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温度上下限报警电路文档

电子与信息工程系

课程设计报告书

课程名称:

    温度上下限报警电路     

班  级:

      通信工程             

学号姓名:

   ^^^^^^^^^^^^^^^    

指导教师:

    ^^^^^^^^^^^^^      

二○一二年六月

一、设计内容

设计并制作完成一个温度上下限报警电路,分设计/仿真和实验/制作两部分完成。

二、技术指标与要求

当被测温度达到或高于上限设定值时,一支红色发光二极管亮;当被测温度达到或低于下限设定值时,另一支绿色发光二极管亮。

三、可供主要元件

每台实验箱里内有功能电路和元器件,如差动放大电路,振荡电路,反馈放大电路等可供使用。

序号

器件型号及名称

所需数量(个)

备注

1

LM358运放

1

 

2

9014三极管

1

 

3

9012三极管

1

 

4

220KΩ电阻

1

 

5

22KΩ电阻

2

 

6

10KΩ可变电阻

1

 

7

1KΩ可变电阻

1

 

8

4.7KΩ电阻

1

 

9

2.2KΩ电阻

2

 

10

1KΩ电阻

1

 

11

470Ω电阻

2

 

12

100Ω电阻

1

 

13

红色发光二极管

1

 

14

绿色发光二极管

1

 

15

小罗丝刀(调节可变电阻用)

1

 

 

 

 

 

四、实验目的

(1)掌握集成运算放大器的工作原理、性能、指标及选择标准和使用方法。

(2)掌握比较器及其辅助电路的组成、工作原理。

(3)掌握气体敏感元件的一般原理、性能、指标及选择标准和使用方法。

(4)掌握简单桥式测量电路的原理、构造。

(5)掌握简单报警电路的构造和原理。

(6)掌握以上电路的设计原则及设计方法并能正确运用。

(7)掌握实际电子线路印刷板的设计原则和方法。

(8)掌握电子线路的一般调试、测试方法

五、实验原理

温度上下限报警电路实验原理图

如图所示,热敏电阻的阻值会随着温度的增加而减小,随着温度的降低而增大。

所以随着温度的改变负载电阻R3两端电压也会随着改变,从而进入运放的温变负载电阻R3两端电压也会随着改变,从而进入运放的温度比较电压也发生变化。

该设计中我们通过电位器来改变设定电阻R2的阻值从而改变运放一端输入电压的门限值,设定电阻R2的阻值从而改变运放一端输入电压的门限值,来设定我们所需要的温度检测范围。

(1)LM358相关知识的介绍

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358端口图:

(2)电压比较器的工作原理

电压比较器将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较,在二者幅度相等的附近,输出电压将产生跃变,相应输出高电平或低电平。

反相型迟滞比较器 见下图

Ui=U-,Uo被箝位在±UZ,避免运放计入过饱和。

假设Ui在足够低时,Ui

此时

Δ当Ui从低值↑ 若Ui≥U+时,Uo从+UZ↓ -UZ

此时

Δ当Ui从高值↓至Ui≤

,Uo从-UZ↑+UZ

Δ门限宽度ΔUT=UTH-UTL=

Δ当UR=0时,

ΔUi无论从足够低或足够高单调增加或单调减少,Uo仅翻转一次,即过了阀值后就维持在一种稳态。

因为当过阀值电压后,Uo从低变为高或从高变为低了,正反馈到Ur(Uth)端,使该阀值电压变高或变低了。

只要门限宽度ΔUT=UTH-UTL

幅度大于UI 在阀值电压波动的幅度,Uo就不会翻转了,所以比单限比较器抗干扰能力强多了。

(3)电路设计思路

利用调节电阻来作为温度的上升或下降,从而实现在门限电压的周围跳动,是对应的发光二极管导通,门限电压也通过电阻来调节,从而实现一定范围内的温度报警。

利用调节电阻来作为温度的上升或下降,从而实现在门限电压的周围跳动,是对应的发光二极管导通,门限电压也通过电阻来调节,从而实现一定范围内的温度报警。

(4)单元电路(可以有单元电路图)

图A 

图A中是设置温度上下限和模拟调节温度变化的两个可变电阻。

R11的功能是模拟调节温度变化的,当电阻调小时表示温度升高。

R12是用来设置温度上下限的。

图B

图B是放大电路,当输出为低时此时电压升高,说明电阻减小,即温度升高到达门限时,红灯亮;当输出电压为高时,说明电阻增大,即温度降低到门限电压,绿灯亮。

图C

图C是报警输出电路,温度过低时绿灯亮,温度过高时红灯亮。

电路功能框图:

