溫度報警器仿真要點

1、10模擬電路基礎(chǔ)課程設(shè)計報告溫度報警電路的設(shè)計與仿真姓名：FD學號：-背景與簡介：本項目的目標是設(shè)計一個溫度監(jiān)測與報警電路。人們的生活與壞境溫度息息相關(guān)，物理、化學、生物等科學都離不開溫度，太陽 能熱水器、電力、石油、農(nóng)業(yè)大棚經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行檢測，并 根據(jù)實際的要求對溫度進行控制。 例如，在醋和酒等的釀造生產(chǎn)中必 須對發(fā)酵過程的溫度進行檢測與控制； 許多太陽能熱水器中，需要通 過溫度檢測來控制其水泵運作；在農(nóng)業(yè)大棚中，通過溫度檢測來判斷沒有是否合適農(nóng)作物種植與生長；許多電子設(shè)備都有額定溫度單位,合適的溫度會使電子產(chǎn)品造成故障等等。已知條件：溫度為25C時，所有電阻的阻值為400Q溫度每上

2、升1C, Rt的阻值下降0.01 Q2. 數(shù)字電壓表：2V滿量程，3位半3. 發(fā)光二極管：正常發(fā)光時正向電流為 210mA設(shè)計要求：1. 溫度為0C時，數(shù)字電壓表的指示為 0.000V2. 溫度為100C時，數(shù)字電壓表的指示為1.000V3. 溫度低于30C或高于40C時，點亮發(fā)光二極管報警4 .溫度監(jiān)測與報警誤差 士 2C分析：1. 由已知條件知：Rt與溫度T的關(guān)系為：Rt=400.25Q -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 Q與一個1 Q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)計要

3、求1和2:溫度為0C時，數(shù)字電壓表的指示為 0.000V,即Rt=400.25 Q時, 電壓表示數(shù)為0.000V;溫度為100C時，數(shù)字電壓表的指示為1.000V, 即Rt=399.25 Q時，電壓表示數(shù)為1.000V;3. 根據(jù)設(shè)計要求3:溫度低于30C或高于40C時，點亮發(fā)光二極管報警，即電壓小 于0.3V或大于0.4V時，輸出邏輯高電平，使發(fā)光二極管應導通；則 此時顯然因選用的比較器為窗口比較器。4. 根據(jù)設(shè)計要求4:溫度監(jiān)測與報警誤差士2C,則所選用運放應具有低失調(diào)。系統(tǒng)方案設(shè)計與仿真：一：系統(tǒng)框圖1傳感器1廠;）信號放大k 比較器信號采集1電壓表顯示報警:單元電路1.傳感器分析得到：

4、熱敏電阻的阻值:Rt=400.25Q -0.01T ;17用一只399.25 Q與一個1 Q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。5VR3399-250 W Q0,1pF%傳感器部分2.信號放大電路由于采樣信號為雙端輸入，共模量大，差模量小的信號，而系統(tǒng)需要的信號為差模信號，所以應采取CMR高的差分放大電路，并且應具有低失調(diào)，零點漂移，放大倍數(shù)穩(wěn)定精確的特點。 經(jīng)查閱多種運放芯片手冊以及做電子設(shè)計競賽中用過的常用運 放，先選用了 OP07,但仿真發(fā)現(xiàn)誤差最大時超過 1.5mV，雖然 也能滿足項目+-2 C的指標要求(即要求到+-20mV),但為了追求更高 的精度和指標

5、。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)誤差最大時也不超過 0.2mV,下為 INA163數(shù)據(jù)手冊的部分資料特征_q 世噪聲：在InY/VHi 7kHzq ftTHD-ffl: 0-DD2%在IkH巧 G 二 100q 寬帶寬：在800kHz G = 100q寬電兼范國：?？紿8Vq HIGH CMR: > 100dBq增益謖蠱外部電阻q S0-14*面站裝包裝應用q專業(yè)丟克風MSBk大器q動圈式換範盍放大器q 差q橋式傳感器旅大器放大器元件參數(shù)分析與計算：要使0C時為0V, 100C時為1.000V;而在25C時差模輸入信號 為0,分

