个人电脑过热告警器的设计方案.docx

金 华 职 业 技 术 学 院
JINHUA COLLEGE OF VOCATION AND TECHNOLOGY

毕业教学环节成果
（2010届）

题 目 个人电脑过热告警器的设计
学 院 信息工程学院
专 业 应用电子技术
班 级 应电073
学 号 200731010030348
姓 名 刘玲玲
指导教师 徐晶晶

2010年 6月 8日

理工类
金华职业技术学院毕业教学成果

目 录
摘要…………………………………………………………………………………………1
英文摘要……………………………………………………………………………………1
引言 ………………………………………………………………………………………2
1 设计方案…………………………………………………………………………3
1.1功能描述…………………………………………………………………………3
1.2总体设计………………………………………………………………………3
2 系统电路设计…………………………………………………………………4
2.1 温度检测系统………………………………………………………………………4
2.2 电压检测级的设计 …………………………………………………………………5
2.3 多谐振荡电路的设计………………………………………………………………6
2.3.1 NE555的特点………………………………………………………………………7

2.4 系统总体构成………………………………………………………………………8
3 硬件的制作与调试………………………………………………………………………9
3.1实物的制作过程………………………………………………………………………9
3.2硬件的调试………………………………………………………………………9
结论与谢辞…………………………………………………………………………………10
参考文献 ……………………………………………………………………………………11
附件1．硬件电路图…………………………………………………………………………12
附件2．PCB图……………………………………………………………………………13
附件3．元器件清单…………………………………………………………………………14

个人电脑过热告警器的设计
信息工程学院应用电子技术专业 刘玲玲
摘要: 本文通过采用LM35作为敏感元器件的来完成个人电脑过热告警的设计，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度过热告警器的设计结构简单，由温度采集和报警器两部分组成，可操作性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为0~100℃。当温度达到预定值时，利用LM35的特性，采集电压信号，驱动报警装置，立刻发出报警信号，从而防止因温度升高而带来的不必要的损失。
关键词: LM35 温度 报警 设计

Design of the over-heat alarm system of personal computers
(Major of Applied Electronic Technology,Information and Engineering college, JinHua College of Vocation And Technology, Liu Lingling)
Abstract: The thesis mainly describes the design of over-heat warning system of personal computers by using the LM35 as the sensitive components, which contains the process and ways of making the device. The structure of the heat alarm is really simple, which is composed by heat gathering and the alarm apparatus. It is widely used and has high maneuverability. When the computer works, the temperature of survey scope will achieve 0-100℃.When the temperature achieves the predetermined value, because of the character of LM35,the driving warning device would send out alerting signal to prevent the nonessential loss which brings by temperature increment.
Keyword: LM35 temperature Warning design

引言
随着现代社会的信息化，电脑几乎进入了所有的家庭中，扮演着举足轻重的角色。在电脑带给我便捷的同时，我们也要注意保养。个人电脑的长期使用，因主机内的排风扇损坏，没有及时被发现使机箱温度过热，导致电脑出现死机现象。
为解决这一问题，保障设备的可靠运行，我制作了个人电脑过热告警器装置。由温度传感器对机箱内部的温度进行检测，把温度信号转变成电信号,报警电路则是对温度超过预定值时，扬声器发出报警。使用电脑的人可以及时采取措施，暂停使用电脑或者关闭电脑，这样电脑就不容易损坏。
此次设计的电路，具有集成度高，耗能少，成本低，实现功能多等诸多优点，具有一定的市场开发潜力。

1 设计方案
1.1 功能描述
本次的毕业设计题目是个人电脑过热警告器设计。在拿到该毕业设计题目后，我做了设计的前期准备，对该选题的要求进行了深入的思考，在此基础上查找了与之相关的资料。
在设计的电路中，通过温度传感器LM35采集外界温度，当电脑内部的温度超过规定的预置阈值时，经过运放CA3130的检测和555多谐振荡器的调制，产生扬声器发声。
1.2 总体设计
温度过热告警设计总体设计方框如图1-1所示，温度传感器采用LM35，运算放大器采用CA3130，进过555多谐振荡器调制产生对扬声器发声。

