溫度報警器的設計

1、 電子技術綜合課程 設 計 課 程： 電子技術綜合課程設計 題 目： 溫度報警器的設計與制作 所屬院(系) 物理與電信工程學院 專業(yè)班級 電子1105 姓 名 陳頻 學 號： 1113014162 指導老師 完成地點 501實驗室 任務書溫度報警器的設計與制作一、任務和要求：1、用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；2、當溫度在10至30范圍內(nèi)（允許誤差±1）時報警器不發(fā)聲響，當溫度超過這個范圍時，報警器發(fā)出聲響，并根據(jù)不同音調(diào)區(qū)分溫度的高低，即： （1）當溫度高與30時，報警器發(fā)出兩種頻率交換的“嘀嘟”聲響。 （2）當溫度低于10時，報警器發(fā)出單頻率聲響。3、溫度傳感器輸出電壓可由直流信號

2、源模擬，以0設計并制作一個溫度報警器，要求如下：為0mv，溫度每上升1，遞增2mv;4、設計并制作本電路所用直流電源。二、設計框圖溫度模擬信號直流電源放大比較電路音頻報警器三、所需儀器設備1、模擬電子試驗箱 一臺2、數(shù)字萬用表 一塊3、雙蹤示波器 一臺4、直流穩(wěn)壓電源 一臺 5、剪刀、鑷子 各一把6、面包板 兩塊前言電子技術綜合課程設計是集電路分析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術以及電路實驗、模擬電子技術實驗、數(shù)字電子技術實驗等課程之后的一門理論與實踐相結合的綜合設計性課程。它的開展是為了提高和增強我們學生對電子技術知識的綜合分析與應用能力。這對于提高我們學生的電子工程素質(zhì)和科學實驗能力非常重要，

3、是電子技術人才培養(yǎng)成長的必由之路。本次課程設計加深了我們對所學理論知識的理解，并能將其熟練應用，做到理論與實際相結合。而用實際器件搭建電路，培養(yǎng)我們學生分析問題、解決問題的實踐能力。我相信，我會在本次課程設計中受益匪淺，為將來的學習，畢業(yè)設計以及工作打下堅實的基礎。通過課程設計實現(xiàn)以下三個目標：第一，讓學生初步掌握電子線路的試驗、設計方法。即學生根據(jù)設計要求和性能參數(shù)，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實踐活動，使電路達到性能指標。第二，課程設計為后續(xù)的畢業(yè)設計打好基礎。畢業(yè)設計是系統(tǒng)的工程設計實踐，而課程設計的著眼點是讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運用，從已學

4、過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。第三，培養(yǎng)勤于思考的習慣，同時通過設計并制作電子產(chǎn)類品，增強學生這方面的自信心及興趣。本課程設計以電工電子技術的基本理論為基礎，著重掌握電路的設計裝調(diào)及性能參數(shù)的調(diào)試方法。本課程設計應達到如下基本要求：（1） 綜合運用電子技術課程中所學的理論知識獨立完成一個實際應用電路的設計。（2）通過查閱手冊和參考文獻資料，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。（3）熟悉常用電子元器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。（4）掌握電子電路的安裝和調(diào)試技能。（5）熟悉使用各類數(shù)字式電子儀器的規(guī)范使用方法。（6）學會撰寫課程設

5、計論文。（7）培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。（8）由于本次試驗是分組完成，所以培養(yǎng)團結協(xié)作能力尤為重要。目錄課程設計任務書2前言3一、設計方案及思路51.1設計任務 1.2設計方案二、電路的組成52.1多輸出電源電路2.2放大電路和窗口比較器電路2.3單雙頻蜂鳴器電路三、各個模塊93.1電源電路3.2放大電路和窗口比較器電路3.3單雙頻蜂鳴器報警電路四、綜合電路 104.1實驗數(shù)據(jù)4.2元器件清單五、實驗裝調(diào)115.1裝調(diào)步驟與方法5.2出現(xiàn)故障及處理六、心得與體會12七、附錄138.1元器件管腳圖及功能8.2參考文獻8.3總體電路圖一、設計方案及思路1、設計任務（1）用壓電陶瓷蜂鳴

