温度报警器的设计

1、清华大学模拟电子技术课程设计说明书温度报警器学生姓名： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 完成时间： 2015年7月 模拟电子技术课程设计任务书学院：电气与信息工程学院 适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程 指导教师学生姓名课题名称温度报警器内容及任务一、设计任务利用集成温度传感器、集成运放等设计一个温度报警装置。当被测温度达到测量上限值时，可通过LED或蜂鸣器实现声（光）报警。电路设计方案自行确定。二、设计内容1、电路设计方案比较；2、电路参数分析计算和选择； 3、 单元电路设计并进行分析；4、实物制作；5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）

2、；6、撰写设计报告。三、设计要求及技术指标1、检测范围：室温50；2、被测温度达到50时，指示灯亮（熄灭）或蜂鸣器工作；3、测量精度±1；四、扩展要求与指标1、用数字电压实现温度显示，电压表满刻度对应50；主要参考资料1 康华光编.模拟电子技术(第5版).北京:高等教育出版社,20122 童诗白编, 模拟电子技术基础(第4版).北京:清华大学出版社,20093 华成英编, 模拟电子技术基础(第4版).北京:清华大学出版社,2011教研室意见教研室主任：（签字）年 月 日模拟电子技术课程设计任务书学院：电气与信息工程学院 适应专业：自动化、电气工程及其自动化、通信工程、电子信息工程 指

3、导教师学生姓名课题名称直流稳压电源内容及任务一、设计任务设计一个直流稳压电源，当输入为有效值220V的交流电压时，能产生±12V、±5V三组直流电压输出。二、设计内容1、电路设计方案比较；2、电路参数分析计算和选择； 3、 单元电路设计并进行分析；4、实物制作；5、系统调试（使用的仪器、测试数据表）；6、撰写设计报告。三、设计要求及技术指标1、要求输入电压为有效值220V、50HZ的市电交流电压，电源输出电压为±12V、±5V。2、最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压VOP-P5mV，稳压系数Sr5%。四、扩展要求与指标1、能显示电源

4、输出电压值，00.0-12.0V； 2、要求有短路过载保护。主要参考资料1 康华光编.模拟电子技术(第5版).北京:高等教育出版社,20122 童诗白编, 模拟电子技术基础(第4版).北京:清华大学出版社,20093 华成英编, 模拟电子技术基础(第4版).北京:清华大学出版社,2011教研室意见教研室主任：（签字）年 月 日 摘 要随着技术的不断开发和应用，电子技术的发展十分迅速，不断运用到生活的各个方面。设计结合温度传感器技术，集成运算放大器，以及电压比较器，和发光二极管组成的非常灵敏的温度报警器。设计采用热敏电阻作为温度传感器，相比传统的热传感器更具抗干扰能力，利用电压比较技术，更加强了

5、电路的稳定性。附带LED发光二极管报警技术，使报警效果更明显，在被测温度大于50度时，发光二极管被点亮，可实现其报警功能，完全能满足设计要求。稳压直流电源采用变压器降压电路，二极管整流桥整流，滤波电路和稳压电路组成，可稳定输出+5V和-5V，+12V和-12V的直流电压。关键词：热敏电阻；集成运算放大器；二极管整流桥；二极管报警目 录1温度报警器的设计11.1温度报警器的设计方案11.2热敏电阻传感电路的设计11.3 放大电路的设计21.4比较电路和报警电路的设计22直流稳压电源的设计42.1设计方案和原理42.2电源模块的设计42.3 直流稳压电路整体图62.4元器件选择及计算63电路的仿真

6、（Multisim）84实物测试与调试105设计总结与体会14参考文献15致 谢16附 录17附录A直流稳压电源原理图17附录B温度报警器原理图18附录C直流稳压电源pcb图19附录D温度报警器的PCb图20附录E直流稳压电源和温度报警器实物图21附录F直流稳压电源元件清单22附录G温度报警器的元件清单221 温度报警器的设计1.1温度报警器的设计方案设计一个温度在室温至50范围内时不报警，当温度超过50时，报警器能精确报警的温度报警器。温度传感器应将温度的变化转化为电压的变化，集成放大电路将得到的电压信号进行放大，电压比较器电路将放大的电压信号与参考电压进行比较，然后再接报警电路。报警电路电

