毕业设计（论文）_汽车油量检测报警器

1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文） 论文题目： 汽车油量检测报警器所属系部： 自动化工程系指导老师：张玉莲 职称：教授 学生姓名 张振龙 班级、学号: 09603424专 业：电气自动化西安航空职业技术学院制2011年 12 月 7 日西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 汽车油量检测报警器任务与要求： 1用五个指示灯分别指示五种油量位置，当汽车油量低于规定油量下限时发出报警信号，提醒驾驶员及时补充油量。 时间： 年 月 日 至 年 月 日 共 周所属系部：自动化工程系学生姓名：张振龙 学 号：09603424专业： 电气自动化指导单位或教研室：应用电子教研室指导教师：

2、张玉莲 职 称：教授西安航空职业技术学院制 年 月 日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2011.10.25至2011.10.26根据学校安排指导老师发放题目，确定论文题目。2011.10.27至2011.11.1查阅资料，整理资料，确定设计方案2011.11.2至2011.11.23根据设计要求及查阅到的资料进行控制电路设计2011.11.24至2011.11.30和指导老师进行交流，对设计进行修改完善2011.12.1至2011.12.7请指导老师对完善后的设计进行审查修改教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一

3、。汽车油量检测报警器摘要：监测报警器由油量采集、放大电路、阈值控制、电压比较、单稳态电路、驱动电路组成。实现的具体功能是当油箱的存油量达到预置的油量水平以下时警示灯常亮直至油量达到适当水平，声音报警时间约5S。为实现油量的监测，本设计将油箱内油量变化转换为电阻阻值的变化，首先通过电桥电路来转换电压信号实现油量采集，再通过比较器设置的比较电压进行比较，判别是否低油量，再确定报不报警。格式不对关键词：油量采集， 单稳态电路， 电压比较， 声光报警目 录1引言 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 2 什

4、么是油量检测报警器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 2.1 汽车油量检测报警器设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2.2 设计思想 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2.3 系统设计目标 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3油量检测报警器设备的组成 - - - - - - - - - - - - -

5、- - - - - - - - 3.1 系统设计原则- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.2 系统组成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.3 系统功能 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.4 系统特点 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.5 几种

6、长见的油位测量技术 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.6 传感器的原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.6.1 油位传感器的发展方向- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 电路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.1 主电路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

7、 - - - - - - - 4.1.1 主电路元器件选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2 各组合电路的设计及其工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.1 油量采集及放大电路设计- - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.2 电压比较器电路设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.3 555单稳态电路设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.4 电源电路设计- -

8、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.3 555定时器的工作原理 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.4 555定时器的电路调试- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 主电路的调试- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5.1 主电路的调试- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

9、结束语- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 谢辞- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1引言 随着电子技术的飞速发展，电子控制电路在日常生活中有着大量的应用，各种报警专用集成电路、语音音效集成电路、传感器的不断推出，一些新颖实用的报警器、警示器电路

10、已广泛应用于家庭生活、工农业生产、交通、机动车、通信和防盗、防灾等领域。本课题设计了一款简易功能的监控电路，该电路能对汽车油量进行监控，当汽车油箱内油量过低时发出警报进行提醒，以防止在行驶时油量耗尽，而带来的不便。报警时能在视觉和听觉上进行提醒，以更加直观有效的进行警示。本设计实用新型结构简单，成本低，使用寿命长，显示的油量数据精确；具有低油量报警，提醒驾驶员适时加油的功能。2 什么是油量检测报警器2.1 汽车油量检测报警器设计 本课题设计了一款简易功能的监控电路，该电路能对汽车油量进行监控，当汽车油箱内油量过低时发出警报进行提醒，以防止在行驶时油量耗尽，而带来的不便。报警时能在视觉和听觉上进