6、析知放大部分的輸出與輸入差模信號不是直接的K倍關(guān)系，而應疊加一個直流偏移。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0C時差模信號為：-781uV; 貝心-781a/1000mV+b=0;(1)100 C時差模信號為：2.346mV;貝心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：增益:6000RG式中Rg為3和12直接的外接反饋電阻;方案一：lcl7107,ICL7107是一塊應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LED數(shù)碼管，從而顯示電 壓值

7、，且精度能達到設(shè)計要求。方案二：用數(shù)字萬用表直接顯示，顯然也能達到設(shè)計指標。由于multisim里面沒有icl7107系列芯片，icl7107是功能復雜的 專用芯片，因此沒有可以替換的單個芯片，只得選取方案二。（圖3）4. 比較器電路采用兩個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，使當輸入電壓ui在0.3到0.4V之間時輸出邏輯低電平（mV級別），ui低于0.3或 高于0.4V時，輸出高電平（約為 4.5V，二極管有一點壓降）。經(jīng)仿真，發(fā)現(xiàn)門限 值和輸出效果十分 準確。5.報警電路采用發(fā)光LED報警，項目要求正常發(fā)光時正向電流為1600 00

8、Q -WV.V - - - 5 <00R730LM311DU2 .,U3 =S1 LM311DD11144148R10：:占 I U U Uvcct5V:.D2：:1N4148210mA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)動能力較弱，采用一只常用NPN型管2N3904對發(fā)光二極管進行驅(qū)動。當 Uo=0時，三極管截止，LED不亮; 當Uo輸出高電平時，三極管工作，LED亮；從而實現(xiàn)報警。M311DiL .B/STEW-0kQR9R13500Q5V.r D2.1N4148r-rLED1 Q1 2N39044報警部分6溫度報警器全局電路圖k'IH+- B1F 初工0

9、思 slim L<s-h«sa仿真結(jié)果:即：249.76hi VR7ao:poo-DRB-ego.p ll«fd -R1-goop.p L>>溫度報警器全局電路圖YT+-E ' &TBini ：-F-1N414BR1U '''-VA tGkpROii：:vcd2NJA04 ow5000由于對整體進行仿真，已經(jīng)相當于對每個單元進行仿真了，就沒有把每個單元單獨隔離出來仿真了(設(shè)計每個單元時已經(jīng)驗 證過其正確性)。對電壓表顯示和發(fā)光報警部分的仿真：(1) 溫度為0C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=400.25 Q真盯 400D

10、R2400DV? 丄.7.fi VINA163UAVIHl-7PZ !:!Q.lulFWSSh.-V01.R:lfflBr)l»x24&.7EH1V.U.1T：REF涵_蟲 LM311D fil會 iVS-1N4USR1Q :D1VCC637 593 uV5V.D2.MlulxD1M414SLED1WVR.12結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)697.593uV, led亮(溫度低于30C,報警);(2) 溫度為100C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.25 QRT400DM 4000 -_Lory? - -J-VjI-7¥|NA1K4JA；二丨:XMM1V4W+- BA.L

11、 BirSTfe-sKlM3110'Ol- -P51-VI if- V-ULF-述.lfflBnS0.00DL<<.'I'H249.76H1V 萬用表XMM11.001 V昭L-WVIQkO 弱LM311D-wv500Q2N-3904*結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)1.001V, led亮(溫度高于40C，報警)；(3) 溫度為10C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=400.15 Q§ .LJ1.V：3I-o 300.758 mVJ-7 6V(NftU3UA10Kvyg50%SSS-XMMiVCC6<00 R2frsoH14QQD.a_w_1N414&am

