课程设计

错误!《模拟电子技术》课程设计说明书温度报警器学院：电气与信息工程学院学生姓名：梁有小组队员：刘泽峰指导教师：曹才开职称/学位教授专业：自动化班级：自动化1302班学号：1330740223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曹才开学生姓名粱有课题名称温度报警器内容及任务一、设计内容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、设计任务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。拟达到的要求或技术指标一、基本要求与指标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℃；4、被测温度可调，室温下也能报警；二、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℃；进度安排起止日期工作内容4月15日到3日查找资料，确定设计方案，设计出原理图6月4日到7日选好元件，计算元件参数，模拟仿真，买元件6月8日到13日制作一台直流稳压电源，设计印制电路板图6月14日到16日实物安装与调试，测试温度报警器的技术指标6月17日到23日误差分析，撰写课程设计论文6月24到26日答辩主要参考资料[1]孙福玉.AD590工作原理及应用[J].赤峰学院报，2013年第29卷：1~31[2]邱关源.电路[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.115~120[3]康华光.模拟电子技术基础[M].第五版.北京：高等教育出版2006.462~513[4]高海宾.AltiumDesigner10从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2012.1~79指导教师意见签名：年月日教研室意见签名：年月日摘要根据课程设计的技术指标要求，我们对所需要的设计进行模块化，组员之间进行明确的分工，哪个同学设计硬件部分，哪个同学设计软件部分。上网查找温度报警器相关资料进行对比总结，确定了设计的方案后，然后开始进行原理图的设计，依据原理模块所用到的直流电源电压，我们首先进行了直流稳压电源的制作，以方便给实物供电和调试。然后再根据原理确定所用到的元件，计算出每个元件的参数，再用仿真软件搭建原理图进行仿真，仿真通过后，然后开始学习AD9（AltiumDesigner9，设计电路板软件）的使用方法以及如何画印制电路板图。电路板图设计好后，列写所用的元件清单，开始买元件，然后再打磨铜板，用熨斗把电路图熨在铜板上，腐蚀、打孔、焊接元件，最后再检查电路是否存在虚焊或者短路现象的出现。第一次调试时，用打火机给温度传感器施加高于50℃的温度，蜂鸣器没有响，LED灯没有亮，检查时发现安装元件时没给运算放大器UA741加底座，导致焊接元件时由于焊锡温度过高而烧毁了芯片。第二次安装元件时，考虑了这些问题，制作的实物实现了温度报警的功能。关键词：温度传感器、报警电路、比较电路、multisim软件目录1设计方案..........................................................11.1温度报警器的应用............................................11.2温度报警器设计要达到的目标..................................11.3设计思路与方案选择..........................................12温度报警器电路设计................................................32.1温度报警器方框图............................................32.2AD590的原理电路及其分析.....................................32.3温度—电压变换单元电路设计..................................52.42.73V电压产生电路及稳压调整.................................62.5差分放大单元电路............................................82.6报警电路....................................................93Multisim仿真....................................................113.1仿真电路图的建立与测试.....................................124直流稳压电源设计.................................................134.1直流稳压电源电路图仿真.....................................154.2直流稳压电源制作...........................................165电路组装与调试...................................................175.1印制电路板安装与测试.......................................175.2调试过程...................................................206测量与分析.......................................................206.1测量结果分析...............................................206.2误差分析...................................................21结束语.............................................................22参考文献............................................错误!未定义书签。致谢................................................错误!未定义书签。附录A温度报警器元件清单..........................................25附录B直流稳压电源元件清单.........................错误!未定义书签。附录C可调式温度报警器工程图......................................2711设计方案1.1温度报警器的应用温度报警器在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等领域都有广泛应用，其主要用于报警设备。如在地质探测上，其可以读出地下水温，进而给地质工作者提供地质状况判断依据。在海水检测领域，可以时时刻刻监测水温，给出洋流预测参考数据。温度报警器的作用渗透我们生活的各个方面，给我们带来了极大的便利。1.2温度报警器设计要达到的目标设计一个温度测量仪，其温度测量范围为27℃～50℃，所测的实际温度由数字电压表实现温度显示，可直接读出温度值，并且当被测温度达到50℃时，由指示灯或蜂鸣器等组成的报警电路工作发出警报。1.3设计思路与方案选择方案一此方案数字温度计电路设计总体设计框图如下图1所示，控制其采用单片机AT89C51度传感器采用DS18B20，用四位LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。图1总体设计框图2优点：数字温度计精度高、灵敏度高测量范围广。缺点：调试复杂、制作成本较高、部分知识暂时没有学习，实现此方案有困难，不予采用。方案二水温测量仪经过图2过程完成，达到温度超过50℃报警效果。图2温度测量仪原理框图每个框图作用如下：1、K—℃变换电路：将开尔文温度转变为绝对温度；2、放大电路：经过运算放大器实现电压的放大作用；3、电压比较器：运用差分放大电路原理将电压进行比较，得到摄氏温度与输出电压的关系。4、报警设备：当温度超过50摄氏度时，报警设备将会报警，如LED亮或者蜂鸣器响。从电路结构、安装难易、成本计算、性能指标多方面考虑，最终我们选择了方案二作为本次课程设计的方案。2温度报警器电路设计32.1温度报警器方框图制作温度报警器，首先利用温度传感器获取被测量对象的温度，将温度转换为电压表示。然而上述表示的为绝对温度与电压的转换关系，因此还需将绝对温度与电压的关系转换为摄氏度与电压的关系，这样就完成电压与摄氏度之间的直接转换关系。之后将电压放大，即可直接用电压表读出被测对象的温度值。此外将放大后的电压接至一电压比较器，比较器输出端接报警设备，如指示灯。在设置比较电压（即比较温度）后，由比较器输出端的电压决定指示灯的状态，进而起到报警的作用。设计原理框图如下图3所示：图3原理设计框图2.2AD590原理电路及其分析AD590（美国ANALOGDEVICES公司制造，集成温度传感器）是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。其主要特性如下：1、流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。3、AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V～6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、AD590最重要的特性是：度每增加1℃，它会增加1A输出电流1。其接口电路十分简单，不需要外围温度补偿和线性处理电路，便于安装调试。4表1AD590参数表元件工作电压(V)工作温度(℃)保存温度(℃)灵敏度（Ku/）AD5904～30－55～＋150－65～＋1751AD590的管脚图及元件符号如图4所示:图4集成温度传感器AD590管脚（第三个脚接外壳做屏蔽用，可不用）温度传感器AD590感温部分的核心电路图如下图5所示图5AD590感温部分核心电路图V+V-135图5是利用EEU特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压3EEU和4EEU经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为EEU。因此，电流1I为：RnnqKTRUIEE/)1()/(/1(1)对于AD590，n＝8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性,所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1KA/的I值。2.3温度—电压变换电路设计AD590输出阻抗达10，转换当量为1Ku/。器件采用1B型金属壳封装。温度—电压转换电路如下图6所示：6图6温度—电压转换电路单元电路元器件选用参数说明：1、0R==10（便于计算）。2、在该电路中，利用了UA741作为电压跟随器。电压跟随器的特性如下：·隔离缓冲。·电压跟随（保持输出信号极性不变）。·电压放大倍数为一倍，只是改善输出量的输出质量，不改变输出值。·隔离缓冲作用确保了AD590输出的电压值稳定。用直流电流源代替AD590。根据AD590的特性，温度每升高1℃，电流增加1uA。利用串联的10电阻进行电压采样，可以将实现温度与电压间的转换2。计算公式如下：0.01T)V+(2