電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子技術(shù)綜合課程 設(shè) 計(jì) 課 程： 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) 題 目： 電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作 所屬院(系) 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 通信104 姓 名 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師 完成地點(diǎn) 501實(shí)驗(yàn)室 2012年 09月10日目 錄任務(wù)書1電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作1一、任務(wù)和要求：1二、設(shè)計(jì)框圖1三、提示和參考文獻(xiàn)1前言21.方案論證31.1電源模塊的設(shè)計(jì)：31.11降壓電路31.1.2整流電路31.1.3濾波電路31.1.4穩(wěn)壓電路41.2采樣及比較模塊的設(shè)計(jì)：41.2.1采樣電路41.2.2比較電路41.3報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)：52.具體電路設(shè)計(jì)62.1電源電路62.2采樣及比較電路

2、62.3報(bào)警發(fā)聲電路：83.軟件仿真與硬件裝調(diào)103.1電路仿真與調(diào)試103.1.1電源電路仿真與調(diào)試103.1.2比較電路仿真與調(diào)試103.1.3報(bào)警發(fā)聲電路仿真與調(diào)試103.1.4整機(jī)調(diào)試123.2硬件裝調(diào)123.2.1電路的調(diào)試、出現(xiàn)的問題及解決辦法134、總結(jié)和體會(huì)14附錄15附錄a:集成三端穩(wěn)壓器7805的管腳及相關(guān)功能15附錄b:集成三端穩(wěn)壓器7812的管腳及相關(guān)功能15附錄c：集成三端穩(wěn)壓器7812的管腳圖15附錄d:集成運(yùn)放lm324的管腳圖及各個(gè)管腳功能16附錄e：555定時(shí)器管腳圖及各個(gè)管腳功能17附錄f:單元整體電路18附錄g：所需元器件清單20附錄h 實(shí)物連接圖22參考

3、文獻(xiàn)23任務(wù)書電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作一、任務(wù)和要求：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器，要求如下：1、用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；2、 設(shè)交流電網(wǎng)電壓的正常波動(dòng)范圍為190v250v（單相交流有效值），在此范圍內(nèi)，報(bào)警器不發(fā)聲。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于190v或超過250v時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲響，并根據(jù)聲響的不同音調(diào)區(qū)分電壓的高低，即：(1)當(dāng)電壓超過250v時(shí)，報(bào)警器發(fā)出兩種頻率交替的“嘀-嘟”聲；(2)當(dāng)電壓低于190v時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式聲響，即輸出給蜂鳴器的電壓波形。3、 允許ac220v供電，應(yīng)設(shè)計(jì)并制作本電路所用的直流電源。因電網(wǎng)電壓較高，需通過一個(gè)電源變壓器將高電壓降低至安全電壓。電網(wǎng)

4、電壓的波動(dòng)可通過交流調(diào)壓器來實(shí)現(xiàn)。二、設(shè)計(jì)框圖直流電源電網(wǎng)電壓信號(hào)電壓比較電路音頻報(bào)警電路 三、提示和參考文獻(xiàn)直流穩(wěn)壓電源見參考資料p23前言“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。”大三開學(xué)伊始，我們便開始了為期三周的課程設(shè)計(jì)。上一學(xué)年我們開設(shè)了模擬電路技術(shù)與數(shù)字電路技術(shù)課，這兩門學(xué)科都屬于電子電路范疇，是我們通信專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，且都是理論方面的知識(shí)。學(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期模電、數(shù)電剛學(xué)完之際，緊接著來一次電子電路課程設(shè)計(jì)是很及時(shí)、很必要的。這樣不僅能加深我們對(duì)電子電路的認(rèn)識(shí)，而且還及時(shí)、真正的做到了學(xué)以致用。這是一次對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)，課程設(shè)計(jì)是將理

