模电优秀课程设计温度报警器.doc

课程设计汇报书温度报警器设计 学 院 电子和信息学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导老师 课程编号 课程学分 起始日期 教师评语老师署名：日期：成绩评定备注 目 录一、选题背景 1二、方案论证(设计理念) 11、设计题目要求 12、总体设计方案 12.1 设计思绪 12.2 设计方案 12.3 方案论证和比较 2三、单元电路设计 31 窗口比较器电路 3 32 555多谐振荡器电路 3 32 三极管基础开关电路 4四、整机电路 4.1 整机电路图 5 4.2 元件清单 7 五、性能指标测量和分析 7 5.1 电路测试 7 5.1.1 测试使用仪器 7 5.1.2指标测试步骤、测量数据和分析 7 5.1.3 故障分析及处理 8 六、课程设计总结 9七、参考文件 10温度报警器设计一、选题背景设计制作一个测温电路，能够依据环境温度改变产生对应反应。若外界温度t1，测温装置感所应温度t(tt1)，加热到t2：若t1tt2，电路以指示灯闪亮，但扬声器不报警；若tt2，电路指示灯熄灭，同时扬声器报警，警报声频率为1kHz。二、方案论证(设计理念) 1 设计题目要求本课题要求设计制作一个测温器，检测并显示环境温度改变。 要实现功效：假设常温为t1、经加热后温度为t2，当测温装置感所应温 度t：t1tt2，电路以指示灯闪亮，闪烁频率为0.5Hz，但扬声器不报警；tt2，电路指示灯熄灭，同时扬声器报警，警报声频率为1kHz。 应处理关键问题：为完成上述课题所要求功效，关键在于： 怎样将不一样区间温度转化成我们所需要电压或电流信息，进而经过这些信息实现不一样温度区间功效实现；对扬声器和电路指示灯不一样频率控制。 应达成技术要求：对温度信号正确获取；对扬声器和电路指示灯频率正确控制；各电路模块整体配合。本课题在于检测环境中温度改变，可正确地利用于环境温度检测。21 设计思绪使用窗口比较器进行对电压信号筛选，使用555振荡器控制蜂鸣器和指示灯闪烁频率，使用反相器对高低电平进行转换。22提出方案满足上述设计功效能够实施方案很多，现提出以下多个方案： 221方案一 原理方框图（图1） 图1 方案一原理图 原理经过窗口比较器使电路分为两部分，一部分直接连接555多谐振荡电路，控制蜂鸣器响应，另一部分经过反相器接555和指示灯，使之满足一下条件。当t1tt2时，比较器输出低电平，使用三极管基础开关电路输出高电平，使振荡器工作，指示灯闪烁；而蜂鸣器所接555RD端为低电平，不工作。当tt2时，比较器输出高电平，接入555RD端，蜂鸣器响；而指示灯所接555RD端为低电平，指示灯不工作。222方案二 原理方框图（图2） 图2 方案二原理图 原理 先将温度改变转化成电压改变输入555多谐振荡器，在555多谐振荡器输出端使用窗口比较器，对输出信号进行判定，并选择使蜂鸣器工作或指示灯工作。23对各方案进行可行性分析、比较，选出最好方案。方案一在实施起来能够分步完成每个部分电路，最终再一起进行调试。先使用窗口比较器，能够正确区分电压不一样，并使用两个555多谐振荡器进行频率设定，比较方便。方案二首先用555多谐振荡器将输入电压转化成频率，不过因为指示灯和蜂鸣器频率要求不一样，在以后电路中难以达成频率要求，将窗口比较器接在多谐振荡器输出部分也比较复杂。所以，选择方案一进行试验。三、 单元电路设计 31窗口比较器电路311 窗口比较器电路及其工作原理或功效说明窗口比较器含有两个门限电平，能够检测输入模拟信号电平是否处于给定两个门限电平之间。在元件选择和分类，或对生产现场进行监视和控制时，窗口比较器(图3)是很有用。 当输入电压uIURH时，uIURL,所以集成运放A1输出uO1=+UOM，A2输出uO2=-UOM。使得二极管D1导通D2截止,稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。 当输入电压uIURL时,uIURH,所以集成运放A1输出uO1=-UOM，A2输出uO2=+UOM。使得二极管D2导通D1截止,电流通路图所标注，稳压管DZ工作在稳压状态，输出电压uO=+UZ。 URLuIURH时,uO1=uO2=-UOM，所以D1和D2均截止,稳压管截止,uO=0。URH和URL分别为比较器两个阈值电压,设URH和URL均大于零,则传输特征图4所表示。 图3 窗口比较器 图4 传输特征312 窗口比较器电路元件选择和计算（元件标号见整机电路）R(20度)=12.2kR(70度)=2.0k取R1=8.2k，可得R6：R7：R8=3:1:2。所以取R6=3k，R7=1.1k，R8=2k。32 多谐振荡器电路321多谐振荡器电路及其工作原理或功效说明由555定时器组成多谐振荡器图5所表示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2连接处。 因为接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端和低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH长短和电容充电时间相关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。 