模電課設(shè)報告-測溫報警電路

課程設(shè)計報告書題目：溫度報警電路學(xué)院專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師課程編號課程學(xué)分起始日期

教師評語教師簽名：日期：成績評定備注

目錄TOC\o"1-5"\h\z\u測溫報警電路 4一、選題背景 4二、方案論證(設(shè)計理念) 41、設(shè)計題目要求： 42、總體設(shè)計方案： 52.1設(shè)計思路 52.2提出方案： 52.3對方案進行可行性分析 5三、單元電路設(shè)計 63.1溫度檢測電路： 63.1.1功能說明 63.1.2元件選取與計算 63.1.3簡單電路圖 63.2比較電路 73.2.1功能說明 73.2.2元件選取以及計算 73.2.3電路圖 73．3響應(yīng)電路 83.3.1功能說明 83.3.2元件計算 83.3.3電路圖 8四、整機電路 94.1整機電路 94.2元件清單 10五、性能指標(biāo)的測量與分析 115.1電路搭建和調(diào)試 115.1.1測試使用的儀器 115.1.2測溫電路搭建和調(diào)試 115.2.3比較器電路搭建調(diào)試 115.1.4響應(yīng)電路的搭建以及調(diào)試 115.1.5連接電路 125.2指標(biāo)測試步驟、測量數(shù)據(jù)與分析 125.2.1測試步驟 125.2.2測量數(shù)據(jù)與分析 125.2.2.1比較電路 125.2.2.2蜂鳴器電路 135.2.2.3LED電路 135.2.2.4大于30攝氏度小于50攝氏度時 135.2.2.5大于50攝氏度 135.2.2.6小于30攝氏度 13結(jié)論 13六、課程設(shè)計總結(jié) 146.1遇到的問題 146.2解決問題的思考 146.3課程設(shè)計過程的收獲 14參考文獻 15

測溫報警電路一、選題背景現(xiàn)實生活中的某些情況下會對環(huán)境溫度有一定的要求，不能超過溫度的上限或者下限值，因此溫度報警器具有現(xiàn)實需求和意義?；谏鲜鲈颍瑘缶骺梢栽O(shè)計具有以下功能：假設(shè)常溫為t1、經(jīng)加熱后的溫度為t2，當(dāng)測溫裝置感所應(yīng)的溫度t：t1<t<t2，電路以指示燈閃亮，閃爍頻率為0.5Hz，但揚聲器不報警；t<t1或者t>t2，電路指示燈熄滅，同時揚聲器報警，警報聲頻率為1kHz。因此，電路應(yīng)該至少由三個部分組成，第一部分為溫度檢測電路，第二部分為比較電路，第三部分是報警響應(yīng)電路。主要是利用了將溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，再將電壓進行比較輸出比較結(jié)果，根據(jù)比較的結(jié)果進行相應(yīng)的響應(yīng)。二、方案論證(設(shè)計理念)1、設(shè)計題目要求：設(shè)計制作一個測溫器，檢測并顯示環(huán)境溫度的變化。假設(shè)常溫為t1、經(jīng)加熱后的溫度為t2，當(dāng)測溫裝置感所應(yīng)的溫度t：t1<t<t2，電路以指示燈閃亮，閃爍頻率為0.5Hz，但揚聲器不報警；t<t1或者t>t2，電路指示燈熄滅，同時揚聲器報警，警報聲頻率為1kHz。2、總體設(shè)計方案：2.1設(shè)計思路首先的溫度檢測電路可以利用實驗室提供的熱敏電阻組建，利用簡單的串聯(lián)分壓電路就可以將溫度變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。溫度變化引起熱敏電阻阻值變化，從而使電壓分配發(fā)生變化。第二部分需要對電壓進行比較，考慮到題目要求有上下兩個臨界點，采取窗口比較器形式對電壓進行比較。第三部分的響應(yīng)電路分成兩種情況，但可以歸結(jié)為同一種類型但是不同頻率的震蕩電路。2.2提出方案：方案選擇：=1\*GB3①方案框圖如下熱敏電阻測溫電路 比較器比較電路 蜂鳴器響應(yīng)電路 LED響應(yīng)電路 =2\*GB3②熱敏電阻測溫電路用于檢測溫度，將溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，用于后面的比較電路。