個人電腦過熱告警器的設(shè)計方案

1、 . . PAGE- 15 - / NUMPAGES19個人電腦過熱告警器的設(shè)計方案 日期： HYPERLINK :/ 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院JINHUA COLLEGE OF VOCATION AND TECHNOLOGY畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)成果 （2010屆）題 目 個人電腦過熱告警器的設(shè)計 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 應(yīng)電073 學(xué) 號0348 姓 名玲玲 指導(dǎo)教師 徐晶晶 2010年 6月 8日理工類職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)教學(xué)成果目 錄摘要1英文摘要1引言 21 設(shè)計方案31.1功能描述31.2總體設(shè)計3系統(tǒng)電路設(shè)計42.1 溫度檢測系統(tǒng)42.2 電壓檢測級的設(shè)計 52.

2、3 多諧振蕩電路的設(shè)計62.3.1 NE555的特點72.4 系統(tǒng)總體構(gòu)成83 硬件的制作與調(diào)試93.1實物的制作過程93.2硬件的調(diào)試9結(jié)論與辭10參考文獻(xiàn) 11附件1硬件電路圖12附件2PCB圖13附件3元器件清單14個人電腦過熱告警器的設(shè)計信息工程學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè) 玲玲摘要: 本文通過采用LM35作為敏感元器件的來完成個人電腦過熱告警的設(shè)計，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計與制作的具體過程與方法。這種溫度過熱告警器的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，由溫度采集和報警器兩部分組成，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時，溫度測量圍為0100。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定值時，利用LM35的特性，采集電壓信號，驅(qū)動報警裝置，立刻發(fā)出報警信號，

3、從而防止因溫度升高而帶來的不必要的損失。關(guān)鍵詞: LM35 溫度 報警 設(shè)計 Design of the over-heat alarm system of personal computers (Major of Applied Electronic Technology,Information and Engineeringcollege, JinHua College of Vocation And Technology, Liu Lingling)Abstract: The thesis mainly describes the design of over-heat warning

4、system of personal computers by using the LM35 as the sensitivecomponents, which contains the process and ways of making the device. The structure of the heat alarm is really simple, which is composed by heat gathering and the alarm apparatus. It is widely used and has high maneuverability. When the

5、 computer works, the temperature of survey scope will achieve 0-100.When the temperature achieves the predetermined value, because of the character of LM35,the driving warning device would send out alerting signal to prevent the nonessential loss which brings by temperature increment. Keyword:LM35te

6、mperature Warning design 引言隨著現(xiàn)代社會的信息化，電腦幾乎進(jìn)入了所有的家庭中，扮演著舉足輕重的角色。在電腦帶給我便捷的同時，我們也要注意保養(yǎng)。個人電腦的長期使用，因主機(jī)的排風(fēng)扇損壞，沒有與時被發(fā)現(xiàn)使機(jī)箱溫度過熱，導(dǎo)致電腦出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。為解決這一問題，保障設(shè)備的可靠運(yùn)行，我制作了個人電腦過熱告警器裝置。由溫度傳感器對機(jī)箱部的溫度進(jìn)行檢測，把溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號,報警電路則是對溫度超過預(yù)定值時，揚(yáng)聲器發(fā)出報警。使用電腦的人可以與時采取措施，暫停使用電腦或者關(guān)閉電腦，這樣電腦就不容易損壞。此次設(shè)計的電路，具有集成度高，耗能少，成本低，實現(xiàn)功能多等諸多優(yōu)點，具有一定的市場開發(fā)

7、潛力。設(shè)計方案1.1 功能描述本次的畢業(yè)設(shè)計題目是個人電腦過熱警告器設(shè)計。在拿到該畢業(yè)設(shè)計題目后，我做了設(shè)計的前期準(zhǔn)備，對該選題的要求進(jìn)行了深入的思考，在此基礎(chǔ)上查找了與之相關(guān)的資料。在設(shè)計的電路中，通過溫度傳感器LM35采集外界溫度，當(dāng)電腦部的溫度超過規(guī)定的預(yù)置閾值時，經(jīng)過運(yùn)放CA3130的檢測和555多諧振蕩器的調(diào)制，產(chǎn)生揚(yáng)聲器發(fā)聲。1.2 總體設(shè)計溫度過熱告警設(shè)計總體設(shè)計方框如圖1-1所示，溫度傳感器采用LM35，運(yùn)算放大器采用CA3130，進(jìn)過555多諧振蕩器調(diào)制產(chǎn)生對揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖1-1總設(shè)計框圖2 系統(tǒng)電路設(shè)計2.1 溫度檢測系統(tǒng)溫度傳感系統(tǒng)只有由傳感器LM35來實現(xiàn)溫度值在010