11、行提醒，以更加直观有效的进行警示。 监测报警器由油量采集、放大电路、阈值控制、电压比较、单稳态电路、驱动电路组成。实现的具体功能是当油箱的存油量达到预置的油量水平以下时警示灯常亮直至油量达到适当水平，声音报警时间约5S。为实现油量的监测，本设计将油箱内油量变化转换为电阻阻值的变化，首先通过电桥电路来转换电压信号实现油量采集，再通过比较器设置的比较电压进行比较，判别是否低油量，再确定报不报警。本毕业论文从设计要求出发，经过多个方案的分析比较，选择了合适的设计方案，设计并制作完成了由油量采集、放大电路、阈值控制、电压比较、单稳态电路、驱动电路组成的汽车油量监测报警器。该报警器能够采集汽车油量信号，

12、当油量不足时报警，并将报警信号分成声光两路发送出去。该报警器新型结构简单，成本低，使用寿命长，显示的油量数据精确；还具有低油量报警，提醒驾驶员适时加油的功能。本设计实用新型结构简单，成本低，使用寿命长，显示的油量数据精确；具有低油量报警，提醒驾驶员适时加油的功能。2.2 设计思想 汽车的油箱油量检测通常是由水平检测器 (一个与仪表板油量计串接的由浮标控制的浮筒式电位器系统)来完成的。当油箱储满燃油时，浮标动臂升起，将电位器的阻值调至最小(也有部分车型是将电位器的阻值调至最大），使油量计 (实际上是一只毫安表)的指针作满标度的偏转;当油箱中的油量水平下降时，可变电阻器的阻值被调高 (或调低)，流

13、过系统回路的电流将随之变化，油量计的指针读数也变小。本例介绍的汽车油量监测报警器装置，能形象、直观地显示出汽车油箱内燃油的多少，还可以在油位降低至一定值时发出声光报警，以提醒驾驶员及时加油。2.3 系统设计目标本例介绍的汽车油量监测报警器，通过发光二极管的点亮数量来显示机动车油箱内的油量的多少，当油位降至低油位时，它能及时发出声、光报警信号，提醒驾驶员油箱内油量己不多，应及时加油。3 油量检测报警器设备的组成3.1 系统设计原则油量检测设备的设计应当从实际需要出发，尽可能的使系统的结构简单、可靠，设计时应遵循的基本原则如下：（1）系统可靠必须高，即使工作电源发生故障，系统也必须处于随时能够工作

14、的状态。（2）系统应具备一定的扩充能力，以适应日后使用功能的变化。（3）当受损时易于发现，且容易处理的场所。（4）系统应尽量采用标准产品，便于日后系统的维护和检修。我们在为汽车油量检测报警器设计时，充分考虑以上原则，为用户设计最为适用的报警系统设备。3.2 系统组成目前汽车油量检测报警器主要有以下几种结构组成原理框图如图1所示。主要包括放大电路，电压比较电路，555单稳态电路以及两路声光报警电路几部分。油量采集放大电路阈值控制电压比较器单稳态电路声音报警电路驱动电路光报警电路图1原理框图3.3 系统功能课题设计了一款简易功能的监控电路，该电路能对汽车油量进行监控，当汽车油箱内油量过低时发出警报

15、进行提醒，以防止在行驶时油量耗尽，而带来的不便。报警时能在视觉和听觉上进行提醒，以更加直观有效的进行警示。3.4 系统特点1.反应迅速反应时间极短，检测电路检测到报警信号后立刻将报警信息反应在人机界面上2. 直观性系统状态能够全面直白的显示在人机界面上3.传输可靠性电路连接相对简单，所用元器件也相对较少，电路图简单，可靠性很高。4实时性能够实时显示系统状态，没有延时5全中文界面采用全中文图形界面，直观的屏幕提示，界面友好美观，操作简单方便。3.5 几种长见的油位测量技术汽车油位传感器由于持续浸泡在各种燃油中使用环境恶劣，所以其失效一直是售后投诉的重点，也是传感器供应商研究改进的最重要的课题。目