因为放电管VT导通，电容C经过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL长短和电 容放电时间相关，放电时间常数T放R2C0伴随C放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难了解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间往返翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间改变。x图6所表示为工作波形。 图5 555多谐振荡器 图6 振荡器波形322 多谐振荡器电路元件选择和计算（元件标号见整机电路）T=C（R1+2R2）ln2；f=1/T.蜂鸣器：f1=1kHz；T1=1ms所以C1（R11+2R12）=1.44e-3，取C1=10nF，R11=R12=47k。指示灯：F2=0.5Hz；T2=2s所以C3（R15+2R16）=2.88，取C3=10uF，R15=R16=100k。33 三极管基础开关电路331三极管基础开关电路及其工作原理或功效说明负载电阻被直接跨接于三极管集电极和电源之间，而位居三极管主电流回路上，输入电压则控制三极管开关开启和闭合动作，当输入电压大于开启电压时，三极管呈开启状态时，有基极电流流动，使集电极流过更大放大电流，所以负载回路便被导通，而相当于开关闭合，此时三极管乃工作于饱和区，集电极电压靠近0；当输入电压为低电压时，三极管呈闭合状态，因为基极没有电流，所以集电极亦无电流，致使连接于集电极端负载亦没有电流，而相当于开关开启，此时三极管乃工作于截止，集电极电压靠近电源电压。 图7 三极管基础开关电路332 三极管基础开关电路元件选择和计算 （元件标号见整机电路） 在输入高电平时候，三极管导通，为了使输出为低电平，应该使压降足够大，所以R4要足够大，我选择R4=62k。 为了预防R3分压太大，影响高电平，所以R3应该选择较小电阻，我选择R3=1k。四、整机电路 4.1 整机电路图 图8 整机电路图4.2 元件清单 R1=8.2k C1=10nFR2=mf58热敏电阻 C2=100nFR3=1k C3=10uFR4=62k C4=100nFR6=3k D1二极管R7=1.1k D3 5.1V稳压管R8=2k D4 3V稳压管R10=1k D5二极管R11=47k D6 5.1V稳压管R12=47kR15=100kR16=100kR18=1k 另外，还有Lm324 1个,三极管9014 1个，555 2个，蜂鸣器1个，绿色发光二极管1个，和8V电源。五、性能指标测量和分析 对研究过程中所取得关键数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。5.1 电路测试 5.1.1 测试使用仪器直流电压源，示波器，万用表。5.1.2指标测试步骤、测量数据和分析 热敏电阻降温常温加热比较器输出7.9V0.011V7.5V集电极电压0.019V7.9V0.022V蜂鸣器响不响响指示灯不闪烁闪烁不闪烁频率1.1khz0.54hz1.1khz 表1结果分析：正常温度下，窗口比较器输出低电平，经过反相器以后变成高电平，灯光闪烁模块开启；当温度不在指定温度范围内时，比较器输出高电平，此时灯光闪烁模块停止运行，音频报警模块开启，蜂鸣器工作。指示灯工作波形仿真（图9） 图9 指示灯波形仿真分析：工作频率0.54Hz，工作周期1.85s。蜂鸣器工作波形仿真（图10） 图10 蜂鸣器波形仿真分析：工作频率1.1kHz，工作周期0.909ms。5.1.3 故障分析及处理 在调试时发觉窗口比较器输出高电平时，指示灯和蜂鸣器全部在工作，用万用表测量，发觉反相器输出电压有0.3V，使555多谐振荡器工作了，为了让反相器输出电压靠近0，增大集电极电阻阻值，最终使用了62k电阻，使输出靠近0。发光二极管直接接多谐振荡器输出，发觉会烧坏二极管，所以查找了资料，绿色LED工作电压为3V左右，所以选择3V稳压二极管和1k电阻串联，并将指示灯并联在稳压二极管两端。 三、 课程设计总结 这次课程设计，让我扎实了自己数字电子技术和模拟电子技术知识。因为是第一次做这种课程设计，在开始看到题目标时候完全不知道从哪里入手，没有任何思绪，于是去网上找到了部分温度报警器原理图，还有部分温度报警器电路设计思绪及方法。然后，我自己便有了部分对本电路设计方案，再结合上学期学习模电和数电课程，对于我想要达成要求，参考书本找到了对应电路。再分别对应不一样要求，比如频率要求，温度要求，来计算参数，最终将不一样分工电路连接在一起，在multisim上优异行了仿真，也让我愈加熟悉了这个软件使用。即使电路图设计好了，不过在面包板上做时候也出现了不少困难，首先，元件并不是完全根据要求，所以测试时候有很大误差，为了达成要求，不得不更换元件，所以最终使用元件和计算值有部分不一样。而试验时小错误常常会被放大，时试验结果不正确，也让我知道了做每一步全部要仔细和严谨。拼接电路也不是很顺畅，因为平时没有用过，做起来并不能得心应手，这次试验也提升了我动手和实践能力。参考文件1 清华大学电子学教研组编. 阎石主编. 数字电子技术基础(第5版). 北京：高等教育出版社，1983.4.1.2 清华大学电子学教研组编. 童诗白、华成英主编. 模拟电子技术基础(第4版). 北京：高等教育出版社，1980.9.1.3 模拟电子技术试验，华南理工大学电气信息及控制试验教学中心，.9.