测控电路温度控制及报警系统.docx

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测控电路温度控制及报警系统

测控电路

课程设计报告

题目：

温度控制及报警系统

学院：

机电工程学院

班级：

测控112班

组员：

日期：

2014年6月29日

一.实验目的

设计一个环境温度监测报警电路，通过对温度报警电路的设计、安装和调试，掌握温度报警电路的工作原理和运算放大器在实际电子电路中的应用。

电路设计要求：

当温度在一定范围内时，蜂鸣器不响，当超过某一温度时，蜂鸣器进行报警即发出响声。

二.设计思路

大致思路：

温度报警器是通过温度变化引起热敏电阻的电阻变化，从而引起电压变化，从而通过一系列的电路产生相应信号，输入555定时器产生高低电平，当温度超出临界时热敏电阻产生高电平使蜂鸣器发声进行报警，当温度低于临界时产生为零的低电平，不输出信号，蜂鸣器不报警。

系统框图如下：

三.电路绘制

三.1.温度信号的采集和放大

首先，通过温度传感器将温度模拟信号转化成一定的电信号，由于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，通过理伦计算当温度100的时候，对应的电信号最大，约等于0.15，所以我们的差分放大倍数在30-100内可调节。

信号采集和放大处理好了，在信号的采集中会夹杂着一些干扰信号，所以这个时候要对这个信号进行过滤了，而我们需要的信号是一个变化很缓慢的信号，所以我们选择2阶低通滤波器，上限频率约为100HZ，根据fh=1/2piRC，于是我们取R=5.1k，C=0.33uF.电路如图：

图1温度采集电路

图2三运放高共模抑制比放大电路

三运放高共模抑制比放大电路：

电路中输入级由U1A,U6B两个同相输入运算放大器电路并联，再与U7C差分输入串联的三运放差动放大电路构成，其中U1A,U6B是增加电路的输入阻抗。

电路优点：

差模信号按差模增益放大，远高于共模成分（噪声）；决定增益的电阻（R6、Rp（R9）、R7）理论上对共模抑制比没有影响，因此电阻的误差不重要。

三运放差分放大电路特点：

1）高输入阻抗。

2）高共模抑制比CMRR。

3）低噪声、低漂移。

电路对共模输入信号没有放大作用，共模电压增益接近于零。

这不仅与实际的共模输入有关，而且也与U1A,U6B的失调电压和漂移有关。

如果U1A,U6B有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作为共模信号出现，没有被放大，还能被第二级抑制。

这样对于U1A,U6B的漂移要求就会降低。

U1A,U6B前置放大级的差模增益要做得尽可能高，相比之下，第二级（U7C）的漂移和共模误差就可以忽略，对放大器的要求就可以大大降低。

当R12=R18，R10=R13时，两级的总增益为两个差模增益的乘积，即：

Avd=（1+（R6+R7）/R9））*（R6/R4）

三.2.信号的过滤

信号采集和放大处理好了，我们知道任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信号，所以这个时候要对这个信号进行过滤了，而我们需要的信号是一个变化很缓慢的信号，所以我们选择2阶低通滤波器，如图：

图3二阶低通滤波器

选用两个5.1kΩ、一个1kΩ电阻，两个0.33μF电容和一个LM324中的一个集成运放，组成一个二阶低通滤波电路。

三.3.信号的控制

如图所示我们用到的是最普通的比较器，通过设定相应的阈值（0-5.6V可调），然后与采集到的信号做比较，当大于设置的信号时输出低电平，当小于设置的信号输出高电平。

其中跟随器是输出电压稳定，增加带负载的能力。

图4信号控制电路

三.4.蜂鸣器的驱动

根据设计要求当超过一定的温度时蜂鸣器要以1HZ的频率响，因此我们选了一个周期为1秒的方波振荡器（由555定时器构成的多谐振荡器），根据公式我们选R3=1.39M，C=0.33uF.当温度超过设定的温度时，比较器输出低电平，有方波产生，蜂鸣器响，反之不响。

图5电压比较器

图6555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器

555定时器构成的多谐振荡器的工作原理：

它由分压器、比较器、基本R--S触发器和放电三极管等部分组成。

分压器由三个5KW的等值电阻串联而成。

分压器为比较器1A、2A提供参考电压，比较器1A的参考电压为2/3ccV，加在同相输入端，比较器2A的参考电压为1/3ccV，加在反相输入端。

比较器由两个结构相同的集成运放1A、2A组成。

高电平触发信号加在1A的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S触发器_DR端的输入信号；低电平触发信号加在2A的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R—S触发器_DS端的输入信号。

基本R--S触发器的输出状态受比较器1A、2A的输出端控制。

此电路增加了一个电位器和两个引导二极管。

D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1导通，D2截止；放电时D2导通，D1截止）。

占空比

可见，若取

，电路即可输出占空比为50℅的方波信号。

，振荡周期

。

为电容充电时间，

为电容放电时间。

充电时间

放电时间

矩形波的振荡周期

因此改变

、

和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。

对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：

占空比q，q=（脉宽

）/（周期T），

指输出一个周期内高电平所占的时间。

图（C）所示电路输出矩形波的占空比

四.电路的调试

图7总电路图图特殊测量点的标识

四.1.临界温度点以下

调节温度传感器开关A，调节控制开关D，如下图：

图8临界值以下

四.2.临界温度点

调节温度传感器开关A，调节控制开关D，刚好达到临界点时如下图：

图9临界值

四.3.临界温度点以上

调节温度传感器开关A，调节控制开关D，即温度过限报警时。

如图：

图10临界值以上

四.4.占空比调节

调节滑动变阻器开关C，即可以调节报蜂鸣器的报警频率。

如图：

图11可调占空比

五.总电路图

图12总电路图

六.总结

通过本次实验，学会了使用555定时器构成的单稳态触发器，施密特触发器，以及本次实验最终采用了的多谐振荡器，为了使设计更人性化，还加入占空比可调这一性能，从而也更好的理解了555定时器在电路中的广泛应用及重要性。

实验中还采用了三运放构成的高共模抑制电路。

在电路的设计中，都会有干扰信号即共模信号，为了能更准确的得到实验结果，就需要抑制共模信号，三运放构成的高共模抑制电路则是最为理想的放大电路。

在大学的学习过程中，实验是一个重要的环节，是学习理论知识的升华。

从一开始的分析，到最后出现结果，靠一个人来完成，最终的效率都是不高的，我们以小组的形式查找资料、翻阅书籍、请教同学，最终在我们共同的努力之下，实验还是被我们克服了。

实验中的每一个过程都是对我们能力的一次检验和充实，使我们的思维更加的敏捷，也使我们感觉到了团队合作的重要性。