16、前市场使用的油位传感器种类繁多，原理各异，使用环境也是千差万别，故十分必要对各传感器的特点进行归纳总结，为新型传感器的研究提供参考。方案一：浮筒液位计也称为沉浸式浮筒液位计，是根据阿基米德定律进行液位测量的仪表，可用来测量液位、界位和密度。比较适合用于测量压力容器内液位。其基本结构见下图。原理： 浸在液体中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和扭力管弹力的复合作用。当这三个力达到平衡时，浮筒就静止在某一位置。当液位发生变化时，浮筒所受浮力相应改变，平衡状态被打破，从而引起弹力变化，以达到新的平衡。悬挂在扭力管上的位移筒体沉浸在被测液体中，并受到阿基米德向上浮力作用，其作用力与排开液体质量成正比。根

17、据液位高低，筒体浸入深度不同，向上浮力发生变化，以达到测量结果。在结构上浮筒液位计分为侧装和顶装式，侧装式需要一个外筒，将液位引到设备外侧进行测量，可大大减少液面波动和介质流动带来的干扰；而顶装式直接从罐顶将浮筒投入，结构简单。不少厂家将顶装式浮筒的扭力管改为弹簧，简化了结构，但原理还是一样的。图中所示的的输出为偏转的刻度，如果将这种偏转或扭力转换为统一的远传信号，就构成液位变送器。油量计油量计 。用来显示燃油的存量，从仪表的分类上来说，油量计属于“液位显示器”，因为它的工作原理，就是在油箱里装置一个浮筒，随着燃油的减少、浮在燃油液面上的浮筒也会跟着下降、带动油量计的指针显示燃油存量。明白油量

18、计的工作原理之后。您当可恍然大悟，为何有的油表前半段指针移动很慢、过了之后就下降飞快，总之，很少油表指针的移动是线性的；那是因为浮筒只能显示液位，然而油箱的形状却不是规则的四方形，为了配合后座椅下方、或是行李厢尾端的结构，油箱通常的形状是上半部多少还能维持四方形，到了下半部，就不得不萎缩成三角状，因此到了下半部，其实体积比起上半部几乎小了有一半之多，这也就解释了为何油表指针过半之后会飞快下降了这套方案原理和电路连接相对简单，所用元器件也相对较少，电路图简单易懂，符合性价比高的要求。方案二：基于电容法测量液位的仪表一般称为电容式液位计，它主要由掖位传感器(液位-电容变送器)和测量、显示部分组成。

19、传感器部分实际上是一个可变电容器，这种电容器多为圆柱形，只是根据被测液体的不同性质，在具体结构和原理上有所差异。下面分别以导电液体和非导电液体为被测对象，主要介绍电容式液位传感器的基本工作原理。 一、测量导电液体的电容式液位传感器 测量导电液体的电容式液位计主要利用传感器两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化这种关系进行液位测量，图9-6为传感器部分的结构原理图。从整体上看，不锈钢棒3、聚四氛乙烯套管4以及容器2内的被测导电液体1共同构成一圆柱形电容器，其中不锈钢棒是电容器的一个电极(相当于定片)，被测导电液体则是电容器的另一个电极(相当于动片)，套在不锈钢棒上的聚四氟

20、乙烯套管为两电极间的绝缘介质。可见，液位升高时，两电极极板的覆盖面积增大，可变电容传感器的电容量就成比例地增加；反之电容量就减小。因此，通过测量传感器的电容量大小就可获知被测液体液位的高低。当可测量液体位H=0，即容器内的实际液位低于h(非测量区)时传感器与容器之间存在分布电容、这时的电容量C0为 （9-8）式中，0为聚四氟乙烯套管和容器内气体的等效介电常数；L为液位测量范围(可变电容器两电极的最大覆盖长度)；D0为容器内径；d为个锈钢棒直径。当液位高度为H时，传感器的电容量CH为 （9-9） 式中，为聚四氛乙烯的介电常数，2；D为聚四氛乙烯套管外径。因此当容器内的液位由零增加到H时，传感器的

