溫度報警器課程設(shè)計報告

電子綜合課程設(shè)計PAGEPAGE6目錄課程設(shè)計任務(wù)書 3前言 4一、設(shè)計方案及思路 51.1整體電路構(gòu)思 51.2設(shè)計方案 5二、單元電路設(shè)計 62.1直流電源電路設(shè)計 72.2放大和比較電路的設(shè)計 72.3溫度報警電路設(shè)計 8三、電路仿真分析 103.1仿真軟件簡介 103.2電路的仿真 11四、電路的裝調(diào)和分析 124.1電源的裝調(diào) 124.2放大和比較電路的調(diào)試 124.3報警電路的調(diào)試 134.4整體電路的調(diào)試 13五、總結(jié)與體會 14參考文獻 14附錄 15附錄A.元器件管腳圖及功能 15附錄B.元器件清單 17附錄C.總體電路圖 18任務(wù)書溫度報警器的設(shè)計與制作一、任務(wù)和要求：1、用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；2、當(dāng)溫度在10℃至30℃范圍內(nèi)（允許誤差±（1）當(dāng)溫度高與30℃時，報警器發(fā)出兩種頻率交換的“嘀—嘟”（2）當(dāng)溫度低于10℃3、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14、設(shè)計并制作本電路所用直流電源。二、設(shè)計框圖溫度模擬信號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(shè)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、平口起子、鑷子各一把6、面包板一塊前言電子技術(shù)綜合課程設(shè)計是集電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電路實驗、模擬電子技術(shù)實驗、數(shù)字電子技術(shù)實驗等課程之后的一門理論與實踐相結(jié)合的綜合設(shè)計性課程。它的開展是為了提高和增強我們學(xué)生對電子技術(shù)知識的綜合分析與應(yīng)用能力。這對于提高我們學(xué)生的電子工程素質(zhì)和科學(xué)實驗?zāi)芰Ψ浅Ｖ匾请娮蛹夹g(shù)人才培養(yǎng)成長的必由之路。這次課程設(shè)計任務(wù)要求是完成一個溫度報警器的制作，并實現(xiàn)當(dāng)溫度高于30℃時發(fā)出雙音報警，溫度低于10℃時發(fā)出單音報警的功能要求。本設(shè)計中充分展示了模擬電子技術(shù)的優(yōu)點，利用放大電路、窗口比較器進行溫度的判定，再結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的優(yōu)點，充分利用單元電路的功能來實現(xiàn)報警，將模電、數(shù)電緊密結(jié)合，綜合應(yīng)用，不但對知識有了更進一步的掌握，也極大地提高了動手能力，并讓我對于實際電子產(chǎn)業(yè)有了初步的認(rèn)識，對于以后的就業(yè)打下了一定的基礎(chǔ)。通過課程設(shè)計實現(xiàn)以下三個目標(biāo)：第一，讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗、設(shè)計方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)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(biāo)。第二，課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實踐，而課程設(shè)計的著眼點是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運用，從已學(xué)過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學(xué)實驗的程序和實施方法。第三，培養(yǎng)勤于思考的習(xí)慣，同時通過設(shè)計并制作電子產(chǎn)類品，增強學(xué)生這方面的自信心及興趣。本課程設(shè)計以電工電子技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，著重掌握電路的設(shè)計裝調(diào)及性能參數(shù)的調(diào)試方法。本課程設(shè)計應(yīng)達到如下基本要求：（1）綜合運用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識獨立完成一個實際應(yīng)用電路的設(shè)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(xué)會撰寫課程設(shè)計論文。（7）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。（8）由于本次試驗是分組完成，所以培養(yǎng)團結(jié)協(xié)作能力尤為重要。