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1、1 绪论温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制又十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，让人们也迫切需要检测与控制温度。温度报警器广泛应用于工农业生产以及日常生活中：环境温度检测，机房温度监测及报警，蔬菜大棚、花窖、鱼塘水温监测，工厂用的烘箱、电炉，汽车低温报警（提示司机路面结冰），实验室，冷库、仓库温度监测及报警等等，其研究具有一定的学术价值和广泛的市场前景。1.1 温度报警器概述现代社会是信息化的社会，随着安全化程度的日益提高，机房作为现代化的枢纽，其安全工作已成为重中之重，机房内一旦发生故障，将导致整个系统的瘫痪，造成巨大的损失和社会影响。造成高温火灾有
2、：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产生高温或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间通电工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时超温报警系统就发挥应有的功能。1.2 温度报警器技术状况现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术) 、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。因此传感器在此温度报警器的制作中起了
3、重要的作用。(1) 传统的分立式温度传感器(含敏感元件) ；主要是能够进行非电量和电量之间转换。(2) 模拟集成温度传感器/控制器。(3) 智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 2 设计方案及思路2.1整体电路构思本次温度报警电路的设计我们用压电陶瓷蜂鸣器作为报警电路的电声元件，通过电压的变化来模拟温度的高低，以0为0mv，温度每上升1，递增2mv；由于变化的电压值较小，所以我们采用放大电路对其进行放大100倍，然后通过后级比较电路对电压进行比较，当温度在10至30范围内（允许误差1）即电压在20mv至60mv时报警器不发声响，当温
4、度超过这个范围时，即当接收到的输入电压（前级放大器的输出）小于2V（10时放大器输出为2v）或者大于6v时（30时放大器输出为6v），输出高电平以驱动后级的发生报警电路报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，即当温度高与30时，报警器发出两种频率交换的“嘀嘟”声响；当温度低于10时，报警器发出单频率声响。电路所需直流电源由5v和12v的直流电压提供。2.2设计方案电路框图如下：温度模拟信号放大比较电路音频报警器直流电源根据整体构思，所设计电路分为四个模块：直流电源、信号放大电路 ，比较电路和报警电路。其中直流电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压器组成。其中放大器的设计，既可以采用三极管放
5、大，也可以采用集成运放放大，考虑到电路检测的方便，采用集成运放设计放大电路。对于比较器的选择还是比较定向的，因为书上学过的比较器，例如单限比较器、滞回比较器等，都不能实现我们要控制一段连续区域的要求，所以我们就选择了窗口比较器，可以模拟实现高温低温。蜂鸣器有单双频之分，亦有两种设计方法：三级管构建单双频电路或555构建单双频电路，为使电路简单易检测，决定采用555构建单双频电路。3 单元电路设计3.1直流电源电路设计直流稳压5v，12v电源的设计，输入交流电220v（峰值312v）50Hz。稳定直流电源设计的一般思路是让输入电压交流电220v（峰值312v）50Hz先通过电压变压器（降压到合适
6、的数值，如16v），再通过整流网络（将正弦波电压转换为直流脉动电压（直交流成分均有），然后经过滤波网络（减小电压的脉动），最后经过稳压网络（使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻的影响）。采用整流桥实现整流的目的，以2200uF的大电解电容作为滤波电路，采用固定式三端集成稳压器7805、7812来稳定输出电压。如图所示：（幅值311v）50Hz交流电经变压器220:16输出两组独立的16v交流电，经整流桥、大电容滤波后分别经过集成稳压块7812与7805作用得到+12v、+5v的直流输出电压。稳压电源组成如图1所示：图3.1 直流电源系统方框图电源变压器：将电网提供的220v交流电压转换
7、为各种电路设备所需的交流电压。图3.2 Proteus模拟直流电源电路图3.2放大和比较电路的设计3.2.1放大器电路图3.3 放大器电路图此电路是同相比例运算电路，电路引入了电压串联负反馈。该电路的放大倍数为： 处加一个+12v的直流电压（即7812的输出端），通过滑动电位器来改变放大器的输入电压。根据实验设计要求（当温度在10至30范围内（允许误差1）时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，报警器发出声响。以0为0mv，温度每上升1，递增2mv）即低于20mv报警（単频），20mv-60mv不报警，高于60mv 报警（双频）。经过LM324放大100倍后，就变为01.9v报警（単频），2v
