2022年温度报警器设计报告完整版 .pdf

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1、电 子 技 术 综 合 课 程设计课程：电子技术综合课程设计题目：温度报警器所属院 (系) 专业班级姓名学号：指导老师完成地点2011 年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 2 - 前言电子技术综合课程设计是集电路分析、模拟电子技术、数字电子技术以及电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验等课程之后的一门理论与实践相结合的综合设计性课程。它包括选择课程、电子电路设计、组装、调试和编写总结

2、报告等实践内容。它的开展是为了提高和增强我们学生对电子技术知识的综合分析与应用能力。这对于提高我们学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。本课程设计任务要求是完成一个温度报警器的制作，并实现当温度高于30时发出双音报警，温度低于 10时发出单音报警的功能要求。本设计中充分展示了模拟电子技术的优点，利用放大电路、窗口比较器进行温度的判定，再结合数字电子技术的优点，充分利用单元电路的功能来实现报警，将模电、 数电紧密结合， 综合应用， 不但对知识有了更进一步的掌握，提高了动手能力， ，对于以后的就业打下了一定的基础。通过课程设计实现以下三个目标：第一，让学生初步

3、掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标。第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养勤于思考的习惯，设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。本课程设计以电工电子技术的基本理论为基础，着重掌握电路的设计装调及性能参数的调试方法。本课程设计应达到如下基本要求：（ 1） 综合运用电子技术课

4、程中所学的理论知识独立完成一个实际应用电路的设计。（ 2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。（ 3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。（ 4）掌握电子电路的安装和调试技能。（5）熟悉使用各类数字式电子仪器的规范使用方法。（6）学会撰写课程设计论文。（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。（8）由于本次试验是分组完成，所以培养团结协作能力尤为重要。此次课程设计中， 不仅得到了指导老师的帮助和鼓励，而且还有同学们的互相支持和帮助，在此表示衷心的感谢！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

5、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 3 - 任务书温度报警器的设计与制作一、任务和要求：1、用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件；2、当温度在10至 30范围内（允许误差1）时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低。即：（1）当温度高与30时，报警器发出两种频率交换的“嘀嘟”声响。（2）当温度低于10时，报警器发出单频率声响。3、温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0为 0mv ，温度每上升1，递增2mv; 4、设计并制作本电路所用直流电源。二、设计

6、框图三、所需仪器设备1、数字万用表一块2、双踪示波器一台3、直流稳压电源一台4、剪刀、镊子各一把5、面包板一块温度模拟信号直流电源音频报警器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 4 - 目录一 . 设计方案及思路 51.1整体电路构思51.2设计方案一51.3设计方案二51.4方案的选择6 二. 单元电路设计6 2.1. 电源电路的设计62.2 放大器电路的设计72.3窗口比较器电路的设计92.4

7、、温度报警电路的设计10 三、电路的仿真图及装调和分析12 3.1电源的装调12 3.2放大和比较电路的装调13 3.3报警电路的装调13 34 整体电路的装调13 四、实验结果分析13 五、总结和体会15 六、参考文献15 七、附录16名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 5 - 一、设计方案及思路1.1 整体电路构思本次温度报警电路的设计我们用压电陶瓷蜂鸣器作为报警电路的电声元件，通过电压的变

8、化来模拟温度的高低，以0为 0mv，温度每上升1，递增 2mv ；由于变化的电压值较小，所以我们采用放大电路对其进行放大100倍， 然后通过后级比较电路对电压进行比较，当温度在 10至 30范围内（允许误差1）即电压在20mv至 60mv时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，即当接收到的输入电压（前级放大器的输出）小于2V（10时放大器输出为2V）或者大于6V时（ 30时放大器输出为6V） ，输出高电平以驱动后级的发生报警电路报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，即当温度高与30时，报警器发出两种频率交换的“嘀嘟”声响；当温度低于10时，报警器发出单频率声响。1.2 设计方案一1.3

9、 设计方案二电路框图如下：根据整体构思，所设计电路分为四个模块：直流电源、信号放大电路，比较电路和报警电路。其中直流电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压器组成；放大器的设计采用集成运放放大；对于比较器我们选择窗口比较器，通过电压的变化可以模拟实现高温低温。报警电路有单双频之分，选用 555 定时器作成多谐振荡器，以分别实现单双频报警。电 源电 路比 较电路报 警电 路温度模拟信号直流电源放大比较电路音频报警器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 19 页 - -