在溫度報警器電路的課程設(shè)計中，不僅得到了指導(dǎo)老師的關(guān)心和鼓勵，而且得到了許多同學(xué)的無私幫助，在此表示衷心的感謝。一、設(shè)計方案及思路1.1整體電路構(gòu)思本次溫度報警電路的設(shè)計我們用壓電陶瓷蜂鳴器作為報警電路的電聲元件，通過電壓的變化來模擬溫度的高低，以0℃為0mv，溫度每上升1℃，遞增2mv；由于變化的電壓值較小，所以我們采用放大電路對其進行放大100倍，然后通過后級比較電路對電壓進行比較，當(dāng)溫度在10℃至30℃范圍內(nèi)（允許誤差±1℃）即電壓在20mv至60mv時報警器不發(fā)聲響，當(dāng)溫度超過這個范圍時，即當(dāng)接收到的輸入電壓（前級放大器的輸出）小于2V（10℃時放大器輸出為2V）或者大于6V時（30℃時放大器輸出為6V），輸出高電平以驅(qū)動后級的發(fā)生報警電路報警器發(fā)出聲響，并根據(jù)不同音調(diào)區(qū)分溫度的高低，即當(dāng)溫度高與30℃時，報警器發(fā)出兩種頻率交換的“電路所需直流電源由5v和12v的直流電壓提供。1.2設(shè)計方案電路框圖如下：溫度模擬信號溫度模擬信號直流電源放大比較電路音頻報警器根據(jù)整體構(gòu)思，所設(shè)計電路分為四個模塊：直流電源、信號放大電路，比較電路和報警電路。其中直流電源由變壓器、整流橋、濾波電路、穩(wěn)壓器組成；放大器的設(shè)計采用集成運放放大；對于比較器我們選擇窗口比較器，通過電壓的變化可以模擬實現(xiàn)高溫低溫。報警電路有單雙頻之分，選用555定時器作成多諧振蕩器，以分別實現(xiàn)單雙頻報警。二、單元電路設(shè)計1、直流電源電路設(shè)計直流穩(wěn)壓5V,12V電源的設(shè)計，輸入交流電220v（峰值312v）50hz。穩(wěn)定直流電源設(shè)計的一般思路是讓輸入電壓交流電220v（峰值312v）50hz先通過電壓變壓器（降壓到合適的數(shù)值，如16v），，再通過整流網(wǎng)絡(luò)（將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為直流脈動電壓（直交流成分均有）），然后經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)（減小電壓的脈動），最后經(jīng)過穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)（使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻的影響）。采用整流橋?qū)崿F(xiàn)整流的目的，以2200uF的大電解電容作為濾波電路，采用固定式三端集成穩(wěn)壓器7805、7812來穩(wěn)定輸出電壓。如下圖所示，220V（幅值311V）50Hz交流電經(jīng)變壓器220:16輸出兩組獨立的16V交流電，經(jīng)整流橋、大電容濾波后分別經(jīng)過集成穩(wěn)壓塊7812與7805作用得到+12、+5V的直流輸出電壓。穩(wěn)壓電源組成如圖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(shè)備所需的交流電壓。圖Proteus模擬直流電源電路圖2.2放大和比較電路的設(shè)計Ⅰ、放大器電路放大器電路圖：此電路是同相比例運算電路，電路引入了電壓串聯(lián)負反饋。該電路的放大倍數(shù)為：處加一個+12v的直流電壓（即7812的輸出端），通過滑動電位器來改變放大器的輸入電壓。根據(jù)實驗設(shè)計要求（當(dāng)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(dāng)溫度超過這個范圍時，報警器發(fā)出聲響。以0℃為0mv，溫度每上升1℃，遞增2mv）即低于20mv報警（単頻），20mv-60mv不報警，高于60mv經(jīng)過LM324放大100倍后，就變?yōu)?~1.9v報警（単頻），2v~6v不報警，6.1v~10v報警（雙頻）。再經(jīng)過窗口比較器…注意事項：與要取合適的值，應(yīng)盡量小點，以提高電路的靈敏度。Ⅱ，窗口比較器電路窗口比較器電路圖：由LM324中的兩個運放組成1個窗口比較器，以12v為電源電壓，通過調(diào)節(jié)電位器RV2、RV3來確定窗口比較器的兩個基準(zhǔn)電壓，使分別為2V、6V，調(diào)節(jié)好后使其穩(wěn)定不再變化。放大器的輸出電壓與兩個基準(zhǔn)電壓進行比較，若小于2v，則B運放輸出為高電平，輸出端接一個保護電阻經(jīng)過D15v穩(wěn)壓管使輸出電壓穩(wěn)定在5v；若在2v與6v之間，則運放B與C輸出都為低電平，即電壓為0；若大于6v，則運放C輸出為高電平，輸出端接一個保護電阻經(jīng)過D15v穩(wěn)壓管使輸出電壓穩(wěn)定在5v。注意事項：穩(wěn)壓管D1、D2的作用是穩(wěn)定窗口比較器的輸出電壓，但前提是窗口比較器的輸出電壓必須大于穩(wěn)壓管D1、D2的穩(wěn)壓值。