超溫報(bào)警電路設(shè)計(jì)

1、目 錄一、前言 4二、任務(wù)分析 5三、設(shè)計(jì)原理 63.1 超溫報(bào)警電器原理圖 63.2 文字說明原理 63.3 555振蕩器工作原理 83.4 CD4511工作原理 9四、各元器件的概況 104.1 LM324芯片 104.2 熱敏電阻 114.3 555振蕩器 124.4 CD4511芯片 124.5 發(fā)光二極管 14五、結(jié)語 15六、參考文獻(xiàn) 15超溫報(bào)警電路【中文摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)自動(dòng)控制線路的開發(fā)不斷深入，對(duì)各種控制線路的保護(hù)意識(shí)也逐漸增強(qiáng)。其中的超溫報(bào)警電路是在實(shí)際應(yīng)用中相當(dāng)廣泛的安全保護(hù)電路。所有電路均按基本功能分類編排，包括車輛類報(bào)警、有害氣體類報(bào)警、無線遙控類報(bào)警

2、、定時(shí)提醒類報(bào)警、設(shè)備故障類報(bào)警、電話自動(dòng)類報(bào)警、電源安全及其他類報(bào)警應(yīng)用電路。這些電路既有簡單易制的家用防盜報(bào)警器電路，也有電路復(fù)雜的多功能報(bào)警器電路。在現(xiàn)實(shí)生活中，常有一種工程技術(shù)，即自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，在規(guī)定溫度內(nèi)正常工作，設(shè)備溫度一旦超出上限，便立即切斷電源報(bào)警。本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用基本的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和傳感器原理的知識(shí)，從基本的元器件出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了超溫報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。超溫報(bào)警電路是采用LM324溫度傳感器設(shè)計(jì)的，報(bào)警溫度超過設(shè)定溫度時(shí)會(huì)發(fā)出光報(bào)警信號(hào)。本電路主要由低功耗四運(yùn)算放大器LM324、熱敏電阻、LED發(fā)光二極管等元器件組成，并利用熱敏電阻的阻值隨著溫度的升高而增大這個(gè)原理改變四運(yùn)

3、算放大器LM324比較器的比較電壓，使其輸出產(chǎn)生變化，從而引起發(fā)光二極管發(fā)出可見光，從而起到溫度指示的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，利用發(fā)光二極管的溫度指示作用來判斷環(huán)境溫度的變化，從而減少不必要的損失。關(guān)鍵詞：超溫報(bào)警、熱敏電阻、自動(dòng)控制原理一、前言溫度測(cè)量與控制電路廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個(gè)方面，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度自動(dòng)控制已經(jīng)成為一個(gè)相當(dāng)成熟的技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)給我們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)：一是查閱資料將自己所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)，模擬電子技術(shù)，以及傳感器的相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用，二是系統(tǒng)了解溫度監(jiān)測(cè)的詳細(xì)過程，為日后的學(xué)習(xí)和工作增長知識(shí)，積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)經(jīng)過查資料、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告等，加強(qiáng)在電子技術(shù)方面解決實(shí)

4、際問題的能力，基本掌握常用模擬電子線路的相關(guān)知識(shí)，提高模擬電子線路的制作、調(diào)試和測(cè)試能力。在確定課設(shè)題目，經(jīng)仔細(xì)分析問題后，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)課題要求溫度控制的基本原理是采用簡單芯片構(gòu)成電路。在了解單元電路的基本構(gòu)成后，我們總結(jié)出電路實(shí)現(xiàn)的基本原理，即通過將熱敏電阻受溫度影響所產(chǎn)生的輸出電壓送至LM324集成電路內(nèi)部各級(jí)比較器，從而輸出與溫度相對(duì)應(yīng)的顯示值。通過電阻分壓，做溫度控制開關(guān)，從而達(dá)到控制溫度的作用。本應(yīng)用具有溫度報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)熱體靠經(jīng)熱敏電阻時(shí)，熱敏電阻阻值變大，使得LM324同相輸入大于發(fā)相輸入，輸出端輸出高電平，LED發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮達(dá)到溫度指示和報(bào)警功能。由于缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且知