6、器作為電聲元件；（2）當溫度在10至30范圍內(nèi)（允許誤差±1）時報警器不發(fā)聲響，當溫度超過這個范圍時，報警器發(fā)出聲響，并根據(jù)不同音調(diào)區(qū)分溫度的高低，即：當溫度高與30時，報警器發(fā)出兩種頻率交換的“嘀嘟”聲響；當溫度低于10時，報警器發(fā)出單頻率聲響；溫度傳感器輸出電壓可由直流信號源模擬，以0為0mv，溫度每上升1，遞增2mv；（3）設計并制作本電路所用直流電源。2、設計方案蜂鳴器窗口比較器放大器多輸出電源根據(jù)任務要求，所設計電路分為四個模塊：多輸出電源、放大器、窗口比較器和蜂鳴器。其中放大器的設計，既可以采用三極管放大，也可以采用集成運放放大，考慮到電路檢測的方便，采用集成運放設計放大

7、電路。對于比較器的選擇還是比較定向的，因為書上學過的比較器，例如單限比較器、滯回比較器等，都不能實現(xiàn)我們要控制一段連續(xù)區(qū)域的要求，所以我們就選擇了窗口比較器，可以模擬實現(xiàn)高溫低溫。蜂鳴器有單雙頻之分，亦有兩種設計方法：三級管構建單雙頻電路或555構建單雙頻電路，為使電路簡單易檢測，決定采用555構建單雙頻電路。二、電路的組成1、多輸出電源電路直流穩(wěn)壓5V,12V,-12V電源的設計(1)集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器的輸出電壓Uo應與穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓的大小及范圍相通。穩(wěn)壓器的最大允許電流Icm<Iomax，穩(wěn)壓器的輸入電壓Ui的范圍為Uomax+（Ui-Uo）minUiUomin+（Ui-U

8、o）max （1.1）式中，Uomax最大輸出電壓；Uomin最小輸出電壓；（Ui-Uo）min穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差（Ui-Uo）max穩(wěn)壓器的最大輸入輸出壓差。 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓Uo滿足： Uo=1.25（1+） （2） 電源變壓器通常根據(jù)變壓器副邊輸出的功率P2來選購變壓器。由Vi=1.1-1.2V2可得到變壓器副邊的輸出電壓U2與穩(wěn)壓器輸入電壓Ui的關系為U2，在此范圍內(nèi)，U2越大，穩(wěn)壓器的壓差越大，功耗也就越大，一般取副邊電壓：U2 副邊輸出電流： I2>Iomax (3)整流二極管 整流二極管VD2的反向擊穿電壓Urm應滿足：Um>U2 其額定工作電流應滿

9、足：If>Iomax（4） 濾波電容濾波電容C的容量可由下式計算：C= （1.7） 其中，Ui穩(wěn)壓器輸入端紋波電壓的峰峰值 t電容C放電時間，t= =0.01s Ic電容C放電電流，可取Ic=Iomax 濾波電容的耐壓值應大于U2。（5） 系統(tǒng)設計穩(wěn)定直流源設計的一般思路是讓輸入電壓先通過電壓變壓器，再通過整流網(wǎng)絡，然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡。方案1.我們可以采用以橋式整理電路實現(xiàn)整流的目的，以大電容作為濾波電路，然后接負載。但是這樣做有以下不足之處，如負載的影響很大，電壓不可調(diào)以及沒有保護電路等一下列問題。我們采用某些芯片，可以解決以上的問題。方案2.以全波整流電路作為整流網(wǎng)絡，