21、电容变化量C为通常，D。D，而且0，因而上式中第二项的数值要比第一项小得多，可以忽赂。则 （9-10）在式(9-10)中当电极确定后，、D和d都是定值，故可以将式子改写为 （9-11）可见，只要参数、D和d的数值稳定，不受压力、温度等因素的影响，即K为常数，那么传感器的电容变化量与液位的变化量之间就有着良好的线性关系。因此，通过测量传感器电容量就可方便地求出被测液位。另外，式(9-11)还表明，绝缘材料的介电常数较大和绝缘层厚度较薄(D/d较小)时，传感器的灵敏度较高。以上介绍的液位传感器适用于电导率10-2Sm的液体，但被测液体的粘度不能大，否则，当液位下降时，被测液体会在电极的套管上产生粘

22、附层，该枯附层将继续起着外电极的作用，从而产生虚假电容信号，以致形成虚假液位，使仪表指示液位高于实际液位。另外，还应该再次指出，这种液位传感器的底部约有10mm的非测量区(图9-6中的h)。二、测量非导电液体的电容式液位传感器测量非导电液体的电容式液位计主要利用被测液体液位变化时，可变电容传感器两电极之间充填介质的介电常数发生变化，从而引起电容量变化这一特性进行液位测量。适合的测量对象包括：电导率10-9Sm的液体(如轻油类)、部分有机溶剂和液态气体。传感器部分的结构原理如图9-7所示。两根同轴装配、相互绝缘的不锈钢管分别作为圆柱形可变电容传感器的内、外电极，外管管壁上布有通孔，以便被测液体自

23、由进出。当测量液位H为零时，两电极间的介质是空气，这时传感器的初始电容量C0为 （9-12）式中，0为空气的介电常数;L为两电极的最大覆盖长度;D和d分别为外电极的内径和内电极的外径。当被测液体的液位上升为H时，传感器的电容量CH为（9-13）式中，为被测液体的介电常数。因此，当容器内的液位由零增加到H时。传感器的电容变化量C为 （9-14）可见当电极给定后，参数、D和d均为定值，故传感器的电容变化量只是液位H的单值函数，亦即测取传感器的电容量就可确定被测液位。以上所述为电容式液位传感器的基本工作原理，反映了电容式液位计将液位测量转换为电容量测量的过程。在此基础上液位计的测量电路将完成电容量的

24、测量，井最终显示相应的液位。目前，电容量的测量方法很多，常用的有交流电桥法、充放电法、调频法和谐振法等。但是此种传感器价格很高，仪表复杂，所以难以普及到普通汽车上通过比较可知两套方案中，方案二的原理较方案一要复杂一些，所以选择方案一，因为这套方案原理和电路连接相对简单，所用元器件也相对较少，电路图简单易懂，符合性价比高的要求。3.6 传感器的原理传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。（实现直接测量或间接测量）。 检测的分类1 被测量值的物理属性： 电量、非电量。2 检测原理（物理的、化学的、生物学的）： 电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、

25、色谱分析、质谱分析等。3 检测方法： 直接与间接、开环与闭环、接触式与非接触式、动态和静态。4 变送单元 使被测变量信号符合国际标准。1-5V DC或4-20mA DC模拟信号或数字信号5 调节单元 将变送器输来的检测信号与给定值进行比较，并对比较结果进行调节运算，以输出作为控制信号。 常规控制规律：位式调节、PID调节。 6 显示单元 将检测单元测量获得的相关参数，以适当方式显示给操作人员。 显示方式：曲线、数字和图象。误差分类(1). 系统误差：指测量器件或方法引起的有规律的误差，体现为与真值之间的偏差。(2). 随机误差：除可排除的系统误差外，另外由随机因素引起的，一般无法排除并难以校正

26、的误差。(3). 粗大误差：由于观测者误读或传感要素故障引起的歧异误差。误差原因分析1 被检测物理模型的前提条件属理想条件，与实际检测条件有出入；2 测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随时间而发生劣化；3 电气、空气压、油压等动力源的噪声及容量的影响；4 检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻；5 检测系统的惯性即迟延传递特性不符合检测的目的要求，因此要同时考虑系统静态特性和动态特性；6 检测环境的影响，包括温度、湿度、气压、振动、辐射等；7 不同采样所得测量值的差异造成的误差；8 人为的疏忽造成误读，包括个人读表偏差，知识和经验的深浅，体力及精神状态等因素； 9 测量器件进入被测对象