5、論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，是理論和實(shí)踐的結(jié)合，此外的電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)是將我們所學(xué)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的綜合應(yīng)用，欲通過此次課程設(shè)計(jì)將我們所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)踐之中去，一致更好的學(xué)習(xí)理論知識(shí)。我們此次的設(shè)計(jì)任務(wù)是“電網(wǎng)電壓異常報(bào)警電路的設(shè)計(jì)和制作”， 主要是針對(duì)我們學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)之后與數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)綜合起來，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)培養(yǎng)以我們獨(dú)立分析、思考與解決實(shí)際問題的能力，以及如何將所學(xué)的課程運(yùn)用于實(shí)踐中。通過此次的課程設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該達(dá)到以下的基本要求:1、能夠在理論知識(shí)的基礎(chǔ)進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，合理的進(jìn)行選擇和運(yùn)用。2、能夠獨(dú)立的對(duì)課題進(jìn)行分析，運(yùn)用所學(xué)的理論知

6、識(shí)，通過翻閱資料，設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。3、學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能培養(yǎng)我們分析與解決問題的能力。本次課程設(shè)計(jì)三個(gè)人為以一小組，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行，共安排三周時(shí)1.方案論證本次課程設(shè)計(jì)為期三周，此次我們組的課題是電網(wǎng)電壓異常報(bào)警電路，在此課程設(shè)計(jì)過程中所涉及到的知識(shí)主要是模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)及數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)等，經(jīng)過構(gòu)思，及討論可以通過電源電路模塊、采樣及比較電路模塊、報(bào)警電路模塊三個(gè)主要模塊來構(gòu)成電網(wǎng)電壓異常報(bào)警電路。1.1電源模塊的設(shè)計(jì)：1.11降壓電路降壓電路采用變壓器直接變壓，輸出16v交流電。也可以用電容降壓，但考慮到比較危險(xiǎn)，而變壓器轉(zhuǎn)換效率高，漏磁少，可以減少整機(jī)功耗。故最后采用變壓器變

7、壓。1.1.2整流電路整流電路一般分為半波和全波整流。全波整流與半波整流相比，在相同的變壓器的副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，其中橋式整流最為常用。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用了橋式整流。1.1.3濾波電路電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻的兩端），并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，利用其充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。本設(shè)計(jì)采用rc型濾波器進(jìn)行濾波，并配合后級(jí)的電解電容和瓷片電容使輸出的直流電壓更加平滑，紋波電壓更小。圖1.1.3 rc-型濾波電路模版1.1.

8、4穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等類型。本著使電路簡單化、高效化、穩(wěn)定化的思想，本設(shè)計(jì)采用了集成穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為集成運(yùn)放提供工作電壓以及為比較器提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，保證了電網(wǎng)電壓報(bào)警的準(zhǔn)確性。穩(wěn)壓電路運(yùn)用三端集成穩(wěn)壓器來穩(wěn)壓。需要穩(wěn)壓芯片7812.7912.7805.1.2采樣及比較模塊的設(shè)計(jì)：1.2.1采樣電路采樣電路的功能是從電網(wǎng)電壓分壓后采樣當(dāng)前電壓，然后送至比較器進(jìn)行比較，檢測電壓是否異常。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)電阻分壓采樣。1.2.2比較電路比較電路是本設(shè)計(jì)的核心部分。它是由兩組運(yùn)放組成的上下限比較器。由兩組電阻降壓后的6v電壓分壓后分別給

9、比較器提供基準(zhǔn)電壓，改變此基準(zhǔn)電壓即可改變報(bào)警上下限（本設(shè)計(jì)設(shè)定上下限為190v250v），使本設(shè)計(jì)更加通用。由采樣電路采樣到的電壓與兩基準(zhǔn)電壓分別進(jìn)行比較，即可檢測出電網(wǎng)電壓是否異常，并輸出相應(yīng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)后級(jí)報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意盡量不使運(yùn)放的兩輸入端電壓高于其電源電壓。1.3報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)：555時(shí)基電路是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。由于它使用方便，故本電路使用555組成報(bào)警電路。本報(bào)警電路可發(fā)出“嘀嘟”和“嘀嘀”兩種聲音報(bào)警。由比較電路的輸出信號(hào)來控制其發(fā)聲類型，以區(qū)別電壓異常是過壓或欠壓。2.具體電路設(shè)計(jì)2.1電源電路

10、當(dāng)今的電子產(chǎn)品中電源電路種類頗多，有最為普遍的變壓器式電源，也有較為先進(jìn)的開關(guān)電源，還有一些采用較為簡單的阻容降壓式電源以及最為普通的干電池電源。各種電源均有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用的場合也因此不同。變壓器式電源較為普遍，制作簡單，使用也很安全，但是其體積較為笨重，轉(zhuǎn)換效率較低；開關(guān)電源輸出功率大，體積和重量都較小，但是其制作復(fù)雜，成本也較高一些；阻容降壓式電源電路簡單，易于制作，但其直接與電網(wǎng)相接，比較危險(xiǎn)；干電池電源最為常用，但其使用時(shí)間短，提供電壓有限，受其體積限制。由于本設(shè)計(jì)要求不使用外部電源供電，故綜合考慮上述原因，本設(shè)計(jì)采用變壓器式電源。圖2.1 直流電源電路2.2采樣及比較電路由于本設(shè)計(jì)為上

11、下限報(bào)警，所以用lm324搭成兩組比較器分別用作上限和下限比較。二極管d4d6起到保護(hù)運(yùn)放lm324的作用，使得運(yùn)放兩輸入端電壓差不致過高。有電網(wǎng)采樣到的電壓分別與上下限基準(zhǔn)電壓比較，高于上限則給超壓報(bào)警電路一個(gè)信號(hào)輸出，反之，低于下限則給欠壓報(bào)警電路一個(gè)信號(hào)輸出。上下限的基準(zhǔn)電壓可由下列公式計(jì)算得到：u上電網(wǎng)電壓上限分壓比；u下電網(wǎng)電壓下限分壓比。分壓比是指正常電網(wǎng)電壓下采樣電壓與正常電網(wǎng)電壓的比值。本設(shè)計(jì)中，電網(wǎng)電壓上限為250v，下限為190v，正常電網(wǎng)電壓下采樣電壓為5v，代入上述公式得: u上=5.0v；u下=3.8v。圖2.2.1 采樣電路 圖2.2.2比較電路2.3報(bào)警發(fā)聲電路：

12、報(bào)警電路由單頻模塊與雙頻模塊組成，由多個(gè)555定時(shí)器（見附錄d）構(gòu)成的多諧振蕩器組成單雙頻報(bào)警電路。單頻報(bào)警電路由555定時(shí)器構(gòu)成兩級(jí)多諧振蕩器，第一級(jí)的工作頻率由r1、r2和c1決定，f1=1.43/(r1+2r2)c1,f1=0.7hz。第二級(jí)的振蕩頻率由r3、r4、c2決定，并且受vo1控制，f2=1.43/(r3+2r4)c2，f2=700hz10khz,有r4調(diào)節(jié)。vo2的輸出可推動(dòng)蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)笛音。圖2.3.1 單頻報(bào)警器電路圖2.3.2 雙頻報(bào)警器電路3.軟件仿真與硬件裝調(diào)3.1電路仿真與調(diào)試電路的仿真是在仿真軟件proteus 7.9中完成的，電路參數(shù)均選的是默認(rèn)參數(shù)。3.1

13、.1電源電路仿真與調(diào)試由于本設(shè)計(jì)使用了集成穩(wěn)壓芯片，其穩(wěn)壓性能比較理想，所以調(diào)試較為簡單。仿真時(shí)只需使用電壓表工具測試各點(diǎn)工作電壓是否正常。首先將輸入電壓設(shè)為交流220v，然后測量整流濾波后的電壓是否為直流12v，測量并調(diào)整采樣點(diǎn)電壓為5v。測量7805輸出是否為穩(wěn)定的5v輸出。將輸入電壓分別設(shè)為交流190v和250v，測量整流濾波后電壓，與理論值比較大致相當(dāng)。測量采樣點(diǎn)電壓并與理論值比較，應(yīng)與理論值相符。測量7805輸出電壓，大致為5v，有細(xì)小的偏差，穩(wěn)壓效果較好。3.1.2比較電路仿真與調(diào)試本設(shè)計(jì)中比較電路應(yīng)用了輸入保護(hù)電路，用于保護(hù)比較器。但在正常情況下兩輸入端電壓差不足以令保護(hù)二極管導(dǎo)

14、通，所以兩輸入端電壓應(yīng)與不加保護(hù)時(shí)相差不大，故仿真調(diào)試時(shí)可直接計(jì)算。使用電壓表工具測量兩個(gè)基準(zhǔn)電壓點(diǎn)的電壓，調(diào)節(jié)可變電阻，使上下限電壓分別為5v和3.8v，觀察此時(shí)可變電阻的接入值，與理論計(jì)算相差不大。將輸入電壓增大，直到比較其兩輸入端電壓差大于0.7v，是用電壓表工具測量兩輸入端電壓，始終為0.7v，保護(hù)電路設(shè)計(jì)成功。3.1.3報(bào)警發(fā)聲電路仿真與調(diào)試將報(bào)警發(fā)聲電路連接好，注意ne555管腳的排布方式。電路連接好后首先給“嘀嘟”聲控制輸入端加一個(gè)高電位的信號(hào)，輸出端使用示波器和speaker工具。運(yùn)行電路，觀察示波器顯示波形，為高低兩種頻率相間的方波（方波形狀有些失真）。運(yùn)行一段時(shí)間后（看工作

15、區(qū)下面的運(yùn)行時(shí)間，1秒左右即可），停止運(yùn)行，并雙擊speaker工具，打開面板，單擊play按鈕，使用耳機(jī)監(jiān)聽發(fā)出的聲音，調(diào)整兩組555的振蕩頻率，重復(fù)上面的工作，直到從耳機(jī)里聽到的聲音與要求大致相符。將“嘀嘀”聲控制輸入端選通，使用上面的方法調(diào)試“嘀嘀”聲。圖i 單頻報(bào)警電路波形圖圖ii 雙頻報(bào)警器波形圖3.1.4整機(jī)調(diào)試將以上各部分連接起來，確保無誤后運(yùn)行仿真，調(diào)整輸入端電壓使其高于上限或低于下限，電路發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲。至此，仿真與調(diào)試完畢。3.2硬件裝調(diào)首先在安裝連接電路之前首先將各類元器件分類好，對(duì)面包板有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，以免在連接電路時(shí)浪費(fèi)時(shí)間、錯(cuò)拿元件及連接錯(cuò)誤。其次在連接電路時(shí)，

16、檢測芯片是否正常工作，認(rèn)清管腳裝配圖，及各管腳的功能。最后在連接電路時(shí)應(yīng)分清主次，不要胡亂連接電路，以免發(fā)生連接電路時(shí)發(fā)生錯(cuò)亂。我們應(yīng)該按模塊進(jìn)行連接，例如電源模塊、比較電路模塊、報(bào)警電路模塊，各個(gè)模塊檢測無誤后，再將各個(gè)模塊連接到一塊進(jìn)行安裝與調(diào)試。3.2.1電路的調(diào)試、出現(xiàn)的問題及解決辦法報(bào)警電路模塊：在連接完成單頻報(bào)警電路時(shí)，將其連接到直流電源發(fā)生器進(jìn)行工作，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器所產(chǎn)生的聲響只能細(xì)微聽到滴滴的聲音、而且不清楚、比較雜亂、頻率很快，經(jīng)我們組內(nèi)人員分析，得出結(jié)論?？赡苁堑谝黄?55控制第二片555信號(hào)持續(xù)時(shí)間不夠長的原因，于是調(diào)整第一片555芯片上的r，將其阻值加大，加大阻值在于能第一

17、片555的控制信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間較長。結(jié)果測試時(shí)效果明顯、能清楚聽到滴滴的聲音，而且聲音比較大。在同樣連接完成雙頻報(bào)警電路時(shí)，將其連接到直流電源發(fā)生器進(jìn)行工作，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不產(chǎn)生的聲響，以為蜂鳴器壞了，結(jié)果換上新的蜂鳴器后還不響，最后發(fā)現(xiàn)可能是蜂鳴器前端的電解電容產(chǎn)生干擾，因?yàn)殡娊怆娙菪枰獣r(shí)間進(jìn)行充放電，因此產(chǎn)生干擾，于是將其拿掉后，立即聽到清晰的滴嘟聲。整個(gè)電路模塊：當(dāng)將各個(gè)模塊連到一塊進(jìn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警電路所產(chǎn)生的報(bào)警聲非常小，當(dāng)使用萬用表進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管兩端電壓遠(yuǎn)低于5v，以至于報(bào)警電路無法正常工作，然后將穩(wěn)壓管前的保護(hù)電阻阻值減少，發(fā)現(xiàn)報(bào)警電路所產(chǎn)生的報(bào)警聲明顯變響亮，更清晰。4、

