2022年模拟电子技术课程设计方案——水温水位自动报警器.docx

精品学习资源模拟电子技术基础课程设计报告班级：电气 082姓名： <签字） 学号： 0804030216日期： 2021-7-3 至 2021-7-4欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1. 设计任务：水温及水位自动监测报警器1.1 监视容器中水的加热过程：设计一个模拟电路，要求模拟实现容器中水的加热过程，当容器中水温未达到沸点时，监视器报警灯红灯亮，提示水没烧开；当容器中水温达到沸点时，监视器进水管水温信号上限水位信号下限水位信号上限水位欢迎下载精品学习资源报警灯绿灯亮，提示水已烧开；1.2 监视容器中水位的上升过程：水容器水温、水位检测系统示意图下限水位加热器欢迎下载精品学习资源设计一个模拟电路，要求模拟实现容器中水位的上升过程，当容器中的水位低于下限水位时，监视器报警灯单红灯亮；当容器中的水位到达下限及下限以上，并且在上限以下时，监视器报警灯不亮；当容器中的水位到达上限及上限以上时，监视器报警灯双红灯亮；2. 设计思路与说明2.1 模拟水温检测系统2.1.1 水温监测试验原理及器材选用依据：热敏电阻是一种新型半导体感温元件， 而正温度系数热敏电阻具有正的电阻温度特性，当温度上升时，电阻值上升；当温度降低时，电阻值减小，其阻值温度特性曲线如图 1 所示；热敏电阻的阻值温度特性曲线是一条指数曲线，非线性较大，在实际使欢迎下载精品学习资源用中要进行线性化处理，但比较复杂，一般图1 阻值 温度曲线欢迎下载精品学习资源只使用线性度较好的一段，在试验中可用滑动变阻器模拟热敏电阻工作的过程；试验中需要将变化的温度信号模拟成变化的电阻，为提高灵敏度，采纳桥式电路，将变化的电阻信号转化成变化的电压信号输出；由于温度的很小欢迎下载精品学习资源图2 水温检测试验原理图2.1.2电路功能：滑动变阻器由零开头变化，模拟水温上升的过阻值0程，电阻阻值与电桥输出电0100200300V-0.2/压 -0.4电出 -0.6输-0.8Y-1>，试验中测到图3 电阻与输出电压关系曲线与的关系曲线，如图 3 所示；假设模拟电阻与温度的关系如图4 所示，的变化，对阻值的影响较小，导致输出地电压信号变化很小，设备很难对微小的信号做出灵敏的反应，因此需要将小信号放大后进行处理，在这里，我采纳了精密的外表放大器来处理变化的电压信号；当温度上升，达到沸点 时，相应的热敏电阻上升到了肯定的阻值，最终引起外表放大器输出电压的变化，此时我需要挑选出这个沸点电压，因此我选用了一个单限比较器，当放大器输出的电压值达到沸点时的电压时，电压比较器发生跳变引起输出点电位变化；通过该点电位的变化来接通报警器，所以采纳三极管和发光二极管来模拟实现报警器报警过程；试验原理如图2 所示；压的关系：=-欢迎下载精品学习资源就电压与温度的关系如图 5 所示；电压与温度模拟曲线欢迎下载精品学习资源120100度 80温6040200度温0100200300阻值图4模拟电阻与温度关系曲线1201008060z4020-1-0.8-0.6-0.4-0.200电压/V欢迎下载精品学习资源图5 电压与温度模拟曲线送 入 仪 表 放 大 器， 经 过 放 大 ， 得 到 输 出 电 压，=-在增大的过程中，当 -1.5V时，即水温未达到沸点，输出高电位，此时 Q1 三极管导通，红灯亮；当连续增大，使=-1.5V时，即水温达到沸点，发生跳变，输出低电位，此时Q2 三极管导通，绿灯亮；2.1.3电路参数确定输入到外表放大器的信号为小信号，因此，挑选输入到外表放大器的信号差值为 1V 