温度检测与报警系统—模拟电路论文报告.doc

课程设计报告 课程设计名称： 模拟电路 课程设计题目： 温度检测与报警系统 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 电子信息工程 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 20 13 年 9 月 23 日 模拟电路 课 程 设 计 任 务 书 20 13 20 14 学年 第 1 学期 第 1 周 4 周 注： 1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 题目 温度检测报警系统设计（报警电路模块） 内容及要求 检测温度范围为 0c100 c，采用箔电阻、精密电阻及电位器组成测量电 桥 为温度传感器；4 可设定报警温度上限值 0c100 c，我们选的是超过 60 摄氏度的时候报警； 当检测温度超过设定上限值时，发出蜂鸣器报警声，要求报警声滴滴间断 发 声，频率约 1hz； 进度安排 1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 第一周 2 天； 2. 领元器件、焊接、制作：第一周 3 天 3调试：第二周 2 天 4. 验收：第二周 0.5 天 5. 写报告：本学期 37 周 学生姓名： 指导时间:第一、二、四周 指导地点：e 505 室 任务下达 20 13 年 9 月 3 日 任务完成 20 13 年 9 月 27 日 考核方式 1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它 指导教师 杨焱 系（部）主任 2、课程设计结束后与“课程设计小结” 、 “学生成绩单”一并交院教务存档。 摘 要 温度检测报警器是专门用来检测电器是否正常使用的一类系统，日常生活中各 电器由于使用方法不对，经常会出现烧坏电器，更严重的是可能会造成严重的生命 安全问题当温度超过设定安全温度时系统会发出蜂鸣声来报警，当处于正常工作状 态时则无报警信号产生。 设计温度检测报警系统，通过 pt100 随温度不同而表现不同的阻值设定不同的 报警温度，进而设定不同的报警温度。当温度超过设定值时，由蜂鸣器通过有频率 的鸣叫进行报警。对于电源部分首先通过变压器对 220v 交流电压进行降压，其次 通过桥式整流电路将交流转化为直流，再次运用电容滤波电路输出比较稳定的直流 电压。对于其它模块首先通过 pt100 对温度采集和放大，再进行信号的过滤，而后 通过比较器设置相应阈值，当高于设定值时输出高电平，此时方波发生器不驱动， 当低于设定值时输出低电平，方波发生器驱动，进而驱动蜂鸣器报警。 温度检测报警系统可以随时提醒人们用电器是否工作在正常温度范围内，对整 个系统和用电器都能起到保护作用。本次系统的设计可以检测到输入信号是否工作 在正常的温度范围内，当温度超过设定温度时会产生报警信号，反之则不报警。本 次设计精密温度检测系统，报警可调等特点。 关键字：温度检测 报警 蜂鸣器 滤波 方波发生器 目录 第一章论.1 第二章 整体设计内容及要求2 2.1 设计内容.2 2.2 设计要求.2 2.3 设计目的.2 2.4 总体方案设计.2 第三章 系统电路设计.4 3.1 温度采样与放大.4 3.2 报警控制.5 第 四 章 系 统 调 试 .6 4.1 电路的安装.6 4.2 调试.6 第五章 总结与展望.8 参考文献9 附录一 电路原理图.10 附录二 芯片介绍.11 附录三 元件清单.13 1 第一章 绪论 随着时间的推移，各家生活水平普遍提升，家家户户慢慢走向了电器化的生活。 像人们平常使用的电吹风，电热水壶 ，电热毯，空调等家用电器，而对于这些电器 都普遍面临一个安全隐患，如果能对这些电器实现报警检测则对于现在都追求以人 身安全为重要问题的人来说则会十分受欢迎，相信大家都会很乐意多花一点钱来买 个安心。而要解决这个问题则成为了当前商人和消费者所关心的事情。 目前，这一技术在国内外已经得到很好的发展和提高，普遍使用于医疗、电机、 工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。日常生活中， 各大电器都需要使用到这个模块来保证电器使用是否正常。人们不断提高对用电器 的安全使用及对用电器的及时保护。由我们这种最基本模拟电子技术来设计和控制 的发展到用数字电路来实现及控制，最后通过单片机的编程来实现自动控制。这对 于电子技术来说是一个飞跃式的发展。