12、p;R1U ：LM511Do R1L5MD T«TLM311DW414S結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)900.758mV, led亮（溫度低于30C,報警）；（4）溫度為25C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=400Q;00p.1N+VINA163UA:I . .U1.jd-.二；-U-F -油 200a R- s L«fill:P : RS 10：:Key-A75% -701 .uiu-: V- - VGI叵Ivr 一心2497femV萬用S-XMM1.M311D03 ：?x -750.607 mVDi114414&RW :vccjS；_LM3-11Do結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)7

13、50.607mV, led亮（溫度低于30C,報警）；（5）溫度為31C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.94 QR2400D l-Azxr-V? 7-5 VINA1S3UA-AAA,iohOHD :；R13；'llWv soon管!用申RETWEXR14249H7®mVXMM1 £<cc p.V+. .Vjp .v- - V«l- «C9-350.48 mV，r- LM311D'IF*e/STF.EM1N4148R1-I.5ZDLEP1RI I結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)350.48mV, led 不亮（溫度在30到40C之間，不報警

14、）；(6) 溫度為35 C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.9 QccV c<«R2-&00DL<51LJR1§T VIt|i卜249.7 6 mi V萬見表XMM14 一35Di.-!-1N4148_ ；iKiLM311D.師.PL-5-.VEJHRIFTOZ. “” $£JfVIH-.W、 Vai UgLI U2zrj .諂=，3" LM311DRloko啦L<55V300.493 mV02：:F5M51N4148lOkp： :：二；遲譯:-|:：:500Q904結(jié)果為：數(shù)子萬用表示數(shù)300.493mV, led不亮(溫度

15、在30到40 C之間，不報警)；(7)溫度為37 C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.88 Q蔭-s-p l<?i7.S VINAU3UA.e<*. M. 3RG .REF6亠®蠱 R- + 輩斗 T卜249,7*mV萬用S-XMMi鄧M1V5* -BAfc 1/5T111D73-*岳 vcc-r：US ：:訊丄 1<1144148RiQ ：誦:：P：:：，VGA'jj-LM311D叭-5£口390 475 mV.vs*B1L J/£IEWRTSOODnil§1AAA RT3:dllvv:600QLED1結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)

16、390.475mV, led之間，不報警)；(8) 溫度為41 C時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使不亮(溫度在30到40 CRt=399.84 QccKT莒口 cr w o«v.v ? -J- 7,5 VINA1B3UA：T7- - y$ji-爭gl.8Jt*. .VA.肛.Ftr :SEHYg ,-7I&- 2«76mVR8萬用兼420.474 mViji i * 11 耳 iVG* BU.:>U2 ：R101N4148rna；LM31HD-W-10kftR* Rn- ：'l|-wv- soon1N414B結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)420.474mV, led亮（

17、溫度咼于40C,報警）；（9）溫度為80C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.45 QJT営口cc曠V L«<ifV2' _37.S VINA163UAuTl-J IL<<<VO：.SEKVTN-V- - VOL- W31-R6=!亍VI249 J 6 mV 萬用XMMlJR14H3P呂pC«TS40.691 mVLIZ .LM511Df vs A>>Dl：:W4148Ni«ta :;衛(wèi)空IIIWV-:創(chuàng)0£22N3«04R12uig:o.結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)840.691mV, led亮（溫度咼于

18、40C,報警）；（10）溫度為90C時，調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.35 Q VI t4 J«.76mVXMM1<00GQ'PDOD l<st比 L"LM311D=；_ LM311D旨-H-rin日舸mV結(jié)果為：數(shù)字萬用表示數(shù)960.834mV, ledR1C'.ui '''>>a：. r. ：r：lOkQR& :;衛(wèi)盼:|wvSQQfl亮（溫度咼于VC(t .1N414840C,報警）;分析：仿真結(jié)果均達到設(shè)計要求。四：結(jié)論設(shè)計項目成功，達到所有設(shè)計指標。1溫度為0C時，數(shù)字電壓表的指示為0.000V.（實際為697.593uV） 2溫度為100C時，數(shù)字電壓表的指示為1.000V.（實際為1.001V） 并且溫度在0到100C