模电课程设计温度报警器.docx
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模电课程设计温度报警器.docx
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模电课程设计温度报警器
模电课程设计温度报警器(总13页)
课程设计报告书
温度报警器的设计
学院电子与信息学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
课程编号
课程学分
起始日期
教
师
评
语
教师签名:
日期:
成
绩
评
定
备
注
一、选题背景……………………………………………………………1
二、方案论证(设计理念)……………………………………………1
1、设计题目要求……………………………………………………………1
2、总体设计方案……………………………………………………………1
设计思路…………………………………………………………1
设计方案……………………………………………………………1
方案论证与比较……………………………………………………2
三、单元电路设计
3.1窗口比较器电路………………………………………………3
3.2555多谐振荡器电路…………………………………………3
3.2三极管基本开关电路……………………………………………4
四、整机电路
整机电路图……………………………………………………5
元件清单………………………………………………………7
五、性能指标的测量与分析………………………………………7
电路测试………………………………………………………………7
测试使用的仪器………………………………………………7
指标测试步骤、测量数据与分析…………………………7
故障分析及处理………………………………………………8
六、课程设计总结…………………………………………………9
七、参考文献………………………………………………………………10
温度报警器的设计
一、选题背景
设计制作一个测温电路,能够根据环境温度的变化产生相应的反应。
若外界温度t1,测温装置感所应的温度t(t>t1),加热到t2:
若t1 若t 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的变化。 要实现的功能: 假设常温为t1、经加热后的温度为t2,当测温装置感所应的温度t: t1 应解决的主要问题: 为完成上述课题所要求的功能,重点在于: 如何将不同区间的温度转化成我们所需要的电压或电流信息,进而通过这些信息实现不同温度区间的功能的实现;对扬声器和电路指示灯不同频率的控制。 应达到的技术要求: 对温度信号的准确获取;对扬声器和电路指示灯的频率的准确控制;各电路模块的整体配合。 本课题在于检测环境中的温度变化,可准确地运用于环境温度的检测。 2.1设计思路 使用窗口比较器进行对电压信号的筛选,使用555振荡器控制蜂鸣器和指示灯的闪烁频率,使用反相器对高低电平进行转换。 2.2提出方案 满足上述设计功能可以实施的方案很多,现提出以下几种方案: 2.2.1方案一 ①原理方框图(图1) 图1方案一原理图 ②原理 通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,另一部分通过反相器接555以及指示灯,使之满足一下条件。 当t1 当t 2.2.2方案二 ①原理方框图(图2) 图2方案二原理图 ②原理 先将温度变化转化成的电压变化输入555多谐振荡器,在555多谐振荡器的输出端使用窗口比较器,对输出信号进行判断,并选择使蜂鸣器工作或者指示灯工作。 2.3对各方案进行可行性分析、比较,选出最佳方案。 方案一在实行起来可以分步完成每个部分的电路,最后再一起进行调试。 先使用窗口比较器,可以准确区分电压的不同,并使用两个555多谐振荡器进行频率的设定,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,但是由于指示灯和蜂鸣器的频率要求不同,在之后的电路中难以达到频率要求,将窗口比较器接在多谐振荡器的输出部分也比较复杂。 因此,选择方案一进行实验。 三、单元电路设计 3.1窗口比较器电路 3.1.1窗口比较器电路及其工作原理或功能说明 窗口比较器具有两个门限电平,可以检测输入模拟信号的电平是否处在给定的两个门限电平之间。 在元件选择与分类,或对生产现场进行监视与控制时,窗口比较器(图3)是很有用的。 当输入电压uI>URH时,uI>URL,所以集成运放A1的输出uO1=+UOM,A2的输出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uI 使得二极管D2导通D1截止,电流通路如图所标注,稳压管DZ工作在稳压状态,输出电压uO=+UZ。 URL URH和URL分别为比较器的两个阈值电压,设URH和URL均大于零,则传输特性如图4所示。 图3窗口比较器图4传输特性 3.1.2窗口比较器电路元件的选取与计算(元件标号见整机电路) R(20度)=Ω R(70度)=Ω 取R1=Ω,可得R6: R7: R8=3: 1: 2。 因此取R6=3kΩ,R7=Ω,R8=2kΩ。 3.2多谐振荡器电路 3.2.1多谐振荡器电路及其工作原理或功能说明 由555定时器构成的多谐振荡器如图5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,电路进人第二暂稳态.