10、以極性電容作為濾波網(wǎng)絡，采用固定式三端集成穩(wěn)壓電路7805和7905設計制作連續(xù)可調(diào)的雙極型直流穩(wěn)壓電源。如下圖所示，220V（幅值311V）50Hz市電經(jīng)變壓器220:25輸出兩組獨立的25V交流，經(jīng)橋堆整流、大電容濾波后分別經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊LM7805C與LM7905C作用得到±5V的直流輸出。穩(wěn)壓電源一般由變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成，如圖1所示 圖1 直流電源系統(tǒng)方框圖電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓轉(zhuǎn)換為各種電路設備所需的交流電壓。多輸出電源電路圖：2、放大器電路 放大器電路圖：3、窗口比較器電路 窗口比較器電路圖：4、報警電路根據(jù)任務與要求，要有兩種不同的報警

11、聲音，因此我們設計兩種報警電路，單頻報警電路和雙頻報警電路。音頻報警電路的制作可以用NE555和電阻、電容組成，我們選用555集成定時器來制作多諧振蕩器從而做出音頻電路。若占空比大于50%，報警發(fā)聲頻率可由求得單頻蜂鳴器報警電路圖:工作原理：555定時器和電阻R14、R1及電容C10構成低頻振蕩器，音頻振蕩器，當控制端R為低電平時，低頻振蕩器不振蕩，它的輸出端Q為低電平，蜂鳴器不發(fā)出聲音。當控制端R為高電平時，低頻振蕩器產(chǎn)生矩形波周期為秒數(shù)量級，這個矩形波的占空比q可通過調(diào)節(jié)R1、R14來實現(xiàn)，音頻振蕩器產(chǎn)生方波，使蜂鳴器發(fā)出聲音。雙頻蜂鳴器報警電路圖：工作原理：兩種頻率交替的音響電路用555

12、集成定時器組成，圖中的555（A2）組成低頻振蕩電路,555(A3)組成音頻振蕩器，由于前者的輸出（管腳3）經(jīng)過電阻接到后者的控制輸入端（管腳5），因此當前者的輸出為高低電平時，后者可輸出兩種不同頻率的方波，而且555定時器的輸出最大電流可達200mA，所以可直接驅(qū)動蜂鳴器，當然，只有當控制端R為高電平或懸空時，蜂鳴器才發(fā)出“滴嘟”， “滴嘟”的聲音，當R為低電平時，555（）定時器處于復位狀態(tài)，蜂鳴器不會發(fā)出聲音三、各個模塊1、電源電路 設計電源電路，是把220v 50Hz的交流電壓經(jīng)整流、濾波、變壓，轉(zhuǎn)換為+5v、+12v以及-12v電壓。2、放大電路和窗口比較器電路 放大電路采用同相比例

13、放大。電壓比較部分采用窗口比較器電路。3、單頻蜂鳴器報警電路 由于其只發(fā)出一種聲音，則利用一個555定時器構成一個多諧振蕩器。4、雙頻蜂鳴器報警電路 設計理論：555定時器主要是與電阻、電容構成充放電電路，并有兩個比較器來檢測電容器上的電壓。要求發(fā)出兩種聲音，則利用兩個555定時器。555集成電路是8腳封裝，雙列直插型。其中6管腳稱閾值端，是上比較器的輸入；2管腳是觸發(fā)端，是下比較器的輸入；3管腳是輸出端。我設計的報警電路時由后級555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制前級555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，從而使蜂鳴器可以發(fā)出兩種不同的聲響。將第一個555定時器的3管腳接在第二個555定時器的5管腳，改變了5管腳的2/3的V

14、cc。設計器材選擇：蜂鳴器、10F電容、電阻若干、555定時器四、綜合電路 1、實驗數(shù)據(jù)將以上四大部分連接起來，測得如下數(shù)據(jù)：放大器輸入放大器輸出（窗口比較器輸入）窗口比較器輸出之單頻RST電壓窗口比較器輸出之雙頻RST電壓單頻蜂鳴器雙蜂鳴器0.018V1.840V5.031V-0.756V響不響0.023V3.308V-0.754V-0.756V不響不響0.053V6.629V-0.754V5.083V不響響2、元器件清單名稱數(shù)量備注變壓器1220v16v橋式電路1LM78121LM79121LM78051LM3241NE5553蜂鳴器2200Hz電容21000F電容50.22F電容110F

