溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)說明

./工學(xué)院《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書溫度報(bào)警器學(xué)生：專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：完成時(shí)間：2015年7月《 模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院適應(yīng)專業(yè)：自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程指導(dǎo)教師學(xué)生課題名稱溫度報(bào)警器容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)利用集成溫度傳感器、集成運(yùn)放等設(shè)計(jì)一個(gè)溫度報(bào)警裝置。當(dāng)被測(cè)溫度達(dá)到測(cè)量上限值時(shí),可通過LED或蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲〔光報(bào)警。電路設(shè)計(jì)方案自行確定。二、設(shè)計(jì)容1、電路設(shè)計(jì)方案比較；2、電路參數(shù)分析計(jì)算和選擇；

3、單元電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行分析；4、實(shí)物制作；5、系統(tǒng)調(diào)試〔使用的儀器、測(cè)試數(shù)據(jù)表；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1、檢測(cè)圍：室溫～50℃；2、被測(cè)溫度達(dá)到50℃時(shí),指示燈亮〔熄滅或蜂鳴器工作；3、測(cè)量精度±1℃；四、擴(kuò)展要求與指標(biāo)1、用數(shù)字電壓實(shí)現(xiàn)溫度顯示,電壓表滿刻度對(duì)應(yīng)50℃；主要參考資料[1]康華光編.模擬電子技術(shù)<第5版>.:高等教育,2012[2]童詩白編,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)<第4版>.:清華大學(xué),2009[3]華成英編,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)<第4版>.:清華大學(xué),2011教研室意見教研室主任：〔簽字年月日《 模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院適應(yīng)專業(yè)：自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、通信工程、電子信息工程指導(dǎo)教師學(xué)生課題名稱直流穩(wěn)壓電源容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,當(dāng)輸入為有效值220V的交流電壓時(shí),能產(chǎn)生±12V、±5V三組直流電壓輸出。二、設(shè)計(jì)容1、電路設(shè)計(jì)方案比較；2、電路參數(shù)分析計(jì)算和選擇；

3、單元電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行分析；4、實(shí)物制作；5、系統(tǒng)調(diào)試〔使用的儀器、測(cè)試數(shù)據(jù)表；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1、要求輸入電壓為有效值220V、50HZ的市電交流電壓,電源輸出電壓為±12V、±5V。2、最大輸出電流為Iomax=500mA,紋波電壓△VOP-P≤5mV,穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤5%。四、擴(kuò)展要求與指標(biāo)1、能顯示電源輸出電壓值,00.0-12.0V；2、要求有短路過載保護(hù)。主要參考資料[1]康華光編.模擬電子技術(shù)<第5版>.:高等教育,2012[2]童詩白編,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)<第4版>.:清華大學(xué),2009[3]華成英編,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)<第4版>.:清華大學(xué),2011教研室意見教研室主任：〔簽字年月日摘要隨著技術(shù)的不斷開發(fā)和應(yīng)用,電子技術(shù)的發(fā)展十分迅速,不斷運(yùn)用到生活的各個(gè)方面。設(shè)計(jì)結(jié)合溫度傳感器技術(shù),集成運(yùn)算放大器,以及電壓比較器,和發(fā)光二極管組成的非常靈敏的溫度報(bào)警器。設(shè)計(jì)采用熱敏電阻作為溫度傳感器,相比傳統(tǒng)的熱傳感器更具抗干擾能力,利用電壓比較技術(shù),更加強(qiáng)了電路的穩(wěn)定性。附帶LED發(fā)光二極管報(bào)警技術(shù),使報(bào)警效果更明顯,在被測(cè)溫度大于50度時(shí),發(fā)光二極管被點(diǎn)亮,可實(shí)現(xiàn)其報(bào)警功能,完全能滿足設(shè)計(jì)要求。穩(wěn)壓直流電源采用變壓器降壓電路,二極管整流橋整流,濾波電路和穩(wěn)壓電路組成,可穩(wěn)定輸出+5V和-5V,+12V和-12V的直流電壓。關(guān)鍵詞：熱敏電阻；集成運(yùn)算放大器；二極管整流橋；二極管報(bào)警

