温度报警器项目设计方案

温度报警器的 设计 - 1 - 温度报警器 项目设计方案 一、任务和要求： 1、用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件； 2、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，并根据不同音调区分温度的高低。即： （ 1）当温度高与 30时，报警器发出两种频率交换的“嘀 嘟”声响。 （ 2）当温度低于 10时，报警器发出单频率声响。 3、温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以 0为 0度每上升 1，递增 24、设计并制作本电路所用直流电源。 二、设计框图 三、所需仪器设备 1、数字万用表 一块 2、双踪示波器 一台 3、直流稳压电源 一台 4、剪刀、 镊子 各一把 5、面包板 一块 目录 温度模拟信号 直流电源 放大比较电路 音频报警器 温度报警器的 设计 - 2 - 一 5 体电路构思 5 计方案一 5 计方案二 5 案的选择 6 二 6 6 大器电路的设计 7 口比较器电路的设计 9 度报警电路的设计 10 三、电路的仿真图及装调和分析 12 源的装调 12 大和比较电路的装调 13 警电路的装调 13 3 4 整体电路的装调 13 四、实验结果分析 13 五、总结和体会 15 六、参考文献 15 七、附录 16 温度报警器的 设计 - 3 - 一、设计方案及思路 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 0度每上升 1，递增 2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 200温度超过这个范围时，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 630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。 电路框 图如下： 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； 放大器的设计采用集成运放放大； 对于比较器我们选择窗口比较器，通过电压的变化可以模拟实现高温低温。 报警电路有单双频之分，选用 555定时器作成多谐振荡器，以分别实现单双频报警。 电 源 电 路 比 较 电路 报 警 电 路 温度模拟信号 直流电源 放大比较电路 音频报警器 温度报警器的 设计 - 4 - 方案一： 优点：电路图简单，理论上可以实现报警功能。 缺点：比较电路需从直流电源直接取样，所取电压的范围大小不 满足对温度变化所对应的电压变化范围。 结论：不可行 方案二： 优点：通过放大电路的作用，能把对应的小电压放大到需要的电压范围，可行性强。 缺点：相对于方案一电路较复杂 结论：可行 二、单元电路设计 计 直流稳压 5V,12入 交流电 220v（峰值 312v） 50 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） 50压到合适的数值，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 1000大电解电容作为滤波电路，采用固定式三端集成稳压器7812、 7805来稳定输出电压。 如下图所示， 220V（幅值 311V） 5020:16输出两组独立的 16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 +12、 +5稳压电源组成如图 1所示： 图 1 直流电源系统方框图 电源变压器：将电网提 供的 220 温度报警器的 设计 - 5 - 0 0 0 5 1 2 0 3 3 12 W 0 0 5 T R 1T - 2 P 2 V O )V = 1 2 9 9V O )V = 5 5 3 71 流桥 选择 整流桥有两根输入交流线和两根输出直流线。经过整流桥上正极 M 波可提供一个 +12 +12过稳压、滤波就可以提供一个 +5流桥负极接地。整流桥的这样就可以给后面的系统提供工作电压了。 （ 1） 稳压管型号，输入电压和输入电流 220v 电网电压经过通用变压器 压至 16V， 16V 交流电压经 桥式电路 整流 ， 滤波作用后变 成直流电压， 整流成直流的电压，需要 +12v 的电压，故选用 7812 型号；稳压管的压差 6v 左右，则输出 12v 左右，选用 7805 型号的，经过稳压管的消耗，稳压管的电压输出为 +5v。 （ 2）故输入电压 2+3+ 电源变压器的副边电压有效值： 13v，所以变压器的输出电压取值是 13v，输出电压是最大值是 2*13 18v （ 3）滤波电容： C=10006000以电解电容的参数： 1000 路的设计 （自己设计部分） 计任务 和要求 设计一个 10 30以外的温度报警器，需要用电压来代表温度，设 1用 2替，那么在10 30则表示成 2060电源供的电压在 2060围以外的电路报警，而电源提供的电压为 5v，与所取电压相差很大，这时需要将所取电压放大 100 倍，即 2V 6V 以外的电压电路报警，需设计一个放大器电路，对电压进行放大，为后续电路做好铺垫。 温度报警器的 设计 - 6 - 计原理 用 直流恒压源供电，为了满足增大输入电阻，减小输出电阻，以减少电源的内阻消耗，提高电路的带负载能力。所选运算放大器功耗低；输出电压与输 入电压同相。用一个可调 电位器 来模拟温度的变化。 计方案 选运算放大器： 绍： 列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到 或者高到 32 伏的电源下，静态电流为 静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它的特点是将 4个功能独立的运放集成在同一个集成芯片里，这样可以大大减少各运放由于制造工艺不同带来的器件性能差异；采用统 一的电源，有利于电源噪声的降低和电路性能指标的提高。 特点： 。 