10、 - - - - - - - 温度报警器的设计- 6 - 1.4 方案的选择方案一：优点：电路图简单，理论上可以实现报警功能。缺点：比较电路需从直流电源直接取样，所取电压的范围大小不满足对温度变化所对应的电压变化范围。结论：不可行方案二：优点：通过放大电路的作用，能把对应的小电压放大到需要的电压范围，可行性强。缺点：相对于方案一电路较复杂结论：可行二、单元电路设计2.1. 电源的设计设计2.1.1任务和要求直流稳压5V,12V 电源的设计，输入交流电220v（峰值 312v）50hz。稳定直流电源设计的一般思路是让输入电压交流电220v（峰值 312v）50hz 先通过电压变压器（降压到合适的

11、数值，如16v） ， ，再通过整流网络（将正弦波电压转换为直流脉动电压（直交流成分均有） ，然后经过滤波网络（减小电压的脉动），最后经过稳压网络（使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻的影响） 。采用整流桥实现整流的目的，以1000uF 的大电解电容作为滤波电路，采用固定式三端集成稳压器7812、7805 来稳定输出电压。如下图所示， 220V （幅值 311V）50Hz交流电经变压器220:16 输出两组独立的16V 交流电，经整流桥、大电容滤波后分别经过集成稳压块7812 与 7805 作用得到 +12、+5V的直流输出电压。稳压电源组成如图1所示：图 1 直流电源系统方框图电源变压

12、器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 7 - C11000uVI1VO3GND2U17805VI1VO3GND2U27812C2100nC30.33uC410uBR12W005GV1VSINETR1TRAN-2P2SU2(VO)V=12.0299U1(VO)V=5.00537C50.1u直流电源电路图2.1.2 整流桥选择整流桥有两

13、根输入交流线和两根输出直流线。经过整流桥上正极M C7812 经过稳压、滤波可提供一个 +12V电压； +12V 电压再经过MC7805后，经过稳压、滤波就可以提供一个+5V的电压。整流桥负极接地。整流桥的这样就可以给后面的系统提供工作电压了。2.1 3.参数的计算（1） 稳压管型号，输入电压和输入电流220v 电网电压经过通用变压器T1 降压至 16V，16V 交流电压经桥式电路整流，C1的滤波作用后变成直流电压，整流成直流的电压，需要 +12v 的电压， 故选用 7812 型号；稳压管的压差6v 左右，则输出 12v 左右，选用7805 型号的，经过稳压管的消耗，稳压管的电压输出为+5v。

14、（2）故输入电压UI=12+3+0.6=15.6v ，电源变压器的副边电压有效值：U2=15.61.2 13v，所以变压器的输出电压取值是13v，输出电压是最大值是2*1318v （3）滤波电容： C=1000uF6000uF所以电解电容的参数：1000uF 2.2 放大器电路的设计（自己设计部分）2.2.1设计任务和要求设计一个10 30以外的温度报警器，需要用电压来代表温度，设1用 2mv代替，那么在10 30则表示成20mv 60mv ，即电源供的电压在20mv60mv 范围以外的电路报警，而电源提供的电压为5v，与所取电压相差很大，这时需要将所取电压放大100 倍，即 2V6V 以外的

15、电压电路报警，需设计一个放大器电路，对电压进行放大，为后续电路做好铺垫。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 8 - 2.2.2设计原理用直流恒压源供电，为了满足增大输入电阻，减小输出电阻，以减少电源的内阻消耗，提高电路的带负载能力。所选运算放大器功耗低；输出电压与输入电压同相。用一个可调电位器来模拟温度的变化。2.2.3设计方案选运算放大器：LM324 介绍： LM324 系列器件为价格便宜的带

16、有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0 伏或者高到32 伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它的特点是将4 个功能独立的运放集成在同一个集成芯片里，这样可以大大减少各运放由于制造工艺不同带来的器件性能差异；采用统一的电源，有利于电源噪声的降低和电路性能指标的提高。特点： 1. 短路保护输出。2. 真差动输入级。3. 可单电源工作：3V-32V 。4. 低偏置电流：最大 100nA 。5. 每封装含四个运算放大器。 6. 具