目錄1溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)11.1溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案 11.2熱敏電阻傳感電路的設(shè)計(jì) 11.3放大電路的設(shè)計(jì) 21.4比較電路和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)22直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)方案和原理42.2電源模塊的設(shè)計(jì)42.3直流穩(wěn)壓電路整體圖62.4元器件選擇及計(jì)算63電路的仿真〔Multisim84實(shí)物測(cè)試與調(diào)試105設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)14參考文獻(xiàn)15致16附錄17附錄A直流穩(wěn)壓電源原理圖 17附錄B溫度報(bào)警器原理圖 18附錄C直流穩(wěn)壓電源pcb圖 19附錄D溫度報(bào)警器的PCb圖20附錄E直流穩(wěn)壓電源和溫度報(bào)警器實(shí)物圖21附錄F直流穩(wěn)壓電源元件清單22附錄G溫度報(bào)警器的元件清單22.1溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)1.1溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)溫度在室溫至50℃圍時(shí)不報(bào)警,當(dāng)溫度超過50℃時(shí),報(bào)警器能精確報(bào)警的溫度報(bào)警器。溫度傳感器應(yīng)將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化,集成放大電路將得到的電壓信號(hào)進(jìn)行放大,電壓比較器電路將放大的電壓信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較,然后再接報(bào)警電路。報(bào)警電路電報(bào)警電路電壓比較器放大電路熱敏電阻直流穩(wěn)壓電源供電圖1溫度報(bào)警器的方案圖電路采用熱敏電阻作為溫度傳感器,把變化的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),再經(jīng)過集成運(yùn)算放大電路,把得到的電壓信號(hào)放大,再經(jīng)電壓比較器的比較,把得到的電壓信號(hào)輸給發(fā)光二極管報(bào)警電路從而實(shí)現(xiàn)溫度的報(bào)警。1.2熱敏電阻傳感電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)當(dāng)溫度大于50℃時(shí)報(bào)警的溫度報(bào)警器,需要用電壓變化來代表溫度的變化,設(shè)計(jì)的原理如圖2所示：在熱敏電阻傳感電路里,選擇〔在室溫下電阻值為10k的熱敏電阻R1作為溫度傳感器,在25度時(shí),電源電路輸出給集成運(yùn)放放大器的電壓為454mv,溫度每升高1度,該熱敏電阻阻值就下降256Ω,輸出電壓下降11.2mv,因此,當(dāng)溫度從25度升高到50度時(shí),溫度報(bào)警器的電阻降為3.6k,經(jīng)計(jì)算,理論輸出電壓從454mv降為174mv。R8選用10k的電位器,便于電路的調(diào)節(jié)；R6選用100k的電阻,是為了得到輸出為毫伏級(jí)的電壓；R1是熱敏電阻<電阻值隨溫度的升高而降低>。圖2熱敏電阻傳感器電路1.3放大電路的設(shè)計(jì)為了得到更大的電壓,把熱敏電阻采集到的電壓信號(hào)加到電壓放大倍數(shù)為28倍的正向比例放大器〔如圖3,經(jīng)過放大,可以得到輸出電壓12.7v～4.9v?！睷4取25k,電位器R7取10k,便于增益的調(diào)節(jié),結(jié)合電路的需要,最后把R7調(diào)到2k左右,R2取1k；增益Au=R2+<R7+R4>/R2=1+<2+25>/1=28圖3放大電路1.4比較電路和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)然后把放大的電壓加到選擇電壓為5v的反向電壓比較器上面去<如圖4>,當(dāng)溫度到50度時(shí),比較器輸入電壓4.9v<4.9v<5v>,比較器翻轉(zhuǎn),比較器輸出電壓為5v,點(diǎn)亮發(fā)光二極管。為了保護(hù)發(fā)光二極管不被燒壞,在二極管前面串聯(lián)了一個(gè)760Ω的保護(hù)電阻。圖4比較電路和報(bào)警電路選擇NE5532P集成運(yùn)放芯片作為電路放大與電壓比較器,NE5532P為8腳雙運(yùn)放,用一個(gè)運(yùn)放供電電壓為+5V和-5v,用兩個(gè)運(yùn)放供電電壓為+12v和-12v。電壓放大增益Av=1+Rf/R2=28,電壓信號(hào)放大后,可以得到比較器輸入電壓〔12.7v～4.9v,與比較電壓5v進(jìn)行比較,從而實(shí)現(xiàn)精確報(bào)警。二極管保護(hù)電阻取760Ω的理由：由于二極管的導(dǎo)通電壓為1.5v-2.5v,電流圍為5mA-18mA,保護(hù)電阻R3的取值圍為12V/18=666Ω到12v/5=2400Ω,為了使報(bào)警效果更明顯,R3取760Ω。