7、压比较器放大电路热敏电阻直流稳压电源供电 图1温度报警器的方案图电路采用热敏电阻作为温度传感器，把变化的温度转化为电压信号，再经过集成运算放大电路，把得到的电压信号放大，再经电压比较器的比较，把得到的电压信号输给发光二极管报警电路从而实现温度的报警。1.2热敏电阻传感电路的设计设计一个当温度大于50时报警的温度报警器，需要用电压变化来代表温度的变化，设计的原理如图2所示：在热敏电阻传感电路里，选择（在室温下）电阻值为10k的热敏电阻R1作为温度传感器，在25度时，电源电路输出给集成运放放大器的电压为454mv，温度每升高1度，该热敏电阻阻值就下降256，输出电压下降11.2mv，因此，当温度从

8、25度升高到50度时，温度报警器的电阻降为3.6k，经计算，理论输出电压从454mv降为174mv。R8选用10k的电位器，便于电路的调节；R6选用100k的电阻，是为了得到输出为毫伏级的电压；R1是热敏电阻(电阻值随温度的升高而降低)。 图2 热敏电阻传感器电路1.3 放大电路的设计为了得到更大的电压，把热敏电阻采集到的电压信号加到电压放大倍数为28倍的正向比例放大器（如图3），经过放大，可以得到输出电压12.7v4.9v。（R4取25k，电位器R7取10k，便于增益的调节，结合电路的需要，最后把R7调到2k左右，R2取1k；增益Au=R2+(R7+R4)/R2=1+(2+25)/1=28）

9、图3 放大电路 1.4比较电路和报警电路的设计然后把放大的电压加到选择电压为5v的反向电压比较器上面去(如图4)，当温度到50度时，比较器输入电压4.9v(4.9v<5v),比较器翻转，比较器输出电压为5v，点亮发光二极管。为了保护发光二极管不被烧坏，在二极管前面串联了一个760的保护电阻。 图4 比较电路和报警电路选择NE5532P集成运放芯片作为电路放大与电压比较器，NE5532P为8脚双运放，用一个运放供电电压为+5V和-5v，用两个运放供电电压为+12v和-12v。电压放大增益Av=1+Rf/R2=28，电压信号放大后，可以得到比较器输入电压（12.7v4.9v），与比较电压5v

10、进行比较，从而实现精确报警。二极管保护电阻取760的理由：由于二极管的导通电压为1.5v-2.5v，电流范围为5mA-18mA，保护电阻R3的取值范围为12V/18=666到12v/5=2400，为了使报警效果更明显，R3取760。2直流稳压电源的设计在各个单元电路与总体电路设计过程中，有3个模块需要直流稳压电源供电，因此，需要制作一个具有稳定输出的直流稳压电源。2.1设计方案和原理在电子电路设备中，一般都需要稳定的直流电源供电，而平常生活中用到的都是频率为50HZ，有效值为220V的单项交流电压，因此需要将它转换为幅值稳定，输出电流较小的直流电压。在一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的

11、有效值相差较大，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。在温度报警器电路中，需要用512V的直流电源供电，因此需要设计一个输出为±12V和±5V的稳压直流电源，直流电压的设计方案图如图5所示变压器滤 波电 路整 流电 路稳 压 电 路图5 直流稳压电源的设计图在电路中输入220V（50HZ）的交流电压，通过电源变压器降压（变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要）然后变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压，为了减少电压的脉动，需通过滤波电路滤波，使输出电压平滑，因此应将部分交流分量或者全部滤掉，使滤波电路输出电

12、压仅为直流电压，然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后会影响其滤波效果，对于要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源，但当电网电压滤波或者负载变化时，其平均值也将随之变化，稳压电路的功能是使输出直流电压基本保持，不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。2.2电源模块的设计根据方案和原理：电源模块采用220-16V变压器降压，再经桥式整流堆（型号为2w10）进行整流，滤波电容进行滤波，再经过稳压芯片，就能稳压输出+12v，-12v和+5v，-5v的直流电压。（1）变压器：型号为220v/16v的降压变压器，它将220V交流电压变换成符合需要的交流电压

13、，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，降压电路如图6所示。 图6 降压电路（2）整流电路：利用（单向导电元件）二极管组成的整流桥（2w10），把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电 ，整流电路图如图7所示。 图7 整流电路图（3）滤波电路和稳压电路：滤波电路采用双电容并联结构，可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。稳压电路采用稳压芯片78xx系列，则使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化，电路图如图8所示。 图8滤波和稳压电路图2.3 直流稳压电路整体图 图9 直流稳压电路整体图220V电网电压经过通用变压器T1降压至