17、有内部补偿的功能。7. 共模范围扩展到负电源。8. 行业标准的引脚排列 9. 输入端具有静电保护功能。具体设计原理：电压串联负反馈，同相比例放大。UIUNUP(1) )4(1)3(11)2(0UIRRFUOUPRRFUNRRFUORFUNUORUN得到上式表明uo 与 ui 同相且 uo 大于 ui 。电阻选择：因为电源电压为+5V，应选择千欧级电阻，以满足输入电压毫伏级的要求。放大器电路图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 19 页 - - - - - -

18、 - - - 温度报警器的设计- 9 - 321411U1:ALM324R299kR31kVolts+6.19BAT160mV电 路 分析：此电路是同相比例运算电路，电路引入了电压串联负反馈。根据“虚短”和“虚断”,因为净输入电压为0，Up=UN=UI ，UO=（1+Rf/R ）=（1+99/1）Up=100Ui,即：URRURV1230)1(R1（如电路总图图）处加一个+12v 的直流电压（即7812 的输出端），通过滑动电位器RV1来改变放大器的输入电压URV 1。根据实验设计要求（当温度在10至 30范围内（允许误差1）时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，报警器发出声响。以0为 0m

19、v ，温度每上升1，递增 2mv）即低于20mv报警（単频） ，20mv-60mv不报警，高于60mv 报警（双频）。URV1最大为 121000001000=0.12v=120mv URV1经过 LM324放大 100 倍后，就变为01.9v 报警（単频），2v6v 不报警， 6.1v10v 报警（双频）。再经窗口比较器比较输出给后续电路。2.3 窗口比较器电路的设计（自己设计部分）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 19 页 - - - - - - - -

20、 - 温度报警器的设计- 10 - 窗口比较器电路图：321411U1:ALM324567411U1:BLM324R11kR21kR32kR43kVolts+0.58Volts-0.55BAT112VBAT25VBAT31VD11N5347BRLD21N5347BRLR51kR61k由 LM324中的两个运放组成1 个窗口比较器，以 12v 为电源电压，经过 60k、40k、20k电阻的分压使窗口比较器的两个基准电压分别为2V、6V。放大器的输出电压U0与两个基准电压进行比较，若U0小于 2v，则 B 运放输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D2稳压管使输出电压稳定在5v；若U0在 2v 与

21、 6v 之间，则运放B与 A输出都为低电平，即电压为0；若U0大于 6v，则运放A输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D1稳压管使输出电压稳定在5v。注意事项：稳压管 D1、D2的作用是稳定窗口比较器的输出电压，但前提是窗口比较器的输出电压必须大于稳压管 D1、D2的稳压值。运放输出端所加保护电阻不应过大否则稳压管将起不到稳压作用。2.4 、温度报警电路的设计根据任务与要求，要有两种不同的报警声音，因此我们设计两种报警电路，单频报警电路和双频报警电路。音频报警电路的制作可以用NE555和电阻、 电容组成， 我们选用555 集成定时器来制作多谐振荡器从而做出音频电路。2.4.1 、低温报警电路

22、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 11 - R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1NE555BUZ1BUZZERR110kR2100kC10.1uFC210uF此电路中4 端口接窗口比较器的D1稳压输出， 4 端口为一个复位端，当 D1为高电平 （温度低于10即放大电路输出电压小于2v）时，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发出单频声音报警。此振荡电路的振荡周期为TCRRTT445212

23、ln2占空比：RRRRq45542单频产生的波形如下图：2.4.2 、高温报警电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 12 - R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1NE555R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2NE555R160kR210kR310kR450kR550kC10.01uFC210uFC30.22uFBUZ1BUZZER高温报警采用双频报警，该部分用

24、到了两片555 定时器。 U1的作用是控制高低音的持续时间；U2的作用是将高音与低音转换成频率然后输出。双频的高低音持续时间以及高低音频率只与和555 外部连接的电容C和电阻有关， 因此我们可以通过改变555 外部电路的电容和电阻的大小来控制多谐振荡电路的振荡周期从而控制蜂鸣器发出声音的高低和频率。U2的 4 端接 D1端稳压输出电压，当D1为高电平（温度高于30即放大电路输出电压大于6v）时，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发出“嘀嘟”的双频声音报警。双频产生的波形如下图：三、电路的仿真图及装调和分析注：单元电路的仿真图都已在单元电路设计中给出，总体电路仿真图在附录C 中给出，这里不再重复画出。3.