2直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)在各個(gè)單元電路與總體電路設(shè)計(jì)過程中,有3個(gè)模塊需要直流穩(wěn)壓電源供電,因此,需要制作一個(gè)具有穩(wěn)定輸出的直流穩(wěn)壓電源。2.1設(shè)計(jì)方案和原理在電子電路設(shè)備中,一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電,而平常生活中用到的都是頻率為50HZ,有效值為220V的單項(xiàng)交流電壓,因此需要將它轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定,輸出電流較小的直流電壓。在一般情況下,所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大,因此需要通過電源變壓器降壓后,再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。在溫度報(bào)警器電路中,需要用5～12V的直流電源供電,因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出為±12V和±5V的穩(wěn)壓直流電源,直流電壓的設(shè)計(jì)方案圖如圖5所示變變壓器濾波電路 整流電路 穩(wěn)壓電路圖5直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)圖在電路中輸入220V〔50HZ的交流電壓,通過電源變壓器降壓〔變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要然后變壓器副邊電壓通過整流電路從交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓,即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈沖電壓,為了減少電壓的脈動(dòng),需通過濾波電路濾波,使輸出電壓平滑,因此應(yīng)將部分交流分量或者全部濾掉,使濾波電路輸出電壓僅為直流電壓,然而,由于濾波電路為無源電路,所以接入負(fù)載后會(huì)影響其濾波效果,對(duì)于要求不高的電子電路,整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源,但當(dāng)電網(wǎng)電壓濾波或者負(fù)載變化時(shí),其平均值也將隨之變化,穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本保持,不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響,從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。2.2電源模塊的設(shè)計(jì)根據(jù)方案和原理：電源模塊采用220-16V變壓器降壓,再經(jīng)橋式整流堆〔型號(hào)為2w10進(jìn)行整流,濾波電容進(jìn)行濾波,再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片,就能穩(wěn)壓輸出+12v,-12v和+5v,-5v的直流電壓。〔1變壓器：型號(hào)為220v/16v的降壓變壓器,它將220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓,并送給整流電路,變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定,降壓電路如圖6所示。圖6降壓電路〔2整流電路：利用〔單向?qū)щ娫O管組成的整流橋〔2w10,把50Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電,整流電路圖如圖7所示。圖7整流電路圖〔3濾波電路和穩(wěn)壓電路：濾波電路采用雙電容并聯(lián)結(jié)構(gòu),可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓芯片78xx系列,則使輸出的直流電壓穩(wěn)定,不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化,電路圖如圖8所示。圖8濾波和穩(wěn)壓電路圖2.3直流穩(wěn)壓電路整體圖圖9直流穩(wěn)壓電路整體圖220V電網(wǎng)電壓經(jīng)過通用變壓器T1降壓至12V,12V交流電壓經(jīng)整流橋整流、電容的濾波作用后變成直流電壓供給集成三端穩(wěn)壓器7812,經(jīng)過7812穩(wěn)壓后變成所需的+12V直流電壓。然后再經(jīng)過一級(jí)電容,將電壓送至穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后,就可得到+5v較穩(wěn)定的直流電壓了,同理可得到-12v,和-5v的直流電壓。2.4元器件選擇及計(jì)算1>變壓器采用雙12v降壓變壓器,規(guī)格I/P：220vAC50HZ2>整流橋堆的選擇整流橋堆選用規(guī)格為2W10,與選用單個(gè)二極管整流的優(yōu)勢(shì)在于,可利用波形在負(fù)半軸的電壓,提高電源的利用率。