27、，破坏了所要测量的原有状态； 10 被测对象本身变动大，易受外界干扰以致测量值不稳定等。3.6.1 油位传感器的发展方向在油品情况复杂的中国市场，应用最为广泛的浮筒式油位传感器也显示出了其局限性，在售后失效中，80%以上是由于触电腐蚀而引起的电阻输出不正确或不稳定。尤其是中国的油品市场，稂莠不齐，各地出产的原油本身差异比较大，炼制工艺也千差万别，燃油中所含活性硫.酸性物质也参差不齐，最近几年风行的生物用油，如E20，M15等也在一些省份大行其道。恶劣的燃油环境是传感器发展中的最大阻碍。另外，随着汽车市场竞争日趋激烈，价格已成为传感器研发不能回避的问题。因此，兼顾价格，改善和提高浮筒式油位传感器

28、构件自身性能的尝试非常多。例如使用贵金属材料和高分子复合材料等。4 电路工作原理4.1 主电路工作原理该汽车油量监测报警器电路由油位监测电路、油位显示电路、缺油警示电路和电源电路等组成，如图2所示。图2汽车油量检测报警电路油位监测电路由二极管VD2、辅助电位器RP1和汽车油箱内浮筒式电位器RP2组成。油位显示电路由发光二极管VL2VL7、晶体管V2V7等组成。缺油警示电路由二极管VD3、晶体管V1、发光二极管VL1，集成电路IC2、扬声器BL和有关阻容元件组成。电源电路由二极管VD1、三端集成稳压器IC1和滤波电容器C1C3组成。+l2V电压经VD1降压和IC1稳压后，产生+9V电压，供给IC

29、2和V1V7等电路。在汽车油箱内储满燃油时，RP2的阻值在浮标的作用下滑向最小值，使V2V7均导通，发光二极管VL2VL7均点亮。 当油箱内油量降为一半时，RP2的中心头滑至中间位置，使V2V4导通，V5V7截止，VL2VL4仍亮，VL5VL7熄灭。当油箱内油位降低至限位时，RP2的阻值变为最大值，V2V7均截止。VL2VL7均熄灭，使V1导通，IC2的4脚由低电平变为高电平，由IC2和外围元器件组成的多谐振荡器振荡 (工作频率为lOHz左右)工作，IC2的3脚间断输出高电平，使发光二极管VL1闪亮，扬声器BL发出嘟、嘟的报警声。声音报警5S结束，灯泡持续报警直到油箱内油量达到适当值。若仅黄色

30、发光二极管VL2亮，则说明油箱内即将缺油。4.1.1 主电路元器件选择R1R9均选用1/4W碳膜电阻器。RP1RP3可选用小型膜式电位器或全密封式电位器。C1、C4C7、C9均选用耐压值为16V的铝电解电容器;C2、C3和C8均选用涤纶电容器或独石电容器。 VD1、VD2均选用IN4001或IN4007型硅整流二极管，VD3选用IN4148型硅开关二极管。VL1VL7均选用 3mm高亮度发光二极管,其中VL1选红色，VL2选黄色,VL3VL7均选绿色。 V1选用S8550或C8550型硅PNP晶体管;V2V7均选用S8050或C8O5O型硅NPN晶体管。IC1选用LM7809型三端集成稳压器;

31、IC2选用NE555型时基集成电路。BL选用0.250.5W、8 电动式扬声器。4.2 各组合电路的设计及其工作原理4.2.1 油量采集及放大电路设计油量采集及放大电路图如图3所示：Uo图3 油量采集及放大电路油量采集及放大电路的构成及原理 仪表放大器电路的典型结构如图 3 所示。它主要 由两级差分放大器电路构成。其中 ,运放 A1, A2为同 相差分输入方式 ,同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗 ,减小电路对微弱输入信号的衰减 ; 差分输入可以使电路只对差模信号放大 ,而对共模输入信号只起跟随作用 ,使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比 (即共模抑制比 CM R R) 得到提高。这样