。 3 大 100 。 具体设计原理：电压串联负反馈，同相比例放大。 (1) )4(1)3(11)2(0得到 上式表明 电阻选择：因为电源电压为 +5V，应选择千欧级电阻，以满足输入电压毫伏级的要求。 放大器电路图： 温度报警器的 设计 - 7 - 321411U 1 : 3 2 4 o l t s+ 6 B A T 16 0 m 此电路是同相比例运算电路，电路引入了电压串联负反馈。 根据“虚短”和“虚 断 ” ,因为净输入电压为 0， N= 1+） =（ 1+99/1） 00即 ： V 1230 )1( 如电路总图图） 处加一个 +12v 的直流电压（即 7812 的输出端），通过滑动电位器 改变放大器的输入电压 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 0度每上升 1，递增 2低于20频）， 20于 60警（双频）。 大为 12 100000 1000=20过 00倍后，就变为 0 频）， 2v 60频） 。再经窗口比较器比较输出给后续电路 。 设计 （自己设计部分） 温度报警器的 设计 - 8 - 窗口比较器电路图： 321411U 1 : 3 2 4567411U 1 : 3 2 4o l t s+ 0 V o l t B A T 11 2 T 25 T 3153 4 7 B R 53 4 7 B R 个窗口比较器，以 12过 60k、 40k、 20 窗口比较器 的两个基准电压 分别为 2V、 6V。 放大器的输出电压 v，则 B 运放输出为高电平，输出端接一个保护电阻经 过 v；若 v 与 6v 之间，则运放 输出都为低电平，即电压为 0；若 v，则运放 A 输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过 压管使输出电压稳定在 5v。 注意事项： 稳压管 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 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。 度报警电路 的设计 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 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。 低温报警电路 温度报警器的 设计 - 9 - 5 5B U Z 1B E 0 1 u F u 端口接窗口比较器的 4 端口为一个复位端，当 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，蜂鸣器发出单频声音报警。 此振荡电路的振荡周期为 T ：5 54 2单频产生的波形如下图： 温报警电路 温度报警器的 设计 - 10 - 5 5 5 5 0 1 u u 2 2 u Z 1B E 部分用到了两片 555 定时器。 作用是控制高低音的持续时间 ； 作用是将高音与低音转换成频率然后输出。 双频的高低音持续时间以 及高低音频率只与和 555外部连接的电容 此我们可以 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。 端接 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。 双频产生的波形如下图： 三 、电路的 仿真图及装调和 分析 注： 单元电路的仿真图都已在单元电路设计中给出，总体电路仿真图在附录 C 中给出，这里不再 重复画出。 源的装调 用万用表测量从 2 排除：经过仔细的检查发现电路接通后 后我们判断该三端稳压器是坏的，不能使用。然后我们更换了一个新的 通电源再次测量结果输出 为 12满足要求，电源制作完成。 温度报警器的 设计 - 11 - 大和比较电路的装调 满足需求 。 解决 ： 改变了滑动变阻器的数值，使放大倍数在 100 左右 。 出端稳压管输出电压高电平 太高 。 解决 ： 经检查发现稳压管不满足电路要求，计算参数更换电容后 输出高电平正常。 警电路的装调 1：电路连接好后调节温度模拟电位器超出 30温度时高温双频不报警。 解决 ： 由于电容没有接地造成，接地后正常报警。 2：高温报警发声与所要求的声音不同。 解决 ： 通过 检查及计算后得到了更 合理的参数，更换了电阻 和电容 后发出的声音即为“嘀 报警声。 3 4整体电路的装调 通过上面电路的的连接检查整体电路无误后接通电源，然后通过电位器模拟温度变化； 1，当温度低于 10时发出“嘀 嘀”的单频报警： 2当温度高于 30时发出“嘀 嘟”的双频报警 总体电路图见附录 C 四、实验结果分析 项目 理论值 测量 值 整流桥输出 16 V 不带负载的变压器输出 16 V 带负载的变压器输出 16 V 放大器输入 放大器输出 窗口输出单频 窗口输出双频 单频蜂鸣器 双频蜂鸣器 不响 响 不响 响 响 项目 理论值 测量值 7812 12v 度报警器的 设计 - 12 - 7805 5v 对误差为： （ *100%=， 时， 出为低电平， 出为高电平，即 =0， =1，基本 ，晶体管 出端 低电平。 当 时，基本 路亦保持原状态不变。 综上所述，可得 555定时器功能如表所示。 输 入 输 出 复位 出 体管 T 0 0 导通 1 1 导通 1 保持 保持 温度报警器的 设计 - 16 - 附录 序号 名称 数量 备注 1 变压器 1 220v 16v 2 桥式电路 1 3 4 5 6 555 3 7 蜂鸣器 2 8 电解电容 1 1000 F 9 电容 1 100 F 10 电容 1 11 电容 1 12 电容 3 10 F 13 电容 2 14 电容 1 15 电阻 2 10016 电阻 3 1017 电阻 1 118 电位器 3 10019 电位器 1 5020 电位器 1 121 电源插头 1 22 导线 若干 温度报警器的 设计 - 17 - 附录 321411U 6 : 3 2 4 01 : 3 2 41098411U 6 : 3 2 4R 1 16 0 24 0 32 0 1 5 5B