次课程设计让我们受益匪浅。这次课程设计终于顺利完成了在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢

22、！元器件清单序号种类标称值数量1双绕组变压器18212整流桥堆1.5A56V13蜂鸣器24电容0.01F35100pF260.02F2710F5V282000F60V19定值电阻1K61010K311100K212120K313可调电阻1K41410K315100K216555集成定时器317W7805118W7912119W7812120LM3243芯片管脚图(1).稳压器管脚 W7805：它有三个引出端输入端（不稳定电压输入端）标以“1”输出瑞（稳定电压输出端） 标以“3”公共端 标以“2”W7812：它有三个引出端输入端（不稳定电压输入端）标以“1”输出瑞（稳定电压输出端） 标以“3”公共端 标以“2”W7912：它有三个引出端输入端（不稳定电压输入端）标以“2”输出瑞（稳定电压输出端） 标以“3”公共端 标以“1”（2）LM324LM324资料： LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源15V15V工作。它的输入电压可低LM324引脚图到地电位，而输出电压范围为OVcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算