8、6v不报警，6.1v10v报警（双频）。再经过窗口比较器注意事项：与要取合适的值，应尽量小点，以提高电路的灵敏度。3.2.2 窗口比较器电路 图3.4 窗口比较器电路图由LM324中的两个运放组成1个窗口比较器，以12v为电源电压，通过调节电位器RV2、RV3来确定窗口比较器的两个基准电压，使分别为2v、6v，调节好后使其稳定不再变化。放大器的输出电压与两个基准电压进行比较，若小于2v，则B运放输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D15v稳压管使输出电压稳定在5v；若在2v与6v之间，则运放B与C输出都为低电平，即电压为0；若大于6v，则运放C输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D15v稳
9、压管使输出电压稳定在5v。注意事项：稳压管D1、D2的作用是稳定窗口比较器的输出电压，但前提是窗口比较器的输出电压必须大于稳压管D1、D2的稳压值。运放输出端所加保护电阻不应过大否则稳压管将起不到稳压作用。3.3 温度报警电路根据任务与要求，要有两种不同的报警声音，因此我们设计两种报警电路，单频报警电路和双频报警电路。音频报警电路的制作可以用NE555和电阻、电容组成，我们选用555集成定时器来制作多谐振荡器从而做出音频电路。图3.5 低温报警电路此电路中4端口接窗口比较器的D1稳压输出，4端口为一个复位端，当D1为高电平（温度低于10即放大电路输出电压小于2v）时，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发
10、出单频声音报警。此振荡电路的振荡周期为占空比 ：图3.6 高温报警电路高温报警采用双频报警，该部分用到了两片555定时器。U5的作用是控制高低音的持续时间，高电平持续时间即为电容C的充电时间，低电平持续时间即为电容C的放电时间；U6的作用是将高音与低音转换成频率然后输出。对于U5振荡电路的充电时间为： 即高电平持续时间也就是低音的持续时间。放电时间为： 即低电平持续时间也就是高音的持续时间。占空比：当U5输出为地电平时对于U6振荡电路的振荡周期为+高音振荡频率:当U5输出为高电平是U6振荡电路的振荡周期为：+低音振荡频率:根据参数计算公式可得，双频的高低音持续时间以及高低音频率只与和555外部
11、连接的电容C和电阻有关，因此我们可一通过改变555外部电路的电容和电阻的大小来控制多谐振荡电路的振荡周期从而控制蜂鸣器发出声音的高低和频率。U6的4端接D2端稳压输出电压，当D2为高电平（温度高于30即放大电路输出电压大于6v）时，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发出“嘀嘟”的双频声音报警。4 电路仿真分析4.1仿真步骤（1）根据自己所画好的电路图，在PROTEUS元器件库选择相应的元器件。（2）用导线将元器件按图连接好。（3）将元器件相应参数设置好。（4）进行电路仿真，根据仿真修改相应的参数。4.2电路仿真通过用Ptotues软件进行仿真，将各个模块连接好后进行仿真。图4.1 总电路图4.2.1 仿
12、真结果：图4.2 温度低于10时发出单频报警输出波形图4.3 温度高于30时发出双频报警输出波形5 总结和体会时间过得真快，课程设计就要交了，在这2周的时间里，我学到了很多，也让我体会到了学习的重要性，如果没有认真学习，很多事情是不能做出来的。电子技术综合课程设计是基于数模电的课程设计，是学习电子技术的一个重要环节。本次课程设计棋的流程大体为：课程设计动员大会、指导老师分配小组课设任务、各小组进行审题分析并设计电路。本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。设计的过程中遇到过挫折和困难，当我们发现电路连接完却不能正常运行时大家都很沮丧，但我们又立刻振作
13、起来，与别组同学进行了探讨。课程设计时很累，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。同时我认为我们的工作是一个团队的方式进行的，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 在设计的过程中我们用了自己的理论知识去分析和计算电路图，虽然将所学的知识运用到现实当中去了，但是我们从这次课设中总结的结论是，理论永远是理论知
14、识，而实际往往和理论的有些偏差，因为我们不可能把实际当中的任何情况都能考虑进去，只有通过不断地去调试，理论与实际结合才能把系统顺利完成。通过这次课程设计过程，我觉得不能什么事都说成是理所应当是这样。要通过实践区证明，不然就会浪费很多的时间。我们对电路有了更深层次的认识，掌握了如何运用书本的知识去做一个较简单的系统，最终，通过大家努力把温度检测报警系统设计出来了。参考文献1 胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术基础.2004.7（2010重印），北京高等教育社.2 张克农，宁改娣.数字电子技术基础.第二版，北京高等教育出版社. 3 郭照南，电子技术与EDA技术课程设计，中南大学出版社.致谢这次课程设计总算顺利完成了，在设计中遇到很多编程问题，在老师的辛勤指导下，终于冲破层层阻扰，使问题迎刃而解。同时在余老师的身上，我们也学到了很多很多，他那严谨的学术态度让我很是肃然。在此我向余老师表示十分的感谢。同时也得感谢对我给予个帮助的所有同学和各位指导老师，在此再次表示衷心的感谢！附录附录A.元器件清单序号名称数量备注1变压器1220v16v2桥式电路13LM781214LM780515LM32416 55537蜂鸣器2 8电解电容11000F9电容5