25、1 电源的装调用万用表测量从LM7812输出的电压值与理论值12v 相差较大。排除： 经过仔细的检查发现电路接通后LM7812发热，最后我们判断该三端稳压器是坏的，不能使用。然后我们更换了一个新的LM7812 ，接通电源再次测量结果输出为12V 左右 , 满足要求，电源制作完成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 13 - 3.2 放大和比较电路的装调1. 发现放大电路的放大倍数较小，不满足需

26、求。解决：改变了滑动变阻器的数值，使放大倍数在100 左右。2. 比较器输出端稳压管输出电压高电平太高。解决：经检查发现稳压管不满足电路要求，计算参数更换电容后输出高电平正常。3.3 报警电路的装调1：电路连接好后调节温度模拟电位器超出30温度时高温双频不报警。解决：由于电容没有接地造成，接地后正常报警。2：高温报警发声与所要求的声音不同。解决：通过检查及计算后得到了更合理的参数，更换了电阻和电容后发出的声音即为“嘀- 嘟”的报警声。34 整体电路的装调通过上面电路的的连接检查整体电路无误后接通电源，然后通过电位器模拟温度变化；1，当温度低于10时发出“嘀嘀”的单频报警：2当温度高于30时发出

27、“嘀嘟”的双频报警总体电路图见附录C 四、实验结果分析项目理论值测量值整流桥输出16 V 15.974 V 不带负载的变压器输出16 V 16.607 V 带负载的变压器输出16 V 16.112 V 放大器输入放大器输出窗口输出单频窗口输出双频单频蜂鸣器双频蜂鸣器0.013v 1.288v 10.802v 0.067v 响不响0.041v 4.005v 0.066v 0.032v 不响不响0.082v 8.126v 0.048v 10.856v 不响响项目理论值测量值名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

28、 - - - - - - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 14 - 7812 12v 12.052v 7805 5v 5.081v 相对误差为： （12-12.052 ）/12*100%=0.56%10% 在误差范围内； （5.081-5 ）/5*100%=0.86%，u12时， C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本 RS触发器被置0，晶体管 T 导通，输出端u0 为低电平。当 u11，u12 时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，基本 RS触发器被置 1，晶体管T 截止，输出端u0 为高电平。当u11时，

29、基本 RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。综上所述，可得555 定时器功能如表所示。输入输出复位u11 u12 输出 u0l 晶体管 T 0 0 导通1 1 导通1 1 截止1 保持保持名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 18 - 附录 B. 元器件清单序号名称数量备注1 变压器1 220v16v 2 桥式电路1 3 LM7812 1 4 LM7805 1 5 LM324 3 6 555

30、 3 7 蜂鸣器2 8 电解电容1 1000F 9 电容1 100F 10 电容1 0.33F 11 电容1 0.22F 12 电容3 10F 13 电容2 0.1 F 14 电容1 1nF 15 电阻2 100K16 电阻3 10K17 电阻1 1K18 电位器3 100K19 电位器1 50K20 电位器1 1K21 电源插头1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - 温度报警器的设计- 19 - 22 导线若干

31、附录 C.总体电路图321411U6:ALM324R999kR101k567411U6:BLM3241098411U6:CLM324R1160kR1240kR1320kR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U11NE555BUZ1BUZZERR2610kR21100kC110.1uFC2110uFR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1000NE555R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5000NE555R100060kR200010kR400050kR500050kC20010uFC3000.22uFBUZ111BUZZERC51nFTR1TRAN-2P2SBR12W005GC11000uC2100uC30.33uVI1VO3GND2U27805C40.1uC610uVI1VO3GND2U17812D11N5347BRLD21N5347BRLABCD13%RV11kR1100kC3(2)V=12.0176C6(2)V=5.00003R11(2)V=6.00503R13(1)V=2.00054(A)V=5.00003(D)V=0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - -