溫度報(bào)警器仿真

1、14模擬電路基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告溫度報(bào)警電路的設(shè)計(jì)與仿真 姓名：FD學(xué)號(hào)：- 背景與簡(jiǎn)介：本項(xiàng)目的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警電路。人們的生活與壞境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等科學(xué)都離不開溫度，太陽(yáng)能熱水器、電力、石油、農(nóng)業(yè)大棚經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)際的要求對(duì)溫度進(jìn)行控制。例如，在醋和酒等的釀造生產(chǎn)中必須對(duì)發(fā)酵過程的溫度進(jìn)行檢測(cè)與控制；許多太陽(yáng)能熱水器中，需要通過溫度檢測(cè)來控制其水泵運(yùn)作；在農(nóng)業(yè)大棚中，通過溫度檢測(cè)來判斷是否合適農(nóng)作物種植與生長(zhǎng)；許多電子設(shè)備都有額定溫度單位，沒有合適的溫度會(huì)使電子產(chǎn)品造成故障等等。已知條件：1溫度傳感器 溫度為25時(shí)，所有電阻的阻值為400 溫度

2、每上升1，Rt的阻值下降0.012數(shù)字電壓表：2V滿量程，3位半3發(fā)光二極管：正常發(fā)光時(shí)正向電流為210mA設(shè)計(jì)要求：1溫度為0時(shí)，數(shù)字電壓表的指示為0.000V2溫度為100時(shí)，數(shù)字電壓表的指示為1.000V3溫度低于30或高于40時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管報(bào)警4溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警誤差<±2分析： 1.由已知條件知：Rt與溫度T的關(guān)系為：Rt=400.25-0.01T ; 由于Multisim12.0軟件里面沒有熱敏電阻，根據(jù)上面的關(guān)系式，把Rt替換成一只399.25與一個(gè)1的電位器串聯(lián)，從而模擬由于溫度改變引起的Rt的阻值變化。2.根據(jù)設(shè)計(jì)要求1和2：溫度為0時(shí)，數(shù)字電壓表的指示為0.

3、000V,即Rt=400.25時(shí)，電壓表示數(shù)為0.000V;溫度為100時(shí)，數(shù)字電壓表的指示為 1.000V,即Rt=399.25時(shí)，電壓表示數(shù)為1.000V；3.根據(jù)設(shè)計(jì)要求3：溫度低于30或高于40時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管報(bào)警，即電壓小于0.3V或大于0.4V時(shí)，輸出邏輯高電平，使發(fā)光二極管應(yīng)導(dǎo)通；則此時(shí)顯然因選用的比較器為窗口比較器。4.根據(jù)設(shè)計(jì)要求4：溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警誤差<±2，則所選用運(yùn)放應(yīng)具有低失調(diào)。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與仿真：一：系統(tǒng)框圖傳感器比較器信號(hào)放大部分信號(hào)采集報(bào)警電壓表顯示二：?jiǎn)卧娐?傳感器 分析得到：熱敏電阻的阻值： Rt=400.25-0.01T ;用一只399.

4、25與一個(gè)1的電位器串聯(lián)來代替，從而模擬由于溫度改變引起的Rt的阻值變化。 圖1 傳感器部分2信號(hào)放大電路 由于采樣信號(hào)為雙端輸入，共模量大，差模量小的信號(hào)，而系統(tǒng)需要的信號(hào)為差模信號(hào)，所以應(yīng)采取CMR高的差分放大電路，并且應(yīng)具有低失調(diào)，零點(diǎn)漂移，放大倍數(shù)穩(wěn)定精確的特點(diǎn)。經(jīng)查閱多種運(yùn)放芯片手冊(cè)以及做電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中用過的常用運(yùn)放，先選用了OP07，但仿真發(fā)現(xiàn)誤差最大時(shí)超過1.5mV，雖然也能滿足項(xiàng)目+-2的指標(biāo)要求(即要求到+-20mV)，但為了追求更高的精度和指標(biāo)。最終選擇了INA163，INA163是一種低噪聲，低失真的儀表放大器。經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)誤差最大時(shí)也不超過0.2mV,下為INA163數(shù)據(jù)

