温度检测报警系统2.doc
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1、前 言 随着人们生活水平的逐渐提高,人们在物质上的要求也越来越高,比如说每个人家中都有空调,热水器,电饭煲等等电器设备,而这些东西都因为跟电联系到一起,所以存在很大的安全隐患。而怎么解决这些安全安全是大家一直关心的问题,而要解决这些问题就必须在一定层面上实现这些电器的智能化。同时,现在流感非常的严重,为了防止疫情的进一步扩散,也为了能让患者能够及时接受治疗,对流动人口进行温度检测变得非常重要。 基于PT100所测量的温度温范围能够满足我们的要求,而且它有测量温度准确的特点,最重要的是我们能定义它的报警温度,当温度超过一定的值时,我们能通过一定电路驱动报警器的报警,对于解决一些由于温度造成的安全
2、的问题非常的有用。 该电路的最主要的特点就是它制作简单,而且稳定性,有一定的抗干扰能力,与其他的数字电路相比较,他的最大的特点就是它造价简单,有很好的实用价值。 第一章 设计要求1.1课程设计要求1、设计任务和要求 检测温度范围为0100 ,采用箔电阻、精密电阻及电位器组成测量电桥作为温度传感器; 可设定报警温度上限值0100 ,我们选的是超过60摄氏度的时候报警; 当检测温度超过设定上限值时,发出蜂鸣器报警声,要求报警声喃喃间断发声,频率约1Hz;2、 任务分配:将该温度检测系统分为五个模块,由五个人分别完成一个独立模块。第二章 系统组成及工作原理2.1温度采集和放大首先,通过温度传感器(P
3、T100,I35MA)将温度模拟信号转化成一定的电信号,由于这个信号是一个相对较小和变化相对缓慢的信号,此时就需要一个对该信号放大的电路,考虑到有一定的干扰信号,而又要避免对干扰信号的放大,所以我们将采取差分放大电路,通过理伦计算当温度100的时候,对应的电信号最大,约等于0.15,所以我们的差分放大倍数在30-100内可调节。2.2 信号的过滤 信号采集和放大处理好了,我们知道任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信号,所以这个时候要对这个信号进行过滤了,而我们需要的信号是一个变化很缓慢的信号,所以我们选择2阶低通滤波器,上限频率约为100HZ,根据fh=1/2piRC,于是我们取R=5.1k
4、,C=0.33uF.2.3信号的控制 如图所示我们用到的是最普通的比较器,通过设定相应的阈值(0-5.6V可调),然后与采集到的信号做比较,当大于设置的信号时输出低电平,当小于设置的信号输出高电平。其中跟随器是输出电压稳定,增加带负载的能力。2.4蜂鸣器的驱动 根据设计要求当超过一定的温度时蜂鸣器要以1HZ的频率响,因此我们选了一个周期为1秒的方波振荡器,根据公式我们选R3=1.39M,C=0.33uF.当温度超过设定的温度时,比较器输出低电平,有方波产生,蜂鸣器响,反之不响。2.5电源 先通过变压器变压,然后通过整流,滤波,问呀,最终我们得到正负12V和5V 的电压。图2-1 直流电源电路方
5、框图第三章 信号的采集及报警电路的设计3.1温度采集检测 图 3-1 PT100实物图 pt100是铂热电阻,它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0 时阻值为100欧姆,在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理:当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 PT100分度表温度/度阻值/欧姆温度/度阻值/欧姆温度/度阻值/欧姆0100.0040115.5480130.9010103.9050119.4090134.7120107.7960123.24100138.5130111.6770127.08110149.29表
6、3-1方案一: 1.电路图 图 3-2 方案一原理图2.参数的选择 由上图可知PT100的在100-200之间变化,而通过PT100的电流不能大于35MA,所以我们选1K 的电阻来限流。3. 工作原理和调试方法(1)、调试方法: 当温度是0摄氏度的时候,调节200欧姆电位器,使从1、2出来的电压差为0, 并保持这个阻值不变。(2)、工作原理: 随着温度升高,pt100的阻值也会随着温度的升高而增大,根据分压原理,从1出来的电势势必会比1处高,形成一定的压差,这样就把温度信号转化了电信号了。方案二:1.电路图 图3-3 方案二原理图2.参数的选择 选取电阻R1为200欧姆,输入的信号为直流电源5
7、伏。3.工作原理 当外界温度改变的时候,PT100的阻值R也会随着改变,根据U0=-5R/R1可知此时输出的电压也随着温度的变化而发生了变化,这样就把变化的温度转化了可变的电压。方案的比较和选择1.方案一(1) 、PT100总会存在一定的误差,理论上0摄氏度的是对应的阻值是100欧姆,而实际上是有误差的,我们在边上加一个可调电阻可以通过调节减少这个误差。(2) 、电路只有电阻组成因此造价便宜。而且又能很好的实现电路的效果。2.方案二(1) 、外围电阻的构造简单,直观而且不需要进行任何调试就能实现一定的效果。(2) 、由于运放会因为输出电压过大而工作在非线性区,所以检测温度的范围比较小,同时方案
8、二不能像方案一通过可调电阻去减少误差,所以最后的误差会大于方案一的误差。(3)、通过比较我们最终选择了方案一。3.2蜂鸣器驱动模块1.设计原因 该系统是温度检测报警系统,当温度超过某个温度时,要通过一定去告知人们现在处于超温状态,所以我们通过去驱动蜂鸣器发出报警的声音来告知人们。2.设计原理当运放的反相端输入高电平,由于这是个比较器电路因此输出的是就是低电平,这个时候(温度没有超过设定的温度),三极管工作在截止区,蜂鸣器不会响,当反相端输入的是低电平,输出高电平,通过给电容充电,然后放电产生方波,这个时候在半个周期工作在截止,在另外半个周期工作在饱和,从而控制了蜂鸣器以1HZ的频率报警。3.参
9、数的选择 如上面的仿真电路图1.3,产生的方波,周期接近一秒,根据公式T=2R3Cln(1+R2/R1),所以我们选择了R1=R2=10K,C=0.33UF,R3=1.39M。如图1.4蜂鸣器的驱动部分,其中二极管是防止基电极和射极电压过高的,我们选了放大倍数为100倍的三极管9013,电阻选10k都是为让三极管不在截止状态时工作在饱和区。4.芯片资料LM324是常见的一种常见的集成运算放大器,它具有14个管脚,其引脚图见图3-2,具体相关介绍见附录2。 图3-4 LM324管脚图实验中的电路如图3-5所示图3-5 蜂鸣器报警电路图5. 报警模块元器件清单序号名称数量规格1电阻310k2电阻1
10、1M3电阻1390K4电容10.33UF5运算放大器1LM3246三极管1IN90137蜂鸣器18二极管1IN40076.仿真模块 图3-5 仿真 第四章 电路及系统调试4.1 组装调试为了验证实验系统的合理性和可行性,需要对系统进行组装调试。本次课设五人一组,各尽其能,分了五个模块,有直流电源电路,温度检测放大电路,滤波电路,控制比较电路和蜂鸣器驱动报警电路。大家一起合作完成了五个模块的组装调试,最后一起进行了整个系统的调试。调试仪器:主要用到的是万用表。1.直流电源的装调选用一个变压器,一个IN4007桥堆,一个LM7812,一个LM7912,一个LM7805,1个1k电阻,1个发光二极管
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