温度报警器的设计

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）；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,2012[2]童诗白编,模拟电子技术基础(第4版).北京:清华大学出版社,2009[3]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-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。四、扩展要求与指标1、能显示电源输出电压值，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,2012[2]童诗白编,模拟电子技术基础(第4版).北京:清华大学出版社,2009[3]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（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.....................................2211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。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256Ω，输出电压下降11.2mv，因此，当温度从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)。直流稳压电源供电热敏电阻放大电路电压比较器报警电路2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12.7v～4.9v。（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）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(4.9v5v),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760Ω的保护电阻。3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（12.7v～4.9v），与比较电压5v进行比较，从而实现精确报警。二极管保护电阻取760Ω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=666Ω到12v/5=2400Ω，为了使报警效果更明显，R3取760Ω。42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图5所示图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交流电压变换成变压器滤波电路整流电路稳压电路5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，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。6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：220vAC50HZ2)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。7一般情况下，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。てd=RLC=(3-5)T/2（