5、識(shí)有限，所以本次設(shè)計(jì)中難免存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。二、任務(wù)分析1、當(dāng)線路正常時(shí)，要使數(shù)碼顯示器正常工作，必須通過“變壓器降壓、橋式整流、濾波、穩(wěn)壓”流程，將我們的市電220V交流電壓轉(zhuǎn)換為12V直流電壓2、通電后，電路周而復(fù)始按順序顯示“01248084210”。由此可知，電路需要用一個(gè)555振蕩器產(chǎn)生方波脈沖，用一個(gè)CD4017編碼器、CD4511譯碼器、數(shù)碼顯示器，實(shí)現(xiàn)電路要求。3、當(dāng)溫度過高時(shí)，溫控電路開始工作，首先切斷發(fā)熱件電源，紅管亮。由此可知，須要用一個(gè)電壓比較器控制輸出的高低電頻，從而達(dá)到超溫切斷電烙鐵。4、1秒后再切斷數(shù)顯電源，并同時(shí)發(fā)出斷續(xù)的報(bào)警聲。由此可知，再用一

6、個(gè)RC電路做延時(shí)效果，這后再用一個(gè)放大器來防止后面電路影響RC電路，延時(shí)后，切斷顯示電路。5、整個(gè)設(shè)計(jì)中，溫度傳感部分是由熱敏電阻構(gòu)成的溫度傳感器，控制部分由滑動(dòng)變阻器和11個(gè)固定電阻組成，而光報(bào)警主要用LM324集成芯片和8個(gè)LED發(fā)光二極管組成。三、設(shè)計(jì)原理3.1 超溫報(bào)警電器原理圖3.2 文字說明原理交流220V經(jīng)熔斷絲F給電源變壓器供電，變壓器次級(jí)輸出約12V交流電，經(jīng)VD2VD5橋式整流，C1濾波，7809穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的9V直流供電路工作。IC1A、IC1B為電壓比較電路，R3、R4與R9、R10分別為IC1A、IC1B的反相端提供比較基準(zhǔn)電壓。當(dāng)工作件溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，相當(dāng)于電烙

7、鐵遠(yuǎn)離熱敏元件R5，R5阻值較大，IC1A同相端電壓VR6較低，使V+V-（同相端電壓大于反相端電壓），IC1A的1腳輸出高電平，這電壓一路輸給VT1的基極，另一路經(jīng)延時(shí)電路R8、C4輸給IC1B的同相端電壓大于反相端電壓。于是VT1、VT2的基極都得到高電平而導(dǎo)通，使電磁繼電器的線圈有電流通過，動(dòng)接點(diǎn)動(dòng)作，K1的動(dòng)接點(diǎn)脫開K1-1而與K1-2接通，單相電插座得電，紅色發(fā)光二極管得電發(fā)光。K2的兩組動(dòng)接點(diǎn)都動(dòng)作，其中K21的動(dòng)接點(diǎn)脫離K21-1而與K21-2接觸，IC2的振蕩輸出給有源訊響器又發(fā)出斷續(xù)報(bào)警聲，在K21動(dòng)作的同時(shí)，K22的動(dòng)接點(diǎn)也動(dòng)作，脫離K21-1，使IC3的CP端無輸出脈沖的