图1-1总设计框图

2 系统电路设计
2.1 温度检测系统
温度传感系统只有由传感器LM35来实现温度值在0℃—100℃范围内调节。传感器LM35(IC1)提供片内信号调节功能，包括放大、电平移位和倒相。信号调节后，温度每升1℃，输出电压就增加10mv。因此对于0℃至100℃的温度范围，相应的输出电压范围为0V至1V。其线性图像如图2-1所示

图2-1 传感器LM35的线性图（Vout/t =10）
运放CA3130(IC2)为电压检测级，它将温度传感器的输出电压与比较器预置的基准电压相比较。如温度传感器的输出电压超过基准电压，则比较器的输出变高，使后面的低频振荡器IC3投入工作，转而激活音频振荡器驱动扬声器LS1发出“毕……毕”的告警声。基准电压的大小决定了触发告警的温度。
在元器件的选型方面我也根据电路要求选择了LM35作为本电路的温度传感器，它是美国NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说， LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。
•工作电压：直流4～30V；
•工作电流：小于133μA
•输出电压：+6V～-1.0V
•输出阻抗：1mA负载时0.1Ω；
•精度：0.5℃精度（在+25℃时）；
•比例因数：线性+10.0mV/℃；
•使用温度范围：-55～+150℃额定范围。
2.2 电压检测级的设计
运算放大器CA3130将温度传感器的输出电压与比较器预置的基准电压相比较。如温度传感器LM35的输出电压超过基准电压，则比较器的输出变高，使后面的低频振荡器IC3投入工作。
IC2是用作比较器的运算放大器CA3130，VR1提供基准电压，可在0-1V内任意设定，基准电压加至IC2的反相输入端，LM35的输出则耦合至同相输入端。
当温度上升到25℃为正常值，此时IC2 中V3>V2 ，V6=5v; IC3 555多谐振荡器和IC4555多谐振荡器正常工作。
当温度上升大于25℃到35℃，此时IC2 中V3一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，应用于几乎所有的行业当中。
CA3130是高阻型运算放大器，这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。
2.3 多谐振荡电路的设计
多谐振荡电路是由2个555多谐振荡器组成，当温度传感器的输出电压超过基准电压时，CA3130比较器的输出变高,使1Hz的低频振荡器IC3投入工作，转而激活频率为2.5kHz的音频振荡器驱动扬声器LS1发出告警声。基准电压的大小决定了触发告警的温度。输出波形是受1Hz调制的突发脉冲，用来推动扬声器发声。
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。
它没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形如图2-3所示

图2-3 555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形

由555定时器构成的多谐振荡器图2-3 （a）所示，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的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。
由于接通电源瞬间，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，故高电平触发端与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这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充 =（R1＋R2）C。
由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进入第二暂稳态。其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，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。接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。如图2-4（b）所示为工作波形。
2.3.1 NE555的特点
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
NE555的集成电路外形、引脚、内部结构如图2-4所示

(a) 外引线排列图　　　　　　　　　　　(b) 内部结构图
图2-4 NE555的集成电路外形、引脚、内部结构
GND：接地端 ：低触发端 OUT：输出端 ：复位端
CO：控制电压端 TH：高触发端 D：放电端 VCC：电源端

Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。
Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
2.4 系统总体构成
本系统由温度检测系统、正反馈电路、多谐振荡电路组成。电脑过热告警单元可用小块PC扩展卡的形式制作，在PC主机中找一块空闲的地方安置插槽，一插即可。告警单元的消耗电流仅12mA，可用PC中的电源供电。其电路设计原理如图2-5所示