8、0圍調(diào)節(jié)。傳感器LM35(IC1)提供片信號調(diào)節(jié)功能，包括放大、電平移位和倒相。信號調(diào)節(jié)后，溫度每升1，輸出電壓就增加10mv。因此對于0至100的溫度圍，相應(yīng)的輸出電壓圍為0V至1V。其線性圖像如圖2-1所示 圖2-1 傳感器LM35的線性圖（Vout/t =10）運(yùn)放CA3130(IC2)為電壓檢測級，它將溫度傳感器的輸出電壓與比較器預(yù)置的基準(zhǔn)電壓相比較。如溫度傳感器的輸出電壓超過基準(zhǔn)電壓，則比較器的輸出變高，使后面的低頻振蕩器IC3投入工作，轉(zhuǎn)而激活音頻振蕩器驅(qū)動揚(yáng)聲器LS1發(fā)出“畢畢”的告警聲?；鶞?zhǔn)電壓的大小決定了觸發(fā)告警的溫度。在元器件的選型方面我也根據(jù)電路要求選擇了LM35作為本電

9、路的溫度傳感器，它是美國NS公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。因而，從使用角度來說，LM35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供1/4的常用的室溫精度。工作電壓：直流430V；工作電流：小于133A輸出電壓：+6V-1.0V輸出阻抗：1mA負(fù)載時0.1；精度：0.5精度（在+25時）；比例因數(shù)：線性+10.0mV/；使用溫度圍：-55+150額定圍。2.2 電壓檢測級的設(shè)計運(yùn)算放大器CA3130將溫度傳感器的輸出電壓與比較器預(yù)置的基準(zhǔn)電壓相比較。如溫度傳感器LM3

10、5的輸出電壓超過基準(zhǔn)電壓，則比較器的輸出變高，使后面的低頻振蕩器IC3投入工作。IC2是用作比較器的運(yùn)算放大器CA3130，VR1提供基準(zhǔn)電壓，可在0-1V任意設(shè)定，基準(zhǔn)電壓加至IC2的反相輸入端，LM35的輸出則耦合至同相輸入端。當(dāng)溫度上升到25為正常值，此時IC2 中V3V2 ，V6=5v; IC3 555多諧振蕩器和IC4555多諧振蕩器正常工作。當(dāng)溫度上升大于25到35，此時IC2 中V3V2 ，V6=0v; IC3 555多諧振蕩器和IC4555多諧振蕩器不正常工作。溫度檢測級如圖2-2所示 圖2-2溫度檢測級運(yùn)算放大器（常簡稱為“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實際電路中，

11、通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計算機(jī)中，用以實現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”，此名稱一直延續(xù)至今。運(yùn)放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存在?，F(xiàn)今運(yùn)放的種類繁多，應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。CA3130是高阻型運(yùn)算放大器，這類集成運(yùn)算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid1G1T,IB為幾皮安到幾十皮安。實現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場效應(yīng)管高輸入阻抗的特點,用場效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流

12、低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點,但輸入失調(diào)電壓較大。2.3 多諧振蕩電路的設(shè)計多諧振蕩電路是由2個555多諧振蕩器組成，當(dāng)溫度傳感器的輸出電壓超過基準(zhǔn)電壓時，CA3130比較器的輸出變高,使1Hz的低頻振蕩器IC3投入工作，轉(zhuǎn)而激活頻率為2.5kHz的音頻振蕩器驅(qū)動揚(yáng)聲器LS1發(fā)出告警聲?；鶞?zhǔn)電壓的大小決定了觸發(fā)告警的溫度。輸出波形是受1Hz調(diào)制的突發(fā)脈沖，用來推動揚(yáng)聲器發(fā)聲。多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。它沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。555

13、定時器構(gòu)成的多諧振蕩器與其工作波形如圖2-3所示圖2-3 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器與其工作波形由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器圖2-3 （a）所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不與充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/

14、3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān)。充電時間常數(shù)T充 =（R1R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。其維持時間TPL的長短與電容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降。當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。如圖2-4（b）所示為工作波形。2.3.1 NE

15、555的特點1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。2.它的操作電源電壓圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位與輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。NE555的集成電路外形、引腳、部結(jié)構(gòu)如圖2-4所示(a) 外引線排列圖(b) 部結(jié)構(gòu)圖圖2-4 NE555的集成電路外形、引腳、部結(jié)構(gòu)GND：接地端 ：低觸發(fā)端 OUT：輸出端 ：復(fù)位端CO：控制電壓端 TH：高觸發(fā)端 D：放電端 VCC：電源端Pin

