溫度報警器設計---魏志文(1)

1、論文編號_ _鶴 壁 職 業(yè) 技 術 學 院 畢業(yè)論文溫度報警器控制電路的設計學號： 1203321021 姓名： 魏 志 文 學院： 機電工程學院 專業(yè)： 機 電 一 體 化 導師: 蔡 輝 劍 時間： 2017 年 4 月 15 日 目 錄摘要1前言2課程設計任務書3一、設計方案及思路5（一）設計框圖 5（二）所需儀器設備5（三）設計任務 5（四）設計方案5（五）單元電路設計5二、電路的組成7 （一）多輸出電源電路9（二）放大電路10（三）窗口比較器電路11（四）單頻蜂鳴器電路12（五）雙頻蜂鳴器電路13三、各個模塊14（一）電源電路14（二）放大電路和窗口比較器電路14（三）單頻蜂鳴器報

2、警電路14（四）雙頻蜂鳴器報警電路14四、綜合電路 15（一）實驗數據15（二）元器件清單16五、實驗裝調17（一）裝調步驟與方法17（二）出現故障及處理17六、心得與體會19參考文獻21附錄22致謝2524溫度報警器控制電路的設計溫度報警器控制電路的設計摘要溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。從17世紀初人們開始利用溫度進行測量。在半導體技術的支持下，本世紀相繼開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應，根據波與物質的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中

3、最為常用的一種，現代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產實踐的各個領域中，也為人們的生活提供了無數的便利和功能。近年來，我國工業(yè)現代化的進程和電子信息產業(yè)連續(xù)的高速增長，帶動了傳感器市場的快速上升。溫度傳感器作為傳感器中的重要一類，占整個傳感器總需求量的40%以上。溫度傳感器是利用NTC的阻值隨溫度變化的特性，非電學的物理量轉換為電學量，從而可以進行溫度精確測量與自動控制的半導體器件。溫度傳感器用途十分廣闊，可用作溫度測量與控制、溫度補償、流速、流量和風速測定、液位指示、溫度測量、紫外光和紅外光測量、微波功率測量等而被廣泛的應用于彩電、電腦彩色顯示器、切換式電源、熱水器、電冰箱

4、、廚房設備、空調、汽車等領域。近年來汽車電子、消費電子行業(yè)的快速增長帶動了我國溫度傳感器需求的快速增長。關鍵詞：半導體 放大器 溫度傳感器前 言電子技術綜合課程設計是集電路分析、模擬電子技術、數字電子技術以及電路實驗、模擬電子技術實驗、數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和科學實驗能力非常重要，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

5、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。即學生根據設計要求和性能參數，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調試等實踐活動，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實際運用，從已學過的定性分析、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類品，增強學生這方面的自信心及興趣

6、。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及性能參數的調試方法。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試技能。（5）熟悉使用各類數字式電子儀器的規(guī)范使用方法。（6）學會撰寫課程設計論文。（7）培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態(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。在溫度報警器電路的課程設計中，不僅得到了指導老師的關心和鼓勵

7、，而且得到了許多同學的無私幫助，在此表示衷心的感謝。同時，因設計者水平有限，設計論文中錯誤在所難免，懇請不吝指教。任務書溫度報警器的設計與制作一、任務和要求：1、電源電路的設計，用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；2、數值比較器的設計，當溫度在10至30范圍內（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，并根據不同音調區(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;

8、4、電源電路的設計，設計并制作本電路所用直流電源。一、設計方案及思路（一）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（二）所需儀器設備1、模擬電子試驗箱 一臺2、數字萬用表 一塊3、雙蹤示波器 一臺4、直流穩(wěn)壓電源 一臺 5、剪刀、平口起子、鑷子 各一把6、面包板 一塊（三）設計任務（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（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，并根據不同音調區(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

9、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。（四）設計方案蜂鳴器窗口比較器放大器多輸出電源根據任務要求，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

10、采用555構建單雙頻電路。（五）單元電路設計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-Uo）max 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變壓器副邊輸出的功率P2來選購變壓

11、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，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足：If>Iomax（4） 濾波電容濾波電容C的容量可由下式計算：C= 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

12、器，再通過整流網絡，然后經過濾波網絡最后經過穩(wěn)壓網絡。方案1.我們可以采用以橋式整理電路實現整流的目的，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絡，以極性電容作為濾波網絡，采用固定式三端集成穩(wěn)壓電路7805和7905設計制作連續(xù)可調的雙極型直流穩(wěn)壓電源。如下圖所示，220V（幅值311V）50Hz市電經變壓器220:25輸出兩組獨立的25V交流，經橋堆整流、大電容濾波后分別經過集成穩(wěn)壓塊LM7805C與LM7905C作用得到±5V的直流輸