14、12V，12V交流电压经整流桥整流、电容的滤波作用后变成直流电压供给集成三端稳压器7812，经过7812稳压后变成所需的+12V直流电压。然后再经过一级电容，将电压送至稳压器7805稳压后，就可得到+5v较稳定的直流电压了，同理可得到-12v，和-5v的直流电压。2.4元器件选择及计算1)变压器采用双12v降压变压器，规格I/P：220v AC 50HZ 2)整流桥堆的选择 整流桥堆选用规格为2W10,与选用单个二极管整流的优势在于，可利用波形在负半轴的电压，提高电源的利用率。一般情况下，允许电网电压有±10%的波动，因此在选择整流桥的二极管保证二极管安全工作。3)滤波电容的选择电路

15、中C2,C10应选用较大的电容进行滤波，选择电容稍大一些，则输出电压中得到的纹波成分越小，为了得到平滑的负载电压。d=RLC>=(3-5)T/2 （1）T=1/f=0.02s （2）RL=VL/IL=12V/500MA=24（3）C=（3-5）T/2*RL=1250uf2083uf（4）考虑到电网电压的波动，则电容器承受的最高电压VCMVCM=*(12/1.2)*1.1=15.5V根据计算数据可取，C2=C10=2200uf，C1=C3=C7=C8=0.1uf(是为了防自激）。4）整流桥和稳压管的选择稳压管正向输出选择LM7812和LM7805系列，反向输出选择LM7912和LM7905

16、系列，因为三端固定式集成稳压管W7812和W7805的最大输出电流IOMAX为1.5A，因此每个二极管流过的平均电流ID=0.5Iomax=0.5×1.5=0.75A，整流管的参数IF应该比平均值ID大（0.52）倍，在此选择1A50V的整流桥堆。3电路的仿真（Multisim）+12v直流电压输出-12v直流电压输出 图10 ±12v直流稳压源仿真输出电压波形图-5v直流电压输出+5v直流电压输出 图11 ±5v直流稳压源仿真输出电压波形图 图12 温度为50度时发光二极管发光电路图4 实物测试与调试 图13 温度报警器调试图 图14 温度报警器测试图 图15

17、+12v输出电压图16 +5v输出电压图17 +5v输出电压 图18 -12v输出电压表一 直流稳压电源数据理论值实测值误差+12v+12.06v0.005-12v-12.08v0.006+5v+4.98v0.004-5v-4.96v0.008误差均小于0.01，因此，在误差允许的范围内，直流稳压电源符合设计要求。5设计总结与体会 通过为期三周的努力，我们设计的温度报警器终于完成了，在此次课程设计过程中我们遇到了许多问题也了解了许多知识，同时我发现有很多知识都是老师曾经在课上讲过的，比如电路的电源电路还有稳压电路等等。在解决问题的过程中，我意识到自己知识的不足以及团队合作的重要性，通过理论与实

18、践的比较，更让我意识到实践的重要性。刚开始我们通过图书馆，网络，以及上一级的学长，了解和收集到了本次设计需要的资料，从而我们对本次设计有了初步的了解方案。首先大家的任务就是认识面包板及其布局，元器件的功能及管脚图，接着我们采用分块连接电路，以便于检测，把部分电路连好后在电脑上用multism进行仿真记录相关数据，最后把部分电路整合连成整体电路进行仿真看是否报警，是否符合要求。在操作过程中遇到许多问题，例如测的数值不符合要求、正负电源接反导致电容烧坏、实际电路的电阻选择、电路中某段没有电压，电路不工作等等，最后在老师和同学的帮助下我们都一一解决了。 设计基本能满足任务要求，设计的不足之处在于我们

19、为了追求更简单，没有采用蜂鸣器报警电路，没有采用LED显示屏去显示被测温度。设计的优点在于，稳定性较高，灵敏度好。参考文献1 康华光.模拟电子技术(第5版).北京:高等教育出版社,2012.454463.2 童诗白.模拟电子技术(第4版).北京:清华大学出版社,2009.430433.致 谢这次课程设计的完成，要感谢伍麟珺老师和同学，感谢学校给了我们这样一个学习的机会，这次课程设计不仅仅使我们学到了很多新知识，也使我们认识到了自己还有很多的不足。从这次课程设计的开始到完成的整个过程，我们遇到了很多意想不到的困难，但在自己的努力下，以及伍老师的指导与帮助下，我们基本完成了设计要求，这次课程设计使我们受益匪浅