16、1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 Pin 2 (觸發(fā)點) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) -當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方

17、式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有一樣的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。2.4 系統(tǒng)總體構(gòu)成本系統(tǒng)由溫度檢測系統(tǒng)、正反饋電路、多諧振蕩電路組成。電腦過熱告警單元可用小塊PC擴(kuò)展卡的形式制作，在PC主機(jī)中找一塊空閑

18、的地方安置插槽，一插即可。告警單元的消耗電流僅12mA，可用PC中的電源供電。其電路設(shè)計原理如圖2-5所示圖2-5電路設(shè)計原理圖首先傳感器LM35(IC1)進(jìn)行對外界溫度的檢測，運(yùn)放CA3130(IC2)將溫度傳感器的輸出電壓與比較器預(yù)置的基準(zhǔn)電壓相比較。如溫度傳感器的輸出電壓超過基準(zhǔn)電壓，則比較器的輸出變高，使后面的低頻振蕩器IC3投入工作，轉(zhuǎn)而激活音頻振蕩器驅(qū)動揚(yáng)聲器LS1發(fā)出“畢畢”的告警聲。根據(jù)日常我們使用電腦主機(jī)箱的溫度判斷，在40是一個過熱溫度，超過這個溫度時電腦不正常運(yùn)作了，此時，我們就要制定報警系統(tǒng)。CA3130是一個電壓比較器，通過C3電容的充放電將信息反饋到IC3（555多

19、諧振蕩器）。IC2為Pin6輸出為高電平時，IC3的Pin4復(fù)位，同時我們可以調(diào)節(jié)VR1的設(shè)定，對多諧振蕩電路的調(diào)節(jié)控制輸出電路對揚(yáng)聲器告警。3 硬件的制作與調(diào)試3.1 實物的制作過程在實物的制作中，首先就是對電路元器件的選型，選擇合適的參數(shù)，質(zhì)量與合理的成本等。其次是用電子實用軟件（PROTEL99SE）來進(jìn)行畫圖，包括電路原理圖和PCB刻板圖。再就是將元器件插在刻好的PCB板上，進(jìn)行焊接。在完成硬件的畫圖后，我沒有立即進(jìn)行PCB板的繪制，而是把所有要用到的元器件，進(jìn)行了詳細(xì)了解，分析它們各自的電器屬性，對部分元器件的封裝在protel軟件中沒有的，我用游標(biāo)卡尺，測量其外觀大小，與管腳距離，

20、然后繪制元器件的封裝圖。雕刻時，應(yīng)注意：第一PCB板的尺寸應(yīng)適中；第三，雕刻軟件打開后，刻度的精細(xì)應(yīng)調(diào)整好，在保證電氣屬性導(dǎo)通的情況下，盡量選擇大一些的刻度，這樣可以縮短雕刻時間；第四，雕刻好的PCB板，在用鉆機(jī)打洞時，應(yīng)在PCB板下放一塊軟一些的廢舊板子，以保護(hù)鉆機(jī)的鉆頭。最后，焊接工藝也是相當(dāng)重要的，既要保證焊接的工藝，盡量不出現(xiàn)虛焊、漏焊、錯焊；也要遵循焊接原則，元器件從低到高焊接。經(jīng)過以上步驟，此次的畢業(yè)設(shè)計實物基本完成。3.2 硬件的調(diào)試由于實物調(diào)試存在很多難點:第一,芯片的好壞，很難檢查出來；第二，焊接工藝要求很高，焊接的不好，對功能的實現(xiàn)有很大的影響。在實物制作好之后，我對實物進(jìn)行了調(diào)試，結(jié)果揚(yáng)聲器沒有發(fā)出聲音。我檢查硬制板與焊接的質(zhì)量情況。仔細(xì)觀察有幾個焊點出現(xiàn)了虛焊，然后我與時將他們重新焊。同時利用萬用表等工具對電路進(jìn)行檢測。觀察有極性元器件是否連接正確。在檢查無誤后通電再次進(jìn)行對VR1阻值調(diào)節(jié)，使溫度達(dá)到正常值揚(yáng)聲器不工作，如果溫度超過正常值揚(yáng)聲器就發(fā)出告警聲音。結(jié)論和辭在這次設(shè)計過程中我用到了模擬電路、數(shù)字電路、Protel99 SE等課程學(xué)到的知識，讓我明白自身知識的不足，很多方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)。在整個畢業(yè)設(shè)計期間我進(jìn)一步了解了