13、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：將電網提供的220V交流電壓轉換為各種電路設備所需的交流電壓。二、電路的組成（一）多輸出電源電路多輸出電源電路圖：（二）放大器電路放大器電路圖：（三）窗口比較器電路 窗口比較器電路圖：（4） 單頻蜂鳴器報警電路單頻蜂鳴器報警電路圖：（5） 雙頻蜂鳴器報警電路雙頻蜂鳴器報警電路圖：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。三、各個模塊（一）電源電路 設計電源電路，是把220v 50Hz的交流電壓經整流、濾波、變壓，轉換為+5v、+12v以及-12v電

14、壓。（二）放大電路和窗口比較器電路 放大電路采用同相比例放大。電壓比較部分采用窗口比較器電路。（三）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。（四）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

15、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Vcc。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（一）實驗數據將以上四大部分連接起來，測得如下數據：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0.013V1.340V5.537V-0.756V響不響0.023V3.308V-0.754V-0.756V不響不響0.063V6.229V-0.754V5.083V不響響（二）元器件清單名稱數量備注變壓器1220v16v橋式電路1LM78121LM79121LM78051LM3241NE5553

16、蜂鳴器2200Hz電解電容22200F電容533F電容34.7F電容10.01F電阻3100K電阻410K電阻33.3K電阻41K滑動變阻器2100K滑動變阻器210K電源插頭1導線若干絕緣膠布若干五、實驗裝調 （一）裝調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，經過安裝調試后，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，放大電路由我負責完成，我選用的是L

17、M324，兩個1k的電阻和兩個100K的電阻，還有一個10k的滑動變阻器，最終組成了放大電路，經示萬用表的測量，放大倍數約為100。接下來完成的是窗口比較電路，窗口比較電路是由兩個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。（二）出現故障及處理（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，L

18、M7805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，調試時發(fā)現放大的倍數很小，就不是我們理論上所計算的數值，我們又改變了滑動變阻器的數值，是放大倍數接近100。（3）在接單蜂鳴報警電路時和雙蜂鳴報警電路時，由于我們給輸入的電壓值不是很穩(wěn)定，所以導致當溫度值大于30時，溫度報警器的雙蜂鳴報警器發(fā)出的聲音為嘀嘀嘀后來我們把NE555的輸出端口接入示波器經過調整最終得到了穩(wěn)定的方波，最后溫度報警器的發(fā)生裝置也就輸出為正常的嘀嘟嘀嘟聲了。 六、心得和體會電子技術綜合課程設計是基于數模電的課程設

19、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

20、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。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次實習必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現差錯的隨機應變，和與人合作共同提高，都受益匪淺，今后的制作應該更輕松，自己也都能扛的起并高質量的完成項目。對于我來說，收獲最大的是自己主動去解決問題，并在試驗中總結

21、解決方法，學會去分析問題出現的原因，以及應該從哪個部分去解決，但無法出現正確結果是，需耐心的檢查電路，因為大多數出問題都是因為一兩根線沒接或接錯的問題。本次試驗能夠成功也沖更體現了我們團隊的協(xié)作能力，大家都很積極的參與，這減少了不必要的錯誤，同時加快了設計完成的時間，同樣要感謝老師的指導和幫助，是我們能順利完成課程設計。總體來說，通過這次課程設計學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，也學會了常用繪圖軟件的使用，在平時的理論學習中遇到的問題都一一解決，加深了我對專業(yè)的了解，培養(yǎng)了我對學習的興趣，為以后的學習打下了好的開端，我受益匪淺。同時，讓我明白：這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解

22、，才會有收獲，所謂“一行勝千言”果然不假。參考文獻1 李中發(fā)主編 數字電子計時第一版中國水利水電出版社20012 章忠全主編 電子技術基礎實驗與課程設計 第一版 北京：中國電力出版社19973 華中理工大學電子教研室編 康華光主編;電子技術基礎（數字部分） 北京：高等教育出版社，20004 清華大學電子學教研室編，余孟嘗主編，數字電子技術基礎簡明教程第二版 北京：高等教育出版社，19995 何碧華.數字電子技術實驗指導書.電工電子實驗指導中心，2009.6 閻石.數字電子技術基礎.五版.北京：高等教育出版社，2006.7 <<集成電路音響放大器>> 徐治邦 編著 新時代

23、出版社 1984.18 模擬電子技術基礎>> 主編:童詩白 華成英 高等教育出版社 2000.39 實用電路手冊 楊寶清 編著 機械工業(yè)出版社 1985.610 高穩(wěn)定度電源 倪本來 編著 人民郵電出版社 1982.12 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

24、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)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555內部包括兩個電壓比