運放輸出端所加保護電阻不應(yīng)過大否則穩(wěn)壓管將起不到穩(wěn)壓作用。2.3、溫度報警電路根據(jù)任務(wù)與要求，要有兩種不同的報警聲音，因此我們設(shè)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。Ⅰ，低溫報警電路此電路中4端口接窗口比較器的D1穩(wěn)壓輸出，4端口為一個復(fù)位端，當(dāng)D1為高電平（溫度低于10℃即放大電路輸出電壓小于2v）時，此多諧振蕩器工作，蜂鳴器發(fā)出單頻聲音報警。此振蕩電路的振蕩周期為占空比：Ⅱ、高溫報警電路高溫報警采用雙頻報警，該部分用到了兩片555定時器。U5的作用是控制高低音的持續(xù)時間，高電平持續(xù)時間即為電容C的充電時間，低電平持續(xù)時間即為電容C的放電時間；U6的作用是將高音與低音轉(zhuǎn)換成頻率然后輸出。對于U5振蕩電路的充電時間為：即高電平持續(xù)時間也就是低音的持續(xù)時間。放電時間為：即低電平持續(xù)時間也就是高音的持續(xù)時間。占空比：當(dāng)U5輸出為地電平時對于U6振蕩電路的振蕩周期為+高音振蕩頻率:當(dāng)U5輸出為高電平是U6振蕩電路的振蕩周期為：+低音振蕩頻率:根據(jù)參數(shù)計算公式可得，雙頻的高低音持續(xù)時間以及高低音頻率只與和555外部連接的電容C和電阻有關(guān)，因此我們可一通過改變555外部電路的電容和電阻的大小來控制多諧振蕩電路的振蕩周期從而控制蜂鳴器發(fā)出聲音的高低和頻率。U6的4端接D2端穩(wěn)壓輸出電壓，當(dāng)D2為高電平（溫度高于30℃即放大電路輸出電壓大于6v）時，此多諧振蕩器工作，蜂鳴器發(fā)出“嘀—嘟”三，電路仿真分析3.1仿真軟件簡介本次電路仿真我們用的是Protues軟件，Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真革命性的特點（1）互動的電路仿真用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。3.2電路仿真通過用Ptotues軟件進行仿真，將各個模塊連接好后進行仿真。電路圖如下；仿真結(jié)果：1，當(dāng)溫度低于10℃2．當(dāng)溫度高于30℃由于我們是第一次接觸到電路仿真軟件，所以操作上很不熟練，在選定元器件時費了很大的功夫，最后才從原器件庫中選出了所需的元器件。四、電路的裝調(diào)和分析本次課設(shè)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。大家一起完成了四個模塊的電路裝調(diào)。4.1電源的裝調(diào)選用22V~16V的變壓器，一個LM7812一個LM7805，2200uF電解電容一個，小電容若干個，接好電源電路，在接電源的過程中我們遇到了如下問題：用萬用表測量從LM7812輸出的電壓值沒有達到12V,故障排除：經(jīng)過仔細的檢查發(fā)現(xiàn)電路接通后LM7812發(fā)熱，最后我們判斷該三端穩(wěn)壓器是壞的，不能使用。然后我們更換了一個新的LM7812，接通電源再次測量結(jié)果輸出12V,滿足要求，電源制作完成。4.2放大和比較電路的裝調(diào)選用1個LM324中的3個運放，1個1k、2個10K,2個100K的電阻，還有三個10k的滑動變阻器，2個5V穩(wěn)壓管，在這部分電路的裝調(diào)過程中遇到如下問題：問題1：接通電源后改變電位器比較輸出電壓無變化。故障排除：仔細檢查電路發(fā)現(xiàn)由于面包板插孔密集而使一條導(dǎo)線沒有聯(lián)通，調(diào)整后輸出正常。問題2：當(dāng)改變電位器時比較輸出高低電平不穩(wěn)定。故障排除：由于電位器自身電阻的不穩(wěn)定性和面包板插孔與導(dǎo)線接觸不良導(dǎo)致，這個問題無法避免。問題3：輸出端穩(wěn)壓管輸出電壓沒有高電平。故障排除：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)輸出端穩(wěn)壓管前端所接保護電阻阻值太大而導(dǎo)致其分壓較多，所以穩(wěn)壓管沒有起到穩(wěn)壓作用，更換較小電阻后輸出正常。4.3報警電路的裝調(diào)單頻控制電路是由一塊NE555組成，雙頻報警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(gòu)成了所要求功能的溫度報警電路。在這部分電路裝調(diào)過程中我們遇到了兩個問題：問題1：電路連接好后調(diào)節(jié)溫度模擬電位器超出30℃溫度時高溫雙頻不報警。故障排除：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)555定時器外部所接充放電電容沒有接在相應(yīng)的位置上，所以導(dǎo)致蜂鳴器沒有聲音。改變接法后可以發(fā)聲。問題2：高溫報警發(fā)聲與所要求的聲音不同。故障排除：由于555定時器振蕩周期和頻率由其外部所接電阻和電容決定，所以通過計算后得到了更合理的參數(shù)，更換了電阻與電容后發(fā)出的聲音即為“嘀嘟”的報警聲。4．