32、在以运放A3为核心部件组成的差分放大电路中 ,在 CM R R 要求不 变情况下 ,可明显降低对电阻 R3和R4, Rf和R5的精度匹配要求,从而使仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。在 R1= R2, R3 = R4 , Rf = R5的条件下 , 图 1 电路的增益为 : G= ( 1 +2 R1 / Rg ) ( Rf / R3 ) 3 。由公式可见 ,电路增益的调节可以 通过改变 Rg 阻值实现。（其中A1 A3都是使用L M741） 油量采集及放大电路采用4个电阻组成电桥电路的形式 ,将双端差分输入变为单端的信号源输入。性能测试主要是从信号源 V s 的最大输入

33、和V s 最小输入、电路的最大增益及共模抑制比几方面进 行仿真和实际电路性能测试。测试数据分别见表 1 和表 2 。其中 ,V最大输入是指在给定测试条件下使电路输出不失真时的信号源最大 (小) 输入 ;最大增益是指在给定测试条件下 ,使输出不失真时可以实现的电路 最 大 增 益 值。共 模 抑 制 比由 公 式KCM RR=20l gA vd / A vc ( dB) 计算得出。表 1 仿真数据V s 最大输入 V s最小输入 最大增益 KCMRR测试条件 f=25HZ ; G=4100 ;Rp=5k ；V s = 100 V；Rp = 5 k；V cm = 10 V 15 . 2 mV 2

34、V 204 204 123 dB表 2 实测数据V s 最大输入 V s最小输入 最大增益 KCMRR测测试条件 f=25HZ ; G=4100 ;Rp=5k ；V s = 100 V；Rp = 5 k；V cm = 10 V13 mV 2 mV 16 250 98 dB说明 :(1) f 为 V s 输入信号的频率 ;(2) 表格中的电压测量数据全部以峰峰值表示 ;(3) 表格中的表示以 L M741为核心组成的仪表放大器电路 。由表 1 和表 2 可见 ,仿真性能明显优于实际测试性 能 。这是因为仿真电路的性能基本上是由仿真器件的 性能和电路的结构形式确定的 ,没有外界干扰因素 ,为理想条

35、件下的测试 ;而实际测试电路由于受环境干扰因 素 (如环境温度、空间电磁干扰等) 、人为操作因素 、实际测试仪器精确度、准确度和量程范围等的限制 ,使测试条件不够理想 ,测量结果具有一定的误差。在实际电路 设计过程中 ,仿真与实际测试各有所长。一般先通过仿 真测试 ,初步确定电路的结构及器件参数 ,再通过实际电 路测试 ,改进其具体性能指标及参数设置。这样 ,在保证 电路功能、性能的前提下 ,大大提高电路设计的效率。电路的设计方案确定以后 ,在具体的电路设计过程中 ,要注意以下几个方面：(1) 注意关键元器件的选取 , 比如对图 2 所示电 路 ,要注意使运放 A1 ,A2 的特性尽可能一致

36、; 选用电阻时 ,应该使用低温度系数的电阻 ,以获得尽可能低的漂移 ; 对 R3 , R4 , R5 和 R6 的选择应尽可能匹配。 ( 2) 要注意在电路中增加各种抗干扰措施 , 比如在 电源的引入端增加电源退耦电容 , 在信号输入端增加 RC 低通滤波或在运放 A1 ,A2 的反馈回路增加高频消 噪电容 , 在 PCB 设计中精心布局合理布线 , 正确处理地线等 ,以提高电路的抗干扰能力 ,最大限度地发挥电路的性能4.2.2 电压比较器电路设计 电压比较器原理电压比较器是集成运放非线性应用电路, 他常用于各种电子设备中, 它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较, 在二者 幅度相等的