18、總結(jié)和體會(huì)當(dāng)我拿到這次課設(shè)的題目時(shí)，我就已經(jīng)是一片茫然。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓異常報(bào)警器這個(gè)課題用到的知識(shí)，幾乎都是大二第一學(xué)期開設(shè)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的內(nèi)容。本來就沒學(xué)到多少，又過了這么一段時(shí)間，都忘得差不多了。可是，放棄不是我的性格，所以，只有從頭來過，到處查找有關(guān)的資料。把課本拿出來再次鉆研。這時(shí)候才終于知道把知識(shí)掌握牢靠是多么的重要。經(jīng)過兩周的努力，我終于完成了我的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。能夠取得這一成績我首先要感謝我的指導(dǎo)老師，是他為我們的課程設(shè)計(jì)方案提出了很多寶貴的意見和建議并且在實(shí)現(xiàn)操作上給我了很多的建議，感謝系上為我們提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使我的課程設(shè)計(jì)得以順利的開展、改進(jìn)，進(jìn)而最終促使我完成了課程設(shè)

19、計(jì)任務(wù)。此外還有我們同組的組員，她們給我提供了許多有用的資料以及見解供我參考。在此次課程設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)有很多東西都是老師曾經(jīng)在課上講過的知識(shí)，譬如說電路的電源電路還有穩(wěn)定電路等。電路中比較難的部分就是報(bào)警電路部分，因?yàn)樾鑸?bào)警器發(fā)出兩種頻率交替的聲響進(jìn)而要反復(fù)的進(jìn)行調(diào)節(jié)?？偟膩碚f，這次設(shè)計(jì)的電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器還是比較成功的，完成了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，例如，實(shí)際電路的電阻選擇，電路中某段沒有電壓，電路不工作。最后在大家的排查下，終于游刃而解，有點(diǎn)小小的成就感，終于覺得平時(shí)所學(xué)的知識(shí)有了實(shí)用的價(jià)值，達(dá)到了理論與實(shí)際相結(jié)合的目的，不僅學(xué)到了不少知識(shí)，而且增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，鍛

20、煉了我們的思維，同時(shí)也增強(qiáng)了我們對(duì)專業(yè)課的興趣，使自己對(duì)以后的路有了更加清楚的認(rèn)識(shí)為我們將來發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。附錄附錄a:集成三端穩(wěn)壓器7805的管腳及相關(guān)功能1腳：輸入 2腳：接地 3腳：輸出附錄b:集成三端穩(wěn)壓器7812的管腳及相關(guān)功能1腳：接地 2腳：輸入 3腳：輸出附錄c：集成三端穩(wěn)壓器7812的管腳圖附錄d:集成運(yùn)放lm324的管腳圖及各個(gè)管腳功能（a）集成運(yùn)放示意圖1、5腳：調(diào)零端；2腳：反相輸入端；3腳：同相輸入端；4腳：負(fù)電源電壓；6腳：輸出端；7腳：正電源電壓；8腳：空腳。附錄e：555定時(shí)器管腳圖及各個(gè)管腳功能1腳：gnd，一般情況下接地。8腳：vcc(或vdd)外接電源vcc，雙極型時(shí)基電路vcc的范圍是4.516v，cmos型時(shí)基電路vcc的范圍為318v。一般用5v。3腳：out（或vo）輸出端。2腳：tr低觸發(fā)端。6腳：th高觸發(fā)端。4腳：r是直接清零端。當(dāng)r端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論tr、th處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：co(或vc)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01f電容接地，以防引入干擾。7腳：d放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。電阻分壓