15、電容20.01F電阻310K電阻4100K電阻41 K電阻16 K電阻14 K電阻12 K二極管2DIODE-SC電源插頭1導線若干絕緣膠布若干五、實驗裝調(diào) 1、裝調(diào)的步驟與方法本次課設四人一組，各盡其能，我們分了四個模塊，有直流電源電路，放大電路，窗口比較器電路，單蜂鳴報警電路以及雙蜂鳴報警電路。我們先做了電源，經(jīng)過安裝調(diào)試后，接好了電源，用萬用表測量從LM7812輸出的電壓值約為12V,從LM7805輸出的電壓值約為5V,從LM7912輸出的電壓值約為-12V后,這樣直流電源就完成了，然后是放大電路，選用的是LM324，兩個1k的電阻和兩個100K的電阻，還有一個2k的滑動變阻器，最終組成

16、了放大電路，經(jīng)示萬用表的測量，放大倍數(shù)約為100。接下來完成的是窗口比較電路，窗口比較電路是由LM324組成的電路，然后就是單蜂鳴報警電路，控制電路是由一塊NE555組成，最后就是雙蜂鳴報警電路，控制電路的主要元器件是兩塊NE555。將以上模塊連接在一起就構成了所要求功能的溫度報警電路。我在這一次的設計中主要是負責電源部分的設計，通過查閱資料，知道了電源的工作原理和各部分的工作特點。對數(shù)電課程中剛剛學習到的555定時器又有了更深的認識。我們小組每人負責一部分模塊設計和組裝調(diào)試，經(jīng)過一個上午的組裝，我的報警器部分的組裝、檢查工作初步完成。由于電源很難達到設計要求，所以反復調(diào)試影響了進度，最后經(jīng)過

17、大家的不懈努力，電源電路制作成功，為后續(xù)的電路制作奠定基礎。 2、出現(xiàn)故障及處理（1）在連接直流電源時，整流電橋的正負方向出現(xiàn)錯誤，導致電路接入220V 50Hz的電源時LM7912總是發(fā)燙，還有LM7912是1端口接地2端口接輸入3端口接輸出，正好和LM7812、LM7805不同，LM7805和LM7812都是1端口接輸入2端口接地，最后更改了整流電橋以及LM7912的正負方向后電路的輸出才正常了。（2）在放大電路時，按照圖紙連接好電路圖后，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)放大的倍數(shù)很小，就不是我們理論上所計算的數(shù)值，我們又改變了滑動變阻器的數(shù)值，是放大倍數(shù)接近100。（3）在接單蜂鳴報警電路時和雙蜂鳴報警電路時

18、，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器發(fā)出的聲音不符合要求，因此我反復更換555連接的電容大小，經(jīng)過反復測試最終找到了符合要求的電容， 蜂鳴器聲音正常。六、心得和體會電子技術綜合課程設計是基于數(shù)模電的課程設計，是學習電子技術的一個重要環(huán)節(jié)。本次課程設計棋的流程大體為：課程設計動員大會、指導老師分配小組課設任務、各小組進行審題分析并設計電路，指導老師審圖通過后領取元器件、試驗測試調(diào)試、指導老師檢驗實驗結果。本次課程設計加深了我們對所學理論知識的理解，并能將其熟練應用，做到理論與實際相結合。設計的過程中遇到過挫折和困難，當我們發(fā)現(xiàn)電路連接完卻不能正常運行時大家都很沮喪，但我們又立刻振作起來，與別組同學進行了探討。課程設計時

19、很累，但生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。同時我認為我們的工作是一個團隊的方式進行的，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導致整項工作的失敗。實習中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。七、附錄 1、元器件管腳圖及簡介 LM324管腳圖LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放

20、大器可用上圖左所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見下圖。CB555管腳圖1地 GND ，2觸發(fā)， 3輸出，4復位， 5控制電壓，6門限(閾值） ，7放電 ，8電源電壓Vcc555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路