温度报警器器的设计要点.pdf
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1、陕西理工学院 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 2014 年 09 月 22 日 陕西理工学院 任务书 温度报警器的设计与制作 一、任务和要求: 设计并制作一个温度报警器,要求如下: 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 这个范围内时,报警器发出声响,并根据不同音调区分温度的高低,即: (1) 当温度高于30时,报警器发出两种频率交替的“嘀嘟”声响,即加到蜂鸣器上 的电压波形如资料中附录3D; (2) 当温
2、度低于10时,报警器发出单频率声响,如资料中附录3D。 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 放大比较电路音频报警器 陕西理工学院 目录 前言 错误!未定义书签。 1. 方案论证与比较 2 1.1 方案一 2 1.2 方案二 2 1.3 方案确定 2 2.单元电路设计 3 2.1 直流电源电路的设计 3 2.2 放大器电路的设计 3 2.3 窗口比
3、较器电路的设计 4 2.4 温度报警电路的设计 4 3.仿真调试及实验装调 8 3.1 电路仿真 8 4.电路的装调和分析 8 4.1 电源的装调 8 4.2 放大电路和比较电路的装调 8 4.3 报警电路的装调 9 4.4 整体电路的装调 9 5.实验结果分析 9 6.小结 10 7.参考文献 11 附录 11 陕西理工学院 附录 1 元器件管脚及功能 .11 附录 2 元器件清单错误!未定义书 签。 .14 附录 3 整体电路图错误!未定义书 签。 .15 陕西理工学院 陕西理工学院 1 前 言 本次电子技术综合课程设计是专门针对所有开展电类教学大三学生的一次综合训练,它 着重考察的是同学
4、们对所学课程的分析与综合应用能力,让同学们切实感受到理论联系实际 的重要性,让所有同学都有一个清醒的认识,也是为了培养同学们良好、严谨的科学态度, 为以后的发展打下坚实的基础。 此次电子技术综合课程设计的题目是温度报警器的设计。温度报警器是一种与国民生 活、安全、及工农业生产都有着重大关联的装置,因此对它的研究有着极其重要的意义。 本次设计的温度报警器并不以真实的温度作为检测量来检测,而是通过直流信号源来模 拟温度传感器的输出电压,进而实现检测并判断报警电路是否发出报警警告。此次试验将首 先在计算机上通过protues仿真软件进行仿真实验,并遵循指导老师的建议将温度报警装置 进行分模块设计,具
5、体将分为四个模块:电源模块、放大模块、比较模块、报警模块。因此 实验的重点也将主要在于各模块的设计与组装调试来验证电路的完好运行,且能执行报警。 陕西理工学院 2 1. 方案论证与比较 1.1 方案一 根据任务书要求及电路所需要实现的功能将温度报警器划分为三个模块:电源模块、比 较模块、 报警模块。 此方案设计简单明了,但是实验要求的精度是可以区分1即 2mv电压, 运用此方案难以满足如此高精度的报警。故此方案不能用来设计此温度报警器。可将其模块 划分如下图一。 图一方案一 1.2 方案二 温度报警器需要对温度这个变量极其敏感,本次试验中虽然采用直流信号源代替,但是 实验所要求的2mv 电压的
6、精度是比较高的,简单的电路无法分辨出来,因此须将其放大进 行比较,即可将此温度报警器按照分模块设计的方法分为电源模块、放大模块、比较模块、 报警模块,可将其模块划分如下图二。 图二方案二 1.3 方案确定 通过对比方案一和方案二,发现方案一设计简单明了,但是实验要求的精度是可以区分 1即 2mv 电压,最终发现运用此方案难以满足如此高精度的报警。温度报警器需要对温度 这个变量极其敏感,本次试验中虽然采用直流信号源代替,但是实验所要求的2mv 电压的 电源模块 放大 模块 比较模 块 报警 模块 电源模块比较模块 报警模块 陕西理工学院 3 精度是比较高的,简单的电路无法分辨出来,因此须将其放大
7、进行比较,即需按照方案二将 温度报警器的设置划分为四个模块,在方案一的基础上添加一个放大模块。鉴于此, 本次实 验采用方案二。 2. 单元电路设计 2.1 直流电源的设计 直流电源电路设计直流稳压5V,12V,-12V 电源的设计 UZ1 ZZER C30 470n C31 470n VI 2 VO 3 G N D 1 U30 7912 C32 330n VI 1 VO 3 G N D 2 U31 7805 C33 1000u C34 1000u C35 1000u VI 1 VO 3 G N D 2 U32 7812 C36 1000u C37 330nC38 330n BR1 BRIDGE