而且这一技术在国内外也越来越受到大众的 关注，人们开始大量使用这种报警电路来判断这个电器是否处于一个安全工作的温 度状态。由于现在学习的知识有限，还不能达到很高层次的做好这个课题，仅仅只 用了所能运用的模拟电子技术来实现这一阁功能，虽然说还是比较低级的，但还是 蛮成功的。今后一定会用更好的技术来实现这一功能。 2 第二章 设计要求 2.1 设计内容 设计一个温度检测报警系统 2.2 设计要求 检测温度范围为 0100 ，采用箔电阻、精密电阻及电位器组成测量电桥 作为温度传感器； 可设定报警温度上限值 0100 ，我们选的是超过 60 摄氏度的时候报警； 当检测温度超过设定上限值时，发出蜂鸣器报警声，要求报警声喃喃间断 发声，频率约 1hz； 2.3 设计目的 1.通过该实验提高自身的实验素养，实验操作、设计、分析能力，学会将理论 运用到实践当中，学会实验调试过程的分析和处理。 2.设计并完成一个可以达到相应设计要求的温度检测报警系统。 3.学会电压源制作。 4.学会滤波，报警电路设计。 5.掌握 kia324、lm324、lm78、lm79 系列等芯片的使用方法。 6.掌握通过一个放大器设计方波发生电路。 7.掌握反馈放大电路的计算与实际运用。 8.掌握比较器电路运用与设计。 9.学会动手焊接一个美观、各项功能达到要求的电路。 2.4 总体方案设计 根据设计要求可以将该温度检测系统分为 4 个模块，分别为温度检测与放大， 滤波，方波发生及报警电路。由于电源部分是单独存在的，故系统除电源外整体设 计框架如图 2.1。 3 图 2.1 设计框架 温度检测放 大 方波发生电 路滤波 报警电路 4 第三章 电路组成及其工作原理 3.1 温度采集和放大 通过调节滑动变阻器来调节不同阻值使其转化成不同的电信号，而这个信号是 一个相对较小和变化相对缓慢的信号，此时就需要一个对该信号放大的电路，考虑 到有一定的干扰信号，而又要避免对干扰信号的放大，所以我们将采取差分放大电 路。仿真图如图 3.1. 图3.1 温度采集与放大 3. 2报警控制 该电路图左边部分是方波发生电路，右边部分是蜂鸣器控制报警电路。当方波 发生器输出高电平时，三极管饱和导通，蜂鸣器获得电工作发出鸣响，当方波发生 器输出低电平时三极管截止，蜂鸣器失电，停止工作。这就是为什么我们听到的是 滴答滴答的报警声。方波发生电路及报警电路仿真图如图 图 3.2 方波发生电路及报警电路 5 第 四 章 整 体 电 路 调试 4.1 电路的安装 为了验证系统的合理性和可行性,需要对系统进行组装调试。本次课设分了四个 模块，有电源电路、温度检测放大电路、滤波电路、方波发生电路和蜂鸣器驱动报 警电路。大家一起合作完成了四个模块的组装调试，最后一起进行了整个系统的调 试。 4.2调试 按照系统图连接好实物图，分别按以下步骤调试,使用示波器、万用表等仪器进 行调试 1.将电源部分实物图焊接好后测得相应数据如下 芯片测量数据表 芯片型号 ui/v uo/v。 lm7812 1610 12.10 lm7912 -16.25 -12.18 lm7805 12.10 5.00 后在三芯片分别接入 10k 电阻后测得的各项输入输出电压几乎不变。 2.微调 r16，直到基准电压 u2d 的值为 5v（我们设计的报警电压） 。 3.电压源与其他设计电路连通后，把代替 pt100 的 200 的电位器调至 100 （pt100 对应的温度为 0 摄氏度） ，然后再微调 r3 直到 u1c 的电压值为零。 4将替换电位器再调至 123.24（pt100 对应的温度为 60 摄氏度，即我们设计 报 警的上限报警温度） 。微调 r5，再报警的一瞬间马上停止。 5.重复 3、4 步直到电位器 100 时 u1c=0,电位器为 123.24 时 u1c=5v。 6.经过反复测量调试的出以下表格 6 pt100 测试数据表 pt100/ r3/ u1c/v u2d/v u2c/v 是否报 警 100.10 100 -0.01 5 10.48 否 115 100 3.29 5 10.48 否 123.3 100 5.01 5 -11.96 是 150 100 10.42 5.01 -11.96 是 由“第三章温度采集放大”的计算介绍中可知： u1c=10(u1b-u1a) 经过测压得到以下数据：（pt100 为 123.3） u1b=0.91v u1a=0.3v u1c=5.01v 通过数据得到放大倍数 a=8.23 7.pt100 为 150 时，用示波器分别查看了 u2a 端与 u2c 端的波形、幅值、频率。 7 第五章 设计小结与展望 经过查询资料、方案设计、仿真测试、选用器材、焊接调试、连接电路的一系 列过程，运用低频模拟电子技术，实现了温度检测报警功能. 