左右，要求电桥中电流不能过大，因此选用1K的电阻和滑动变阻器作为电桥电阻；外表放大器中的电阻需要挑选小电阻，所以挑选300的电阻，并设置放大倍数等于-3倍；在水温上升的过程增大，设置当增大到 333.3时，即=0.5V 时，模拟水温达到沸点，此时让电压比较器的输出电压发生跳变，即=-3=-1.5V ，所以设置VDD=- 1.5V ；当输出高电位时，保证三极管Q1 导通以及二极管LED2 发光，因此选用 NPN管，经过调适和运算确定VCC和的值；当输出低电位时，保证三极管 Q2 导通以及二极管 LED1 发光，因此选用 PNP管，经过调适和运算确定 VDD和和的值；欢迎下载精品学习资源2.2 模拟水位检测系统2.2.1 水位监测试验原理即器材选用依据：用开关的闭合模拟水位上升过程中各部分电路的导通关系；当水位在下限以下和上限以上，需要亮起红灯来报警，而当水位合适时，就不用亮灯报警， 依据这个关系，挑选窗口比较器实现此过程；当水位在下限以下时，电路出于图6 水位检测试验原理不导通状态，即 S2 断开与 U1 、U2 的连接，此时使二极管LED2 亮，实现报警；当水位为正常水位， S2 与 U2 接通，此时两个二极管都不发光；当水位达到上限水位时 S2 与 U1 接通，此时两个二极管都发出红光报警；试验原理图如图6所示2.2.2 电路功能：U1的反相端与 U2 的同相端接同一高电位， U2 的反相端与 U1的同相端接同一低电位，设置一个开关S2 使其接地；当水位不够下限水位时， 开关 S2 断开， U1 反相端电位高于同向端电位，输出为负，相反，U2 同向端电位高于反相端电位，输出为正，此时二极管LED2导通报警发光，而 LED1因三极管未导通而截止不发光；当水位上升到下限或下限以上上限以下时，S2 与U2 接通， U2 同向端电位为零，小于反相端电位，输出为负，三极管Q2 不导通， LED2 截止，因而不发光， LED1 仍旧处于截止状态，不发光；当水位连续上升达到上限水位时， S2 与 U1 接通， U1 反相端电位为零，小于同向端电位，欢迎下载精品学习资源输出为正，三极管Q1 导通， LED1发光报警，而 Q2 也处于导通状态， LED2也发光报警；2.2.3 参数确定依据VDD高于 VSS， VSS高于地电位，因此依据这个关系确定参数使VSS略高欢迎下载精品学习资源于地电位，所以挑选VSS=0.5V， VDD=5；V调适确定 VCC=5.37V；3电路调试基本过程及调试结果3.1 试验设备： 模拟试验电路箱，万用表；依据二极管的发光要求以及不断地欢迎下载精品学习资源3.2 试验地点及条件： 在模拟电路试验室，室温 20°C 左右，保证明验仪器工作的良好状态，减小误差；3.3试验时间： 2021-7-3 至 2021-7-4 两天；3.4 试验中的主要问题及自我评判在水温检测试验中，电路的平稳调剂调了很长时间都不平稳，输出电压很不稳固，后来尝试不用电桥，只用一个电阻和滑动变阻器分压来实现，可是发觉这样实现误差较大，所以又换回电桥分压；当电桥基本平稳后，连接外表放大器是相当麻烦的，试验箱上的线很乱，就很简洁接错，却又不简洁发觉；好多用到的电阻试验箱上没有，也凑不出来，就得找现成的 300 固定电阻，将其插入试验箱后使用；刚开头连接外表放大器的时候遗忘给 12V 的电压，导致输出怎么测都是零；后来发觉问题，接上电压，测得输出电压 -3 ，最终到此为止的这部分电路胜利了；接上了电压比较器之后，开头依据自己的预想的跳变点设置 VDD电压值，可是在预设点没有发生跳变，然后就反复的测量 的变化范畴，重新设定跳变点，后来设置 -1.5V 为阈值电压，测得 有了跳变，这已经胜利了 