5、手冊(cè)的部分資料 放大器元件參數(shù)分析與計(jì)算： 要使0時(shí)為0V，100時(shí)為1.000V；而在25時(shí)差模輸入信號(hào)為0，分析知放大部分的輸出與輸入差模信號(hào)不是直接的K倍關(guān)系，而應(yīng)疊加一個(gè)直流偏移。設(shè)放大部分放大倍數(shù)為a,放大直流偏移b mV；建立方程組0時(shí)差模信號(hào)為：-781uV; 則： -781a/1000mV+b=0; (1)100時(shí)差模信號(hào)為：2.346mV; 則： 2.346amV+b=1000mV; (2)聯(lián)立（1）（2）式解得：a=319.795倍； b=249.76mV;根據(jù)INA163的芯片手冊(cè)：式中Rg為3和12直接的外接反饋電阻； 根據(jù)所需放大倍數(shù)，從而算得Rg=18.8 設(shè)計(jì)出放

6、大級(jí)的電路如下 圖2 放大部分3電壓顯示電路 可選方案有 方案一：Icl7107,ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，從而顯示電壓值，且精度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 方案二：用數(shù)字萬(wàn)用表直接顯示，顯然也能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。 由于multisim里面沒有icl7107系列芯片，icl7107是功能復(fù)雜的專用芯片，因此沒有可以替換的單個(gè)芯片，只得選取方案二。 （圖3） 4比較器電路采用兩個(gè)LM311組成窗口比較器，輸出端通過10K的上拉電阻接到Vcc。通過外部電壓設(shè)定門限值，使當(dāng)輸入電壓ui在0.3 到0.4V之間時(shí)輸出邏輯低電平（mV級(jí)別）

7、，ui低于0.3或高于0.4V時(shí)，輸出高電平（約為4.5V，二極管有一點(diǎn)壓降）。經(jīng)仿真，發(fā)現(xiàn)門限值和輸出效果十分準(zhǔn)確。5報(bào)警電路采用發(fā)光LED報(bào)警，項(xiàng)目要求正常發(fā)光時(shí)正向電流為210mA，先設(shè)定LED的正常工作電流為5mA. 由于比較器的輸出的驅(qū)動(dòng)能力較弱，采用一只常用NPN型管2N3904對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)Uo=0時(shí)，三極管截止，LED不亮；當(dāng)Uo輸出高電平時(shí)，三極管工作，LED亮；從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警。 圖4 報(bào)警部分6.溫度報(bào)警器全局電路圖 圖5溫度報(bào)警器全局電路圖三：仿真結(jié)果 由于對(duì)整體進(jìn)行仿真，已經(jīng)相當(dāng)于對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行仿真了，就沒有把每個(gè)單元單獨(dú)隔離出來仿真了（設(shè)計(jì)每個(gè)單元時(shí)已經(jīng)驗(yàn)證過

8、其正確性）。對(duì)電壓表顯示和發(fā)光報(bào)警部分的仿真：（1）溫度為0時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=400.25仿真：結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 697.593uV, led亮（溫度低于30，報(bào)警）； （2）溫度為100時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=399.25結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 1.001V, led亮（溫度高于40，報(bào)警）；（3）溫度為10時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=400.15結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 900.758mV, led亮（溫度低于30，報(bào)警）；（4）溫度為25時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=400結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 750.607mV, led亮（溫度低于30，報(bào)警）；（5）溫度為3

9、1時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=399.94結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 350.48mV, led不亮（ 溫度在30到40之間，不報(bào)警）；（6）溫度為35時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=399.9結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 300.493mV, led不亮（溫度在30到40之間，不報(bào)警）；（7）溫度為37時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=399.88結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù)390.475mV, led不亮（ 溫度在30到40之間，不報(bào)警）；（8）溫度為41時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=399.84結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 420.474mV, led亮（溫度高于40，報(bào)警）；(9) 溫度為80時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器

10、 使Rt=399.45結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 840.691mV, led亮（溫度高于40，報(bào)警）；（10） 溫度為90時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使Rt=399.35結(jié)果為 :數(shù)字萬(wàn)用表示數(shù) 960.834mV, led亮（溫度高于40，報(bào)警）；分析： 仿真結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。四：結(jié)論設(shè)計(jì)項(xiàng)目成功，達(dá)到所有設(shè)計(jì)指標(biāo)。 1溫度為0時(shí)，數(shù)字電壓表的指示為0.000V.（實(shí)際為697.593uV） 2溫度為100時(shí)，數(shù)字電壓表的指示為1.000V.（實(shí)際為1.001V） 并且溫度在0到100之間變化時(shí)，數(shù)字電壓表的指示十分精確，最大 誤差小于0.2mV. 3溫度低于30或高40時(shí)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管報(bào)警.（能準(zhǔn)確報(bào)警） 4溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警誤差<±2（實(shí)際誤差<±0.02）總結(jié)： 通過本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，認(rèn)識(shí)到實(shí)際運(yùn)用中芯片選型的重