通过本次温度检测报警系统的设计，将目前学到的各低频知识点融合到一起形 成一个简单的系统，虽然该系统实用性可能并不好，但是通过系统设计可以检验到 自己的知识点掌握的怎么样。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，将所学的知识运用到现实当中去了。从这次课设中总结的结论是，在各 知识点学习中考虑的都是理论状态下的情况，而理论和实际总是会含有一定偏差， 我们不可能把实际当中各外界情况都考虑进去，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。 该系统的设计日让我们深刻理解了团队合作的重要性，只有各个模块设计合理 并且实现预期结果时，整体系统才能达到预期的结果。同时在调试中也需要互相合 作才能共同发现和解决实验中遇到的问题。 在这次的系统设计中，对一些测试硬件、multiuse 软件及其使用有了更深刻的 认识。比如说，我在实验中，知道是怎么样滤波，怎样使用采样和分析，另外，用 文档形式写报告，是我们以前从来没有尝试过的。可以说，做这次的测试技术实验， 我们学生自己的能力得到了充分的发挥，跟以往那些充满条条框框的实验是不同的。 对于实际情况中该系统实用性可能并不好，该电路运用的一些元器件和芯片性 能都不怎么好，还是处在低端水平，不过相信通过后续课程的学习，对该系统一定 会慢慢用更好的器件代替其中的一些模块，最终达到实用性也好。在这个电器逐步 普遍化的时代，温度检测报警系统已经得到了很好的发展,相信该系统一定会有很好 的发展前景，只要不断更新该技术，一定会有一片大好的发展前景。 8 参考文献 1.华成英.模拟电子技术基本教程. 北京:清华大学出版社,2006 2.邱关源,罗先觉.电路.5 版. 北京:高等教育出版社,2006 3.邓谦,刘清平,张琦,黄丽贞.电子技术实践 2低频电子线路实验指导 书南昌航空大学信息工程学院电子实验实践中心(自编) 4.谢自美.电子线路综合设计(第一版) m.武汉:华中科技大学出版社， 2006 5.沈小丰,余琼蓉.电子线路实验模拟电路基础m.北京:上清华大学版 社，2006 6.童诗白.模拟电子技术基础（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005 7.陈国华，陈红英. 应用电子技术专业大型实验的实践j. 实验室研究与探 索,1996,(04) 8.伍学珍. 模拟电子技术理论教学、仿真实验平台与实习三者的互动j. 阳 电力高等专科学校学报, 2001,(02) . 9 附录一 电路原理图 电路原理图如图附图 1. 附图 1 实验原理图 10 附录二 芯片介绍 1.78 和 79 系列集成稳压芯片资料（输出为固定电压值） lm7805 lm7812 lm7912 附 图 2 三 种 稳 压 芯 片 的 管 脚 图 lm7805、 lm7812、 lm7912 如 附 图 2 所 示 分 别 为 三 种 稳 压 芯 片 lm7805、 lm7812 和 lm7912 的 管 脚 图 。 将 稳 压 芯 片 正 面 对 着 自 己 ， 管 脚 在 下 ， 圆 孔 端 在 上 ， 左 中 右 分 别 是 123 脚 。 lm7805 输 入 端 接 6vdc， 输 出 的 是 5vdc； lm7812 输 入 端 接 12-14vdc， 输 出 的 是 12vdc； lm7912 输 入 端 接 12-14vdc， 输 出 的 是 -12vdc。 2.lm324 资 料 lm324 系列器件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 3.0 伏或者高到 32 伏的电源下，静态电流为 mc1741 的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。每一组运算放 大器可用图 1 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中 “+”、 “-”为两个信号输入端， “v+”、 “v-”为正、负电源端， “vo”为输出端。两个信号输入端中， vi-（-）为反相输入 端，表示运放输出端 vo 的信号与该输入端的位相反；vi+ （+ ）为同相输入端，表 示运放输出端 vo 的信号与该输入端的相位相同。 lm324 图形如附图 3 11 附图 3 lm324 图像 pt100 资料 它的工业原理：当 pt100 在 0 摄氏