70了；当接上三极管和发光二极管时，灯没有像预期的那样亮起来，于是我就依据电路原理，反复调剂二极管两端电压以及 VCC和 VDD的值，经过许多次的调适，反复的修改参数，灯最终亮了；在水位监测试验中，电路简洁，很快就连接完毕；第一次实现的是在下限水位以下不亮灯，正常水位时亮绿灯，高于上限水位时亮红灯；虽然顺当地实现了这个过程，但是与试验要求不符，老师要求按试验要求来做；当我重新接欢迎下载精品学习资源好电路，发觉我的二极管的灯不亮，测量它两端的电压大于它的导通电压，于是我反复调电源电压，测量二极管两端的电压，它始终不亮；最终我实在想不明白为什么，便向老师求助，老师让我测了各点的连接情形，看是否导通，换一个三极管等等，可是这些方法我都试过，都不能解决问题；后来老师说可能试验箱上的三极管有问题，就去找了个三极管换上了，这次真的是找到了问题的所在，接上新的三极管，电路通了，我最终胜利地完成了试验；在课设的前一天晚上，我生成了初步的电路原理图，并初步定好了参数， 预备的仍算充分；可是，究竟理论与实际是有差距的，实际的试验仪器有误 差，有些参数跟预想的很不符合，所以在试验的过程中，我不断地摸索，不断地调适，实在想不明白的地方才请教老师和同学；这次课设，我整整做了两 天，试验中遇到了许多的疑问和不解，但是通过请教老师同学加上自己的思 考，我攻破了一个又一个难题；最终独立地依据要求在规定的时间内完成了任务；4. 主要工作体会第一，通过此次课设，我们将所学的东西第一次运用到明白决实际问题上，对于这一点我感到特殊的自豪；在以往的学习中，都是学习的一些理论上的学问，而真正怎样运用到实践中并没有仔细想过；课本上的学问究竟是死的，而实践过程中往往会发生许多状况，该如何发觉问题，解决问题，是需要我们来仔细摸索的；这种才能也是我们亟待培育的；我觉得这次的课设，就是一次小小的锻 炼，在试验过程中找到问题，分析问题，并找出方法来解决它，这个过程就是理论与实际的结合过程，既锤炼了我们的动手才能，又巩固了我们的理论知 识，两全其美；由于在此之前我对外表放大器并不是很明白，可是，当我试验中需要用到外表放大器时，我必需翻书找资料，查找外表放大器的工作原理， 使用条件等；而在试验的过程中，进一步懂得了外表放大器的作用和使用方 法；仍有，在学习三极管的放大原理时，对各极电位变化的相互影响很模糊， 没有理出头绪，而在试验中，我反复的调剂各点电位，测量电压，分析电位变化之间的关系，调剂电路，因此补偿了我学问上的空缺；其次，在试验过程中，我遇到了许多意想不到的麻烦，我不能挑选躲避，只能是硬着头皮来解决；由于老师很忙，大家又都在忙着弄自己的电路，很少欢迎下载精品学习资源能抽出时间帮你解决问题，所以大部分时间我必需独立摸索，独立解决问题；当同学们纷纷完成试验，看着他们满意的笑脸，听着他么欢呼的声音，我不能急躁，我必需顶住压力，仔细完成我的试验，由于我仍没有胜利，我的任务仍没有完成；两天的课设让我废寝忘食，早晨去了，中午都不知道吃饭，不知不觉就到了下午，完全遗忘了时间，遗忘了饥饿；到了其次天的下午，大部分人都完成了试验，而那时我的试验电路恰好显现了严峻的问题，我许多次地调适都无济于事，眼看就要到了傍晚，我告知自己，不能舍弃，肯定要坚持完成课设任务，而最终经过我坚持不懈的努力最终在最终一刻完成了试验任务；所 以，这次课设不仅教会了我许多学问，同时也磨练了我的意志；总之，课设给我了我很好的锤炼机会，我也充分地利用这次机会，从中学习到了好多；5. 同小组人员名单与分工大家基本上都是两人一组来做课设，我挑选了一个人完成；从电路的构想，参数的确定，试验的调适始终到任务的最终完成，整个过程基本上都是我一个人独立完成的；独立完成的过程当然艰辛，但是结果是令人欣慰的；欢迎下载