8、同時(shí)，IC3、IC4及數(shù)碼管失去工作電源，不顯任何筆劃。，隨后，將電烙鐵支離R5，則R5感受的溫度降低，阻值又變大，VR6變小，導(dǎo)致VT1、VT2截止，K1、K2的線圈失電無電流流過，它們的動(dòng)接點(diǎn)復(fù)位，K1動(dòng)接點(diǎn)回到K1-1；電烙鐵重新得電，紅色發(fā)光管熄滅K21的動(dòng)觸點(diǎn)回到K21-1，K22r動(dòng)觸點(diǎn)回到K221，訊響器停止報(bào)警，數(shù)顯電路重新工作，接順序周而復(fù)始地顯示“01248084210”3.3 555振蕩器工作原理由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖(C)所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖所示。 設(shè)電容的初始電壓，t時(shí)接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端，比較器

9、1輸出為高電平，輸出為低電平，即，（1表示高電位，0表示低電位），觸發(fā)器置，定時(shí)器輸出此時(shí)，定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止，電源經(jīng)，向電容充電，逐漸升高。當(dāng)上升到時(shí)，輸出由翻轉(zhuǎn)為，這時(shí)，觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0t期間，定時(shí)器輸出為高電平。時(shí)刻，上升到，比較器的輸出由變?yōu)椋@時(shí)，觸發(fā)器復(fù)，定時(shí)器輸出。期間，放電三極管導(dǎo)通，電容通過放電。按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)時(shí)比較器輸出由變?yōu)?，觸發(fā)器的，的狀態(tài)不變，的狀態(tài)仍為低電平。時(shí)刻，下降到，比較器輸出由1變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的1，0，觸發(fā)器處于1，定時(shí)器輸出。此時(shí)電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出，電容放電時(shí)，0，電容不斷

10、地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，3.4 CD4511工作原理（1）鎖存功能 譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。 當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。（2）譯碼 CD4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù)據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出、四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門譯碼。 （3）消隱 BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。消隱控制電路如圖3-4所示。 消隱輸出J的電平為J= =（

11、C+B）D+BI。如不考慮消隱BI項(xiàng)，便得J=（B+C）D據(jù)上式，當(dāng)輸入BCD代碼從1010-1111時(shí)，J端都為“1”電平，從而使顯示器中的字形消隱。四、元器件說明4.1 LM324芯片LM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器, 除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用如圖所示的符號(hào)來表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示

12、運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見下圖由電壓比較器的原理可知：當(dāng)同相輸入端(正端)電壓高于反相輸入端(負(fù)端)電壓時(shí)，比較器輸出高電平；反之，則輸出低電平。LM324中，當(dāng)同相輸入端3腳輸入電壓高于反相輸入端2腳時(shí)，1腳輸出高電平；當(dāng)同相輸入端5腳輸入電壓高于反相輸入端時(shí)，7腳輸出高電平。4.2 熱敏電阻熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對(duì)溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在

13、溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。在本課程設(shè)計(jì)中，我們選用的是隨溫度升高阻值變大的熱敏電阻，即正溫度系數(shù)熱敏電阻簡稱PTC。熱敏電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻的電阻值和溫度可以用以下的近似關(guān)系式表示即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt為溫度t時(shí)的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0）時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值；為溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為Rt=AeB/t式中Rot為溫度為t時(shí)的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。 4.

14、3 555振蕩器它由分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個(gè)5的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器、提供參考電壓，比較器的參考電壓為，加在同相輸入端，比較器的參考電壓為，加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放、組成。高電平觸發(fā)信號(hào)加在的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R-S觸發(fā)器端的輸入信號(hào)；低電平觸發(fā)信號(hào)加在的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器端的輸入信號(hào)?；綬-S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器、的輸出端控制4.4 CD4511芯片 CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器BCD 碼七段碼

15、譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 3.1所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳

16、輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。 CD4511引腳圖其功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯

17、示數(shù)字。LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。4.5 發(fā)光二極管它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向

18、導(dǎo)電性。發(fā)光二極管是由-族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。 假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)um以內(nèi)產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度g有關(guān)，即1240/Eg（mm）式中Eg.的單位為電子伏特（ev）。若能產(chǎn)生可見光（波長在380nm紫光780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.261.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)