比較器電路可以將電壓進行比較，輸出不同的信號控制后續(xù)電路。響應(yīng)電路對前面電路的輸出電路分別進行作出正確的響應(yīng)。2.3對方案進行可行性分析之所以選擇這個電路，首先是采用熱敏電阻來測溫比較簡便，題目對熱敏電阻的線性特性要求不高，只要能夠準(zhǔn)確測量出兩個臨界點即可。第二，窗口比較器恰好能夠滿足兩個臨界點的條件而不必用兩個比較器電路結(jié)合數(shù)字邏輯電路這種較為復(fù)雜的方法，所以該方法比較簡便，只需加多一個反相器。第三，采用555組成震蕩電路的原因是可以控制電路的開啟關(guān)閉，容易更改頻率，搭建電路也比較簡便。還有就是，555定時器在電子設(shè)備之中本來就具有很廣的用途?？傮w上說：本電路具有結(jié)構(gòu)清晰，組成簡便的特點。 三、單元電路設(shè)計電路分成三個部分。3.1溫度檢測電路：3.1.1功能說明通過熱敏電阻感應(yīng)溫度，阻值產(chǎn)生變化，從而使輸出的電壓產(chǎn)生變化，起到測量溫度的作用。3.1.2元件選取與計算采用實驗室提供的MF58熱敏電阻，參考網(wǎng)上關(guān)于分壓測溫電路的最佳參數(shù)設(shè)計，串聯(lián)的電阻最佳為6.8KΩ。3.1.3簡單電路圖如下圖1：3.2比較電路3.2.1功能說明電路預(yù)設(shè)兩個臨界值，對輸入的電壓進行比較，輸出控制響應(yīng)電路的電壓。有兩個臨界電壓分別對應(yīng)于溫度t1和t2,所以采取窗口比較器，選取兩個LM311比較器組成。另外，為了使輸出的電壓更加穩(wěn)定，在輸出端加上一個穩(wěn)壓管用以穩(wěn)定電壓。3.2.2元件選取以及計算選取20攝氏度和30攝氏度作為臨界溫度，上網(wǎng)查找溫度頻率表得出臨界阻值。經(jīng)過計算得提供參考電壓的電阻組合可以分別為47KΩ，56KΩ和33KΩ，62KΩ。取兩個1N4148二極管穩(wěn)定輸出。穩(wěn)壓管暫時采取5.1V，匹配電阻取1KΩ和5KΩ。3.2.3電路圖如下圖2：3．3響應(yīng)電路3.3.1功能說明該電路對比較電路輸入的電壓進行響應(yīng)。因為電路對頻率有要求，所以采取NE555組成的震蕩電路，通過調(diào)節(jié)電容和電阻的大小可以獲得頻率分別為1kHz和0.5Hz的震蕩電路。3.3.2元件計算由公式T=0.691（R1+2R3）C1，可以分別計算出接近題目要求的電阻以及電容取值。蜂鳴器電路：R1=R3=10KΩ，C1=47nF。LED電路：R1=R3=9.1KΩ，C1=47uF。C2則按照一般震蕩電路的取值101瓷片電容。蜂鳴器以及LED的限流電阻有待搭建電路時確定。3.3.3電路圖分別如下圖3和圖4：四、整機電路4.1整機電路單個模塊的電路設(shè)計好之后就要就它們連接起來。溫度檢測電路和比較電路之間可以直接連接，前者的輸出電壓作為后者的輸入電壓，與預(yù)先設(shè)置好的電壓進行比較。為了輸出電壓的穩(wěn)定，在比較電路的后面使用穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓。蜂鳴器報警電路與穩(wěn)壓管輸出直接連接，而LED燈閃爍電路需要在前面加一個反相器再與比較器連接。整體電路圖如下圖5：4.2元件清單熱敏電阻MF58電阻：6.8k、33k、62k、56k、47k、1k、5k、10k兩個、9.1k兩個、100兩個電容：47Nf、47uF、10pF兩個芯片：LM311兩個、NE555兩個、反相器74LS14蜂鳴器一個，LED燈一個、二極管1N4148兩個、穩(wěn)壓管一個五、性能指標(biāo)的測量與分析5.1電路搭建和調(diào)試5.1.1測試使用的儀器萬用表、示波器、直流穩(wěn)壓電源5.1.2測溫電路搭建和調(diào)試用變阻器代替熱敏電阻，由于電路較簡單，搭建好之后沒有問題。5.2.3比較器電路搭建調(diào)試選取LM311，首先在網(wǎng)上查找到引腳圖以及中文資料，采用單電源的供電方式，按照電路圖搭建好之后沒有輸出電壓。經(jīng)過對各個芯片的供電電壓了解后采用10V供電。