温度报警器的设计与制作

电子技术综合课程设计课程：电子技术综合课程设计题目：温度报警器所属院(系)专业班级姓名学号：指导老师完成地点2010年9月20日至10月8日课程设计任务书温度报警器的设计与制作一、任务和要求：设计并制作一个温度报警器，要求如下：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）当温度高于30时，报警器发出两种频率交替的“嘀—嘟”声响，即加到蜂鸣器上的电压波形如资料中3D（2）当温度低于10时，报经区发出单频率声响，如资料中附录3D。3、温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0℃为0mv，温度每上升1℃，递增2mv；4、设计并制作电路所用直流电源。前言电子技术综合课程设计是大学生必须掌握的重要实践，是针对模拟电子技术，数字逻辑电路及电路分析课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、组装。调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。本课程设计介绍的是数字逻辑电路中以TTL集成电路为基础的数显，声响倒计时器，以电路的基本理论为基础，着重介绍电路的设计装调及性能参数的调试方法.本课程设计应达到如下基本要求：（1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个数显、声响倒计时器的设计。（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。（4）掌握电子电路的安装和调试技能。（5）熟悉的使用各类数字电子仪器。（6）学会撰写课程设计论文。（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。目录课程设计任务书......................................................2前言................................................................3一、方案的论证和选择...............................................51.1整体电路构思................................................51.2方案一......................................................51.3方案二......................................................51.4方案的选择..................................................6二、单元电路设计....................................................72.1电源电路的设计（个人设计部分）...............................72.2放大器电路的设计............................................122.3比较器电路的设计...........................................132.4报警器电路的设计…………………………………………………………14三、电路仿真分析…………………………………………………………………173.1仿真软件简介（Proteus）…………………………………………………173.2报警器电路的仿真………………………………………………………17四|、电路的装调和分析……………………………………………………………18五、实验结果分析...................................................19六、总结和体会.....................................................20参考文献……………………………………………………………………………21附录A总体电路图...............................................22附录B元器件清单...............................................23附录C芯片的管脚图.............................................24一、方案的论证和选择1.1方案的构思首先，根据其题目的要求要有电源的提供，即直流电源电源部分设计。任务书上要求是当温度在10℃至30℃范围内时报警器不发声响，当温度超过这范围时，报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低。温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0℃为0mv，温度每上升1℃，递增2mv；所以要把直流小电源放大到所需求的范围，可见要有比较器和放大器的组成部分，且需要用蜂鸣器来报警，还需要有报警电路，根据所学的知识就可以使用555定时器的功能，则迎刃而解。1.2方案一：1.3方案二：由设计任务与要求，所设计的温度报警器应该可以对温度变化进行比较，当温度在10℃～30℃范围内不报警，在此范围外报警。有实验要求，温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0℃为0mv，温度每上升1℃递增2mv，在实验过程中，20mv～60mv这个范围几乎无法用手去调节，因此直流信号源必须要经过一级放大电路才可以为下一级报警电路提供驱动，为了区分，直流信号源的不同，报警电路必须有两种报警电路，当低于20mv时发出单频的报警信号，当高于60mv时发出双频的报警信号。综上所述，总体电路应分为四大部分：电源电路，放大电路，比较电路和报电源电路比较电路报警电路警电路。其中报警电路分为单频报警电路和双频报警电路。1.4方案的选择方案一：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：可行电源电路放大电路比较电路报警电路二、单元电路设计在各个单元电路与总体电路设计过程中，需要计算电路中各元器件的参数，以及估算电路的性能指标等，从而把各电路元器件与电路确定下来，为单元电路和总体电路的设计试验做好准备。2.1电源电路的设计（本人所设计部分）2.1.1设计任务和要求在电子电路设备中，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5～12V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下：2.1.2设计原理在电路中输入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，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑，理想情况下，应将交流分量部分全部滤掉，使滤波电路输出电压仅为直流电压，然而，由于滤波电路为电源变压器滤波电路整流电路稳压电路无源电路，所以接入负载后会影响其滤波效果，对于稳定性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。2.1.3设计方案电源模块电源模块的设计根据提出的方案：电源模块采用220-18变压器降压，1A／50V桥式整流堆进行整流，RCπ型滤波器进行滤波。本次电源电路的输出端设计为+5V与-5V两电压值，输出端的+5V电压值作为比较电路中上限基准电压，+5V与-5V两电压值分别作为窗口比较器中两集成运放的工作电压，具体如下：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电（3）滤波电路：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。（4）稳压电路：稳压电路的功能是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。220V电网电压经过通用变压器T1降压至25V，25V交流电压经VD1-4组成的全桥整流、C1的滤波作用后变成直流电压供给集成三端稳压器7805（见附录A），经过7805降压、稳压后变成所需的+5V直流电压。集成三端稳压器输入端的瓷片电容能消除自激振荡，输出端所连的瓷片电容能滤出高频杂波作用，都是为了进一步滤波稳压以改提高和改善12V电源的品质，有助于电源的稳定和带负载能力。相类似的，220V电网电压经过通用变压器T1降压至25V，25V交流电压经VD1-4组成的全桥整流、C2的滤波作用后变成直流电压供给集成三端稳压器7912，经过7912降压、稳压后变成所需的-12V直流电压。但注意的是，电解电容的正端是接地，负端连接的是全桥整流的负端。方案一：（1）降压电路降压电路用变压器直接变压，采用220-18变压器输出18V交流电。（2）整流电路采用1A／50V进行桥式整流。（3）滤波电路电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，采用RCπ型滤波器进行滤波。（4）稳压电路采用集成稳压器型稳压电路进行稳压。方案二：（1）降压电路采用干电池电源。（2）整流电路采用半波整流整流。（3）滤波电路采用电容滤波（4）稳压电路采用稳压二极管型稳压电路。固定输出集成电路稳压电源V1VSINETR1TRAN-2P3SC510nVI1VO3GND2U47812C710nVI1VO3GND2U67805BR110W005GC1110nC121000nf2.1.4方案选择此方案是固定输出集成电路稳压电源，在稳压部分采用三个集成稳压器W7812和W7805，使得电路结构变得非常简单，不易出现混乱，并使得输出电压为+12V和+5V，供电路使用，所以，从电路结构、安装难易、成本计算等方面考虑最佳选择此方案。2.1.5参数计算及元器件选择1、变压器采用16×2的规格2、整流桥堆的选择整流桥堆有两根输入交流线和两根输出直流线。市电经过整流桥堆一极经过正极MC7812经过稳压、滤波可提供一个+12V电压；+12V电压再经过MC7805后，经过稳压、滤波就可以提供一个+5V的电压。这样就可以给后面的系统提供工作电压了。一般情况下，允许电网电压有±10%的波动，因此在选择二极管时对于最高反向工作电压VRm和最大整流平均电流IF应至少有10%的余地，以保证二极管安全工作，即：VRm55V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（0.5～2）倍，在此选择1A∕50V的整流桥堆。3、电容的选择①电容C1、C2的选择：C1=1000UF的