图2-5电路设计原理图
首先传感器LM35(IC1)进行对外界温度的检测，运放CA3130(IC2)将温度传感器的输出电压与比较器预置的基准电压相比较。如温度传感器的输出电压超过基准电压，则比较器的输出变高，使后面的低频振荡器IC3投入工作，转而激活音频振荡器驱动扬声器LS1发出“毕……毕”的告警声。
根据日常我们使用电脑主机箱内的温度判断，在40℃是一个过热温度，超过这个温度时电脑不正常运作了，此时，我们就要制定报警系统。CA3130是一个电压比较器，通过C3电容的充放电将信息反馈到IC3（555多谐振荡器）。IC2为Pin6输出为高电平时，IC3的Pin4复位，同时我们可以调节VR1的设定，对多谐振荡电路的调节控制输出电路对扬声器告警。
3 硬件的制作与调试
3.1 实物的制作过程
在实物的制作中，首先就是对电路元器件的选型，选择合适的参数，质量及合理的成本等。其次是用电子实用软件（PROTEL99SE）来进行画图，包括电路原理图和PCB刻板图。再就是将元器件插在刻好的PCB板上，进行焊接。
在完成硬件的画图后，我没有立即进行PCB板的绘制，而是把所有要用到的元器件，进行了详细了解，分析它们各自的电器属性，对部分元器件的封装在protel软件中没有的，我用游标卡尺，测量其外观大小，及管脚距离，然后绘制元器件的封装图。
雕刻时，应注意：第一PCB板的尺寸应适中；第三，雕刻软件打开后，刻度的精细应调整好，在保证电气属性导通的情况下，尽量选择大一些的刻度，这样可以缩短雕刻时间；第四，雕刻好的PCB板，在用钻机打洞时，应在PCB板下放一块软一些的废旧板子，以保护钻机的钻头。
最后，焊接工艺也是相当重要的，既要保证焊接的工艺，尽量不出现虚焊、漏焊、错焊；也要遵循焊接原则，元器件从低到高焊接。
经过以上步骤，此次的毕业设计实物基本完成。
3.2 硬件的调试
由于实物调试存在很多难点:第一,芯片的好坏，很难检查出来；第二，焊接工艺要求很高，焊接的不好，对功能的实现有很大的影响。
在实物制作好之后，我对实物进行了调试，结果扬声器没有发出声音。我检查硬制板及焊接的质量情况。仔细观察有几个焊点出现了虚焊，然后我及时将他们重新焊。同时利用万用表等工具对电路进行检测。观察有极性元器件是否连接正确。在检查无误后通电再次进行对VR1阻值调节，使温度达到正常值扬声器不工作，如果温度超过正常值扬声器就发出告警声音。

结论和谢辞
在这次设计过程中我用到了模拟电路、数字电路、Protel 99 SE等课程学到的知识，让我明白自身知识的不足，很多方面需要进一步加强。在整个毕业设计期间我进一步了解了PCB板的制作，很多以前没注意到的地方，通过本次学习收获不少；进一步提高了硬件产品设计与开发能力，我意识到以后的学习，要理论联系实际，把我们所学的知识用的实际当中。通过这次设计我学会了查找问题、分析问题、处理问题的方法，可以说为今后的工作、学习都打下了比较坚实的基础。
本论文的设计是在徐晶晶老师的悉心指导下完成的。从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出稿件中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。在做实物时，赵云老师给予我很大的支持，帮助我操作雕刻机，李国平老师为我提供了大部分元器件，让我深刻体会到金华职业技术学院信息学院的老师们严谨治学的教学态度，使我受益非浅。
写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

参考文献
[1]何小艇.电子系统设计[M] .浙江大学出版社，2005，8：55～100.
[2]郭健华.数字电子技术与实训教程[M] .人民邮电出版社，2007，6：62～85.
[3]余红娟.电子技术基本技能 [M] .人民邮电出版社，2009，8：12～50.
[4]唐俊英.电子电路分析与实践[M].电子工业出版社, 2009，7：126～148.

附件1．硬件电路图

附件2．PCB图

附件3．元器件清单
元器件名称
元器件参数
电源接口
1个
NE 555
2个
CA3130
1个
LM 35
1个
蜂鸣器
1个
电位器
10KΩ
电阻R1
10kΩ
电阻R2
4.7kΩ
电阻R3
2.2MΩ
电阻R4
33kΩ
电阻R5
330kΩ
电阻R6
15kΩ
电阻R7
47kΩ
电容C1
10μF
电容C2
4.7μF
电容C3
1μF
电容C4
0.01μF
电容C5
0.0047μF
电容C6
0.01μF
电容C7
220μF