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。 不难理解,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。 x图6所示为工作波形。 图5555多谐振荡器图6振荡器波形 3.2.2多谐振荡器电路元件的选取与计算(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)=, 取C1=10nF,R11=R12=47kΩ。 指示灯: F2=;T2=2s 所以C3(R15+2R16)=, 取C3=10uF,R15=R16=100kΩ。 3.3三极管基本开关电路 3.3.1三极管基本开关电路及其工作原理或功能说明 负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间,而位居三极管主电流的回路上,输入电压则控制三极管开关的开启与闭合动作,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,使集电极流过更大的放大电流,因此负载回路便被导通,而相当于开关的闭合,此时三极管乃工作于饱和区,集电极电压接近0;当输入电压为低电压时,三极管呈闭合状态,由于基极没有电流,因此集电极亦无电流,致使连接于集电极端的负载亦没有电流,而相当于开关的开启,此时三极管乃工作于截止,集电极电压接近电源电压。 图7三极管基本开关电路 3.3.2三极管基本开关电路元件的选取与计算(元件标号见整机电路) 在输入高电平的时候,三极管导通,为了使输出为低电平,应该使压降足够大,因此R4要足够大,我选取R4=62kΩ。 为了防止R3分压太大,影响高电平,因此R3应该选取较小的电阻,我选取R3=1kΩ。 四、整机电路 整机电路图 图8整机电路图 元件清单 R1=ΩC1=10nF R2=mf58热敏电阻C2=100nF R3=1kΩC3=10uF R4=62kΩC4=100nF R6=3kΩD1二极管 R7=ΩD3稳压管 R8=2kΩD43V稳压管 R10=1kΩD5二极管 R11=47kΩD6稳压管 R12=47kΩ R15=100kΩ R16=100kΩ R18=1kΩ 此外,还有Lm3241个,三极管90141个,5552个,蜂鸣器1个,绿色发光二极管1个,以及8V电源。 五、性能指标的测量与分析 对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析,得出结论和推论。 电路测试 测试使用的仪器 直流电压源,示波器,万用表。 指标测试步骤、测量数据与分析 热敏电阻 降温 常温 加热 比较器输出 集电极电压 蜂鸣器 响 不响 响 指示灯 不闪烁 闪烁 不闪烁 频率 表1 结果分析: 正常温度下,窗口比较器输出低电平,经过反相器之后变成高电平,灯 光闪烁模块启动;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,音频报警模块启动,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,工作周期。 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,工作周期。 故障分析及处理 在调试时发现窗口比较器输出高电平时,指示灯和蜂鸣器都在工作,用万用表测量,发现反相器的输出电压有,使555多谐振荡器工作了,为了让反相器输出电压接近0,增大集电极电阻的阻值,最终使用了62kΩ的电阻,使输出接近0。 发光二极管直接接多谐振荡器的输出,发现会烧坏二极管,因此查找了资料,绿色LED的工作电压为3V左右,所以选择3V的稳压二极管与1k的电阻串联,并将指示灯并联在稳压二极管两端。 三、课程设计总结 这次的课程设计,让我扎实了自己的数字电子技术与模拟电子技术的知识。 由于是第一次做这种课程设计,在开始看到题目的时候完全不知道从哪里入手,没有任何思绪,于是去网上找到了一些温度报警器的原理图,还有一些温度报警器电路的设计思路及方法。 然后,我自己便有了一些对本电路的设计方案,再结合上学期学习的模电与数电课程,对于我想要达到的要求,参考课本找到了相应的电路。 再分别对应不同的要求,比如频率要求,温度要求,来计算参数,最后将不同分工的电路连接在一起,在multisim上先进行了仿真,也让我更加熟悉了这个软件的使用。 虽然电路图设计好了,但是在面包板上做的时候也出现了不少困难,首先,元件并不是完全按照要求的,因此测试的时候有很大的误差,为了达到要求,不得不更换元件,因此最后使用的元件与计算的值有部分不同。 而实验时小的错误经常会被放大,时实验结果不正确,也让我知道了做每一步都要仔细和严谨。 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,这次实验也提高了我的动手和实践能力。 参考文献 [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,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,模拟电子技术实验,华南理工大学电气信息及控制实验教学中心,.
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- 关 键 词:
- 课程设计 温度 报警器