37、附近,输出电压将产生跃变,相应输出高电平或低电平.比较器可以组成非正弦 波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域，电压比较器，它可用于报警器电路, 自动控制电路, 测量技术,也可用于 V/F 变换电路,A/D 变换电路,高速采样电路,电源电压监测电路,振 荡器及压控振荡器电路,过零检测电路等. 如图所示为一电压比较器，UR 为参考电压,加在运放的同相的输入端,输入电压 ui 加在反相的输入端. (a)电路图 (b)传输特性图4 电压比较电路（1）当 uiUR 时, 运放输出低电平, 正向导通, DZ 输出电压等于稳压管的正向 压降 UD, uo 即 =-UD 因此,以 UR 为界,当输入电

38、压 ui 变化时,输出端反映出两种状态,高电位和低电位. （3）表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线,称为传输特性. 图 (b)为(a)图比较器 的传输特性元器件选择：比较器选用型号LM339R1=10 kR2=30 kR=20 kDz选用4.2.3 555单稳态电路设计555 时基电路的特性555 集成电路开始是作定时器运用 的，所以叫做 555 定时器或 555 时基电路。但后来经过开发，它除 了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲 振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可 靠、运

39、用方便、价钱低廉，当前被广泛用于各种电子产品中，555 集成电路内部有几十个元器件，有分压 器、比较器、基本 R-S 触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较庞杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图5所示图5 555集成电路的内部结构图555 集成电路是 8 脚封装，双列直插型，如图 5所示，按输入输出的排列可看成如图 2(B)所示。其 中 6 脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2 脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3 脚是输出端(Vo)，它 有 O 和 1 两种状态，由输入端所加的电平决定；7 脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接 地两种状态，也是由输入端的状态决定；4

40、 脚是复位端(MR)，加上低电日常可使输出为低电平；5 脚是控 制电压端(Vc),可用它改动上下触发电平值；8 脚是电源端，1 脚是地端。555 的运用 电路许多，只要改动 555 集成电路的外部附加电路，就可以构成几百种运用 电路，大体 上可分为 555 单稳、555 双稳及 555 无稳(即振荡器)三类。555 脉冲启动型单稳态电路的设计单稳电路有一个稳态和一个暂稳态，是运用 电容的充放电形成暂稳态的，因此它的输入端都带有定时 电阻和定时电容，将 555 电路的 6、7 脚并接起来接在定时电容 CT 上，用 2 脚作输入就成为脉冲启动型单稳电路，如图 6(a)所示，电路的 2 脚日常接高电

41、平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路，用等效触发器替代 555 后见图6（b）所示，下面剖析它的工作原理： 稳态：接上电源后，R=1，S=1，输出 Vo=0，DIS 端接地，CT 上的电压为 0 即 R=0，输出仍保持 Vo= 0，这是它的稳态。 暂稳态：输入负脉冲后，输入 S=0，输出立即翻转成 Vo=1，DIS 端开路，电源通过 RT 向 CT 充电， 暂稳态开始。经过时间 TD 后，CT上电压上升到& gt;2/3VDD 时，输入又成为 R=1，S=1，这时负脉冲已经消散，输出又翻转成 Vo=0，暂稳态结束。这时内部放电开关接通，DIS 端接地，CT 上电荷很快放到零， 为下一次定

42、时控打造准备。电路的定时时间 TD=1.1RTCT。图6 脉冲启动型单稳电路4.2.4 电源电路设计直流稳压电源是指能为负载提供稳定直流电源的电子装置。它的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。设计一个完整的直流稳压电源电路，其主要技术指标要求： 输出电压可调：Uo=+3V+15V 最大输出电流：Iomax=800mA 输出电压变化量：Uo15mV 稳压系数：SV0.003。直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，如图7：图7 直流稳压电源的组成设计原理（1）电

43、源变压器：是降压变压器，它将汽车发电机交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。直流稳压电源电路*注：设计过程中的仿真图均由调试完后的结果而来。变压电源设计变压器原理：变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出