此部分电路用设置温度的上下限,通过调节R11来控制温度。

放大电路/报警输出电路其放大电路主要控制三极管的,当输出为高时此时电压升高,说明电阻减小,即温度升高(到门限值时),红灯亮。

当输出为低电压时,说明电阻增大,即温度降低(到门限时)绿灯亮。

(5)整体电路图

(6)元器件与参数设计

电阻:

220K*1, 22K*2,10K可变*1,1K可变*1,4.7K*1,2.2K*2,1K*1,470*2,100*1

运放:

LM358AH

三极管:

2N5886,2N869A

发光二极管:

红色一个,绿色一个

电压比较器,来控制输出情况,使三极管选择对应的二极管,选择一个绿的一个红的从而可以很好的判断温度高了还是低了。

六、实验结果

(1)各单元电路的仿真实验和测试结果

得到了预期的结果。

(2)整体电路的仿真实验和测试结果

通过调节R12来设置门限电压,通过调节R11来做为温度的变化,当温度高于或低于所设定的值时,对应的三极管和二极管导通,从发光染色上可以区分温度过高或过低,从而实现了温度上下线报警的功能。

七、结果分析

(1)单元电路的仿真实验和测试结果

调节R11电阻使其减小,放大器负极输入电压变大,表示温度升高。

调节R12使其电阻减小,放大器正极输入电压变大,门限电压增大,则门限温度变大。

(2)整体电路的仿真实验和测试结果

调节R11电阻使其减小,放大器负极输入电压变大,说明温度升高,此时放大器输出减小,Q2导通,红灯亮;反之绿灯亮

(3)实验数据

VI(v)

VREF(v)

VO(v)

灯的状态

4.368

5.014

3.562

4.351

5.014

-0.790

绿

4.046

5.014

-0.784

绿

4.023

5.014

3.586

 

 

 

 

VT+=R6VREF/(R6+R4)+R4VoH/(R6+R4)=5.0V,

VT-=R6VREF/(R6+R4)+R4VoL/(R1+R2)=4.97V,

VT+-VT-=0.03V

八、实验后讨论

1.实验中遇到的问题

(1)在连接电路时,出现红路灯同时亮的情况,经检查后是应为二极管的正向压太大,而且三极管的发射极未接地。

(2)由于1K的电位器没有调好,导致在顺时针旋动10K的电位器时只有一次跳变

(3)在连接电路之前未检查导线是否正常,导致在接电路后两灯都未亮

2.合理化建议

(1)本次实验连线较复杂,需要谨慎连接,以免出现错误时不好检查。

(2)此电路还可以用两个运放,这样上限电阻的值与下限电阻的值之间不会相互影响。

(3)通过本实验可以重新温习一下关于模电的相关知识。

(4)本实验设计比较简单功能单一,今后可以添加其他功能(蜂鸣等)

(5)所学知识和能力有限,设计的电路还有不完善之处,许多地方仍然需要改进,从而减小误差,增加其实用性。

(6)本电路所用的元器件以及整体构思都比较一般,并没有什么先进性。

其次,元器件的精确度也不是很高,比如用LM358M放大器,其精确度也是有限的。

九、总结

设计的过程中我们用了自己的理论知识去分析和计算电路图,虽然将所学的知识运用到现实当中去了,但是我们从这次课设中总结的结论是,理论永远是理论知识,而实际往往和理论的有些偏差,因为我们不可能把实际当中的任何情况都能考虑进去,只有通过不断地去调试,理论与实际结合才能把系统顺利完成。

这次的综合课程设计里我们学到了很多,也温故了许多以前学习过的软件应用知识,如Multisim、Protel等,使得我对这些操作软件更加熟悉,应用更加熟练,这对我今后的应用很有帮助。

掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题在完成课程设计的过程中,我们查阅了许多关于课程设计题目的资料,这些新知识对我们日后的学习会有所帮助。

我们对电路和低频有了更深层次的认识,掌握了如何运用书本的知识去做一个较简单的系统,最终,通过大家努力把温度检测报警系统设计出来了。

仿真实验和实际还是有差别的,仿真时连线可以随便点,不管是不是美观还是简略。

为了使实际制作时减少麻烦,仿真时还是要尽可能的把线路缩短,减少干扰。

对于课题的选择,大家都选择和我们所学的理论相联系的课题,温度上下限报警器,好多都是我们所学的小的知识点的叠加。

选择这个课题后,我们能很好的运用所学的知识来完成,对我们的实践技能是一个很好的锻炼。

 

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