4整體電路的裝調(diào)通過上面電路的的連接檢查整體電路無誤后接通電源，然后通過電位器模擬溫度變化；1，當(dāng)溫度低于10℃時發(fā)出“嘀———嘀”的單頻報警：2．當(dāng)溫度高于30℃時發(fā)出“嘀———嘟”的雙頻報警六、總結(jié)和體會電子技術(shù)綜合課程設(shè)計是基于數(shù)模電的課程設(shè)計，是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)。本次課程設(shè)計的流程大體為：課程設(shè)計動員大會、指導(dǎo)老師分配小組課設(shè)任務(wù)、各小組進行審題分析并設(shè)計電路，指導(dǎo)老師審圖通過后領(lǐng)取元器件、試驗測試調(diào)試、指導(dǎo)老師檢驗實驗結(jié)果。本次課程設(shè)計加深了我們對所學(xué)理論知識的理解，并能將其熟練應(yīng)用，做到理論與實際相結(jié)合。設(shè)計的過程中遇到過挫折和困難，當(dāng)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(xué)進行了探討。課程設(shè)計時很累，但生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)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(rèn)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(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)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(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保證。而這次實習(xí)也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。本次課程設(shè)計加深了我們對所學(xué)理論知識的理解，并能將其熟練應(yīng)用，做到理論與實際相結(jié)合。而用實際器件搭建電路，培養(yǎng)了我們學(xué)生分析問題、解決問題的實踐能力。在本次課程設(shè)計中受益匪淺，為將來的學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計以及工作打下堅實的基礎(chǔ)?？傊?，通過這次課程設(shè)計學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，也學(xué)會了常用繪圖軟件的使用，在平時的理論學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的興趣，為以后的學(xué)習(xí)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(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解，才會有收獲，正所謂“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。2、參考文獻1）《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版主編：閻石高等教育出版社2）《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第四版主編:童詩白華成英高等教育出版社3）《電子設(shè)計從零開始》主編：楊欣王玉鳳劉湘黔清華大學(xué)出版社2005年五、附錄附錄A.元器件管腳圖及功能1）W7805、W7812管腳圖將正面對著自己，管腳在下，圓孔端在上，左中右三卻分別是123腳。它們的1、2腳是電壓輸入端，1接電源正，2接地。它們的2、3腳為電壓輸出端，3接電源輸出，2接地。78xx系列穩(wěn)壓器的最大輸出電流為1.5A，最大輸入電壓為40V。2）LM324的管腳圖：LM324是四運放集成電路，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。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。V-也可接地，即LM324可以單電源工作。（3）555定時器1——地GND5——控制電壓2——觸發(fā)6——門限(閾值）3——輸出7——放電4——復(fù)位8——電源電壓Vcc555定時器的電路如圖所示。它由三個阻值為5k?的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。分壓器為兩個電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器C1的參考電壓為，加在同相端；C2的參考電壓為，加在反相端。是復(fù)位輸入端。當(dāng)=0時，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端u0為低電平。正常工作