44、电压（或电流）。如图8是一个10TO1的变压器，他的作用是使变压后的电压为原来的1/10。图8 变压电源电路图仿真后的波形图9图9 变压电源仿真波形图整流电路设计整流电路的作用是把交流电能转换为直流电能的电路。通常采用桥式整流器是利用二极管的单向导通性，用来将交流电转变为直流电。U20时，D1,D3导通，D2,D4截至。电流通路：AD1R1D3U20时，D2,D4导通，D1,D3截至。电流通路：D2R1D4A加上4.1中的变压电路得到了如图10所示的电路。图10 整流电路图仿真测试后波形如图11图11 整流电路仿真波形图滤波电路设计滤波电路其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的

45、选择。滤波是信号处理非常。根据高等数学理论，每一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。而滤波电路只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而另一部分频率成分不能通过的电路。由此设计出滤波电路。如图12。图12 滤波电路图仿真后结果如图13图13 滤波电路仿真波形图稳压电路设计稳压电路的作用是输出稳定的直流电压。根据设计需要，如图14所示，是一个串联三极管稳压电路。主要依据质量指标选择电路方案，电路应当尽量简单而又满足指标要求。本次设计中，稳压系数Sr0.05、内阻r0的要求不高，工作温度变化不大，所以选用典型电路即可。220V交流电经变压器TF1降压后，由D1硅堆进行桥式整

46、流，得到脉动直流，然后由C1滤除其交流成份，得到直流电压。图14 稳压电路图经过仿真，得到如图15所示的波形图，输出端（out）的参数为0-15V，如图16符合设计要求。图15 稳压电路波形图图16 稳压电路输出端波形图直流稳压电源电路如图17，经过测试，我选用的是一个7000欧的滑动变阻器，如果没有此型号的可以用多个滑动变阻器串联或者用10000欧的滑动变阻箱调到7000欧姆档。图17 直流稳压电源电路总图在滑动变阻器阻值为7000欧姆时的仿真波形如图18，输出端（out）的电压为3V。图18 直流稳压电路输出端仿真波形图调试与测试根据设计出的总电路图和仿真，逐渐确定所用的各电阻、电容的参数

47、，如图19中所示。经过仿真得出如下波形，在滑动变阻器的阻值为7000欧时输出端电压为3V，阻值接近于0时输出电压为15V，符合设计要求。图19 当滑动变阻器阻值为7000时的直流稳压电路波形仿真图4.3 555定时器的工作原理常用的555定时器有双极型和CM0S两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种，它们的结 构及工作原理基本相同。还有的是在同一个基片上集成2个555如556，558是在同一个基片上集成4个555。555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。其内部结构如图2所示，逻辑符号和引脚如图3所示。只要在外部配上几个适当的

48、阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。RC微分电路如图4所示，而555组成的单稳态触发器电路及波形如图5所示。集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4512V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。1集成555定时器的结构555定时器内部结构如图20（a）所示。它由分压器、两

49、个电压比较器、基本RS触发器、晶体管及缓冲器 组成。555定时器逻辑符号如图20（b）所示。1脚是接地端GND，2脚是低电平触发端（也称触发端），3脚是输出端OUT，4脚是复位端ft，5脚是电 压控制端，6脚是高电平触发端（也称阈值端），7脚是放电端，8脚是电源端VCC。2集成555定时器的功能555定时器功能表见表3，其中4脚RD，为复位端，当RD为低电平时，不管其他输人端的状态如何，输出 Uo为低电平。只有当RD为高电平时，输出的状态将由2脚低电平触发端和6脚高电平触发端电压的大小来决 定，因此，在正常工作时，应将4脚接高电平。当uil(2/3)Vcc,u2(1/3)Vcc时，放电晶体管VT截止，输出端仍。为高电平。图20 555定时器内部结构及逻辑符号当uil(2/3)Vcc,ui2(1/3)Vcc时，放电晶体管VT导通，输出端uo为低电平。当uil(2/3)Vcc,ui2(1/3)Vcc时，电路亦