一般情況下,允許電網(wǎng)電壓有±10%的波動(dòng),因此在選擇整流橋的二極管保證二極管安全工作。3>濾波電容的選擇電路中C2,C10應(yīng)選用較大的電容進(jìn)行濾波,選擇電容稍大一些,則輸出電壓中得到的紋波成分越小,為了得到平滑的負(fù)載電壓。てd=RLC>=<3-5>T/2〔1T=1/f=0.02s〔2RL=VL/IL=12V/500MA=24Ω〔3C=〔3-5T/2*RL=1250uf～2083uf〔4考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng),則電容器承受的最高電壓VCMVCM=EQ\R<,2>*<12/1.2>*1.1=15.5V根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可取,C2=C10=2200uf,C1=C3=C7=C8=0.1uf<是為了防自激。4整流橋和穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管正向輸出選擇LM7812和LM7805系列,反向輸出選擇LM7912和LM7905系列,因?yàn)槿斯潭ㄊ郊煞€(wěn)壓管W7812和W7805的最大輸出電流IOMAX為1.5A,因此每個(gè)二極管流過的平均電流ID=0.5Iomax=0.5×1.5=0.75A,整流管的參數(shù)IF應(yīng)該比平均值ID大〔0.5～2倍,在此選擇1A∕50V的整流橋堆。3電路的仿真〔Multisim+12v直流電壓輸出-12v直流電壓輸出+12v直流電壓輸出-12v直流電壓輸出圖10±12v直流穩(wěn)壓源仿真輸出電壓波形圖-5v直流電壓輸出+5v直流電壓輸出-5v直流電壓輸出+5v直流電壓輸出圖11±5v直流穩(wěn)壓源仿真輸出電壓波形圖圖12溫度為50度時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光電路圖4實(shí)物測(cè)試與調(diào)試圖13溫度報(bào)警器調(diào)試圖圖14溫度報(bào)警器測(cè)試圖圖15+12v輸出電壓圖16+5v輸出電壓圖17+5v輸出電壓圖18-12v輸出電壓表一直流穩(wěn)壓電源數(shù)據(jù)理論值實(shí)測(cè)值誤差+12v+12.06v0.005-12v-12.08v0.006+5v+4.98v0.004-5v-4.96v0.008誤差均小于0.01,因此,在誤差允許的圍,直流穩(wěn)壓電源符合設(shè)計(jì)要求。5設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)通過為期三周的努力,我們?cè)O(shè)計(jì)的溫度報(bào)警器終于完成了,在此次課程設(shè)計(jì)過程中我們遇到了許多問題也了解了許多知識(shí),同時(shí)我發(fā)現(xiàn)有很多知識(shí)都是老師曾經(jīng)在課上講過的,比如電路的電源電路還有穩(wěn)壓電路等等。在解決問題的過程中,我意識(shí)到自己知識(shí)的不足以及團(tuán)隊(duì)合作的重要性,通過理論與實(shí)踐的比較,更讓我意識(shí)到實(shí)踐的重要性。剛開始我們通過圖書館,網(wǎng)絡(luò),以及上一級(jí)的學(xué)長(zhǎng),了解和收集到了本次設(shè)計(jì)需要的資料,從而我們對(duì)本次設(shè)計(jì)有了初步的了解方案。首先大家的任務(wù)就是認(rèn)識(shí)面包板及其布局,元器件的功能及管腳圖,接著我們采用分塊連接電路,以便于檢測(cè),把部分電路連好后在電腦上用multism進(jìn)行仿真記錄相關(guān)數(shù)據(jù),最后把部分電路整合連成整體電路進(jìn)行仿真看是否報(bào)警,是否符合要求。在操作過程中遇到許多問題,例如測(cè)的數(shù)值不符合要求、正負(fù)電源接反導(dǎo)致電容燒壞、實(shí)際電路的電阻選擇、電路中某段沒有電壓,電路不工作等等,最后在老師和同學(xué)的幫助下我們都一一解決了。設(shè)計(jì)基本能滿足任務(wù)要求,設(shè)計(jì)的不足之處在于我們?yōu)榱俗非蟾?jiǎn)單,沒有采用蜂鳴器報(bào)警電路,沒有采用LED顯示屏去顯示被測(cè)溫度。設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于,穩(wěn)定性較高,靈敏度好。

參考文獻(xiàn)[1]康華光.模擬電子技術(shù)<第5版>［Ｍ］.:高等教育,2012.454~463.[2]童詩白.模擬電子技術(shù)<第4版>［Ｍ］.:清華大學(xué),2009.430~433.

致這次課程設(shè)計(jì)的完成,要感伍麟珺老師和同學(xué),感學(xué)校給了我們這樣一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),這次課程設(shè)計(jì)不僅僅使我們學(xué)到了很多新知識(shí),也使我們認(rèn)識(shí)到了自己還有很多的不足。從這次課程設(shè)計(jì)的開始到完成的整個(gè)過程,我們遇到了很多意想不到的困難,但在自己的努力下,以及伍老師的指導(dǎo)與幫助下,我們基本完成了設(shè)計(jì)要求,這次課