并且聞到一股燒焦的味道，馬上切斷電源，然后仔細檢查電路并沒有發(fā)現(xiàn)錯誤。再次接上電源同樣的情況發(fā)生，于是檢查電阻發(fā)現(xiàn)有兩個上拉電阻變黑而且發(fā)熱嚴重。所以原因是供電線路的限流電阻太小，導(dǎo)致電流過大。換上大電阻后一切正常。5.1.4響應(yīng)電路的搭建以及調(diào)試搭建后開始時不能工作，檢查后發(fā)現(xiàn)接線錯誤，重新搭建電路，幾次修改電阻以及電容的值后可以正常輸出，中途還發(fā)現(xiàn)了面包板某部分接觸不良。接著搭建LED電路同樣多次修改參數(shù)而且LED燈一開始的時候閃爍一下就燒壞了，加上合適的限流的電阻后正常工作。5.1.5連接電路將測溫電路與比較器電路連接好之后能夠獲得正常輸出。連接上蜂鳴器響應(yīng)電路之后就發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不能工作。測量兩端電壓發(fā)現(xiàn)電壓過低，經(jīng)過和同學(xué)們討論后發(fā)現(xiàn)問題的原因是芯片供電電壓過低，采用了比較器輸出電壓作為供電電壓。解決方法是將555的8腳分開獨立供電。開始時加上了隔直電容出現(xiàn)問題，電容經(jīng)常燒壞，于是刪去了隔直電容。LED電路接入反相器之后再接入，基本沒有出現(xiàn)大的問題，調(diào)節(jié)變阻器阻值可以交替工作但是過渡段有點不穩(wěn)定?？傮w上可以實現(xiàn)基本功能。5.2指標(biāo)測試步驟、測量數(shù)據(jù)與分析5.2.1測試步驟分別用示波器以及萬用表測出響應(yīng)電路與比較電路的基本參數(shù)，如閥值，頻率等。然后在測量三個溫度區(qū)間的比較電路輸出，響應(yīng)電路的參數(shù)。5.2.2測量數(shù)據(jù)與分析實驗數(shù)據(jù)：5.2.2.1比較電路LM311閥值：V1=4.631V(50攝氏度)，V2=3.525V（30攝氏度）分析：符合計算結(jié)果5.2.2.2蜂鳴器電路f1=1.240KHz兩端電壓Vh=3.82VVl=0.03V分析：頻率條件基本滿足，但是占空比與50%相差較遠，原因是電阻的取值沒有選好，不過不會影響結(jié)果。5.2.2.3LED電路f2=0.48Hz兩端電壓Vh=2.10VVl=0.06V分析：頻率條件基本滿足，占空比接近50%，電路波形圖有瞬時的沖擊，可能原因是電容放電。5.2.2.4大于30攝氏度小于50攝氏度時LM311輸出分別為V1=0.201VV2=0.198V穩(wěn)壓管輸出Vd=0.102V,蜂鳴器555四腳輸入0.102V，LED555四腳無輸入，所以蜂鳴器不工作，LED閃爍。分析：蜂鳴器555四腳輸入低電平不工作，LED555無輸入看做高電平可以工作。5.2.2.5大于50攝氏度LM311輸出分別為V1=6.983VV2=0.128V穩(wěn)壓管輸出Vd=5.212V,蜂鳴器555四腳輸入5.212V，LED555輸入0.122V。分析：LED555四腳輸入低電平不工作，蜂鳴器輸入高電平可以工作，發(fā)出響聲。5.2.2.6小于30攝氏度LM311輸出分別為V1=0.200VV2=8.250V穩(wěn)壓管輸出Vd=5.366V,蜂鳴器555四腳輸入5.366V，LED555輸入0.007V。分析：LED555四腳輸入低電平不工作，蜂鳴器輸入高電平可以工作，發(fā)出響聲。結(jié)論溫度報警電路可以正常工作，在小于30攝氏度和大于50攝氏度的時候蜂鳴器報警，兩個溫度之間LED燈閃爍。但是過度狀態(tài)不穩(wěn)定，精確度也不足，一部分是因為熱敏電阻實際參數(shù)與參考值有誤差，另一方面說明電路設(shè)計還有很多可以提高的地方。六、課程設(shè)計總結(jié)6.1遇到的問題1、LM311比較器單電源供電時上拉電阻的選擇過小，沒有及時發(fā)現(xiàn)問題導(dǎo)致電阻燒壞。解決方法：換上合適的大電阻。2、窗口比較器電路搭建時穩(wěn)壓管前的限流電阻選擇有誤，導(dǎo)致輸出電壓很不穩(wěn)定。解決方法：通過參考網(wǎng)上資料并且結(jié)合實驗結(jié)果