8、 图 2.2 直流电源电路原理图 2.2 放大器电路的设计 此电路是同相比例运算电路,电路引入了电压串联负反馈。 R1 100k 2 1 %RV1 1k 3 2 1 4 1 1 U1:A LM324 R3 150k R2 1k 图 2.3 放大器电路原理图 陕西理工学院 4 此电路是同相比例运算电路,电路引入了电压串联负反馈。 该电路的放大倍数为: U R R U RV1 2 3 0 )1 ( 2.3 窗口比较器电路的设计 图 2.4 窗口比较器电路 2.4 温度报警电路的设计 本次课设四人一组,实验分为四个模块,为了更高效率、更准确的完成本次实验,我们 每人负责一个电路模块。本次实验中报警模
9、块即由我负责设计。 根据此次试验的任务要求,温度报警器需要发出两种不同的报警声音,即低于10发 出单频低温报警声音,高于30发出双频高温报警声音。因此我们设计两种报警电路,单 频报警和双频报警电路。 通过老师的指导和查阅资料我们将音频报警电路的制作主要用555 定时器来完成。555 定时器作为一种数字模拟混合单片中规模集成电路,该电路是一种使用灵活、方便, 只需 外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器、多谐振荡器。 陕西理工学院 5 图 2.5 555 定时器的电路如上图所示。它由三个阻值为5k 的电阻组成的分压器、两个电压比 较器 C1和 C2、基本 RS触发器、放电管V1、与非门和反相器
10、组成。分压器为两个电压比较 器 C1、C2提供参考电压。如5 端悬空,则比较器C1的参考电压为2/3Ucc ,加在同相端; C2的参考电压为1/3Ucc, 加在反相端。 Rd是复位端, 当 Rd=0时,基本 RS触发器被置0, 晶体管 V1导通,输出端UO为低电平。正常工作时,Rd=1。 设 U11和 U12 分别为 6 端和 2 端的输入电压。当U112/3Ucc,U122/3Ucc 时, 基本 RS触发器状态不变,电路亦保持原状态不变。 2.4.1低温报警电路 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3
11、V)时,此多谐振荡器工作,蜂鸣器发出单频声音报 警。 充放电时间为=RC 充电时间为 陕西理工学院 6 T1=(R1+R2) C1 (Vcc Vt-) (Vcc Vt+) 放电时间为 T2=R2C1 (Vcc Vt-) (Vcc Vt+) 此振荡电路的振荡周期为 T=T1+T2=(R1+2R2)C1 (Vcc Vt-) (Vcc Vt+) =(R1+2R2) C1 2 占空比: q=T1/T=(R1+R2) ( R1+2R2 ) R 4 DC 7 Q 3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH 6 CV 5 U1 555 R2 100k R1 10k C1 10uf BUZ1 BUZZ
12、ER 图 2.6 低温报警电路原理图 2.4.2高温报警电路 图 2.7 高温报警电路原理图 陕西理工学院 7 高温报警采用双频报警,该部分用到了两片555 定时器。 U1的作用是控制高低音的持 续时间,高电平持续时间即为电容C的充电时间,低电平持续时间即为电容C的放电时间; U2的作用是将高音与低音转换成合成频率输出。 对于 U1振荡电路的充电时间为: T1=(R1+R2)C1 (Vcc Vt-) (Vcc Vt+) 放电时间为: T2=R2C1 (Vcc Vt-) (Vcc Vt+) 占空比为: q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2) 当 U1输出为高电平时对于U2振荡电路的振荡频
13、率为: 设阈值电压为VT1+ 、 VT1- 充电时间为TH: 1 1 ln)( 254 VTVcc VtVcc CRRTH 放电时间为TL: 1 1 24 0 0 ln T T L V V CRT 则振荡周期TO为: 1 1 24 1 1 5 0 0 lnln2)4( T T TCC TCC LHO V V CR VV VV CRRTTT 低音频率为: o L T f 1 当 U1输出低电平时对于U2的振荡频率为: 设 C2的阈值为VT2+ 、VT2- 2 2 25 2 2 254 0 0 lnln)( T T TCC TCC LH V V CR VV VV CRRTTT 高音振荡频率为: T
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