温度报警器的设计Word文件下载.docx

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指导教师

学生姓名

课题名称

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

直流稳压电源

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。

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±

5V。

2、最大输出电流为Iomax=500mA，纹波电压△VOP-P≤5mV，稳压系数Sr≤5%。

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。

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

1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。

报

警

电

路

压

比

较

器

放

大

热

敏

阻

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）。

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（4.9v<

5v）,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。

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。

2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。

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：

220vAC50HZ

2）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。

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

（1）

T=1/f=0.02s

（2）

RL=VL/IL=12V/500MA=24Ω（3）

C=（3-5）T/2*RL=1250uf～2083uf（4）

考虑到电网电压的波动，则电容器承受的最高电压VCM

VCM=*（12/1.2）*1.1=15.5V

根据计算数据可取，C2=C10=2200uf，C1=C3=C7=C8=0.1uf（是为了防自激）。

4）整流桥和稳压管的选择

稳压管正向输出选择LM7812和LM7805系列，反向输出选择LM7912和LM7905系列，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电路的仿真（Multisim）

图10±

12v直流稳压源仿真输出电压波形图

图11±

5v直流稳压源仿真输出电压波形图

图12温度为50度时发光二极管发光电路图

4实物测试与调试

图13温度报警器调试图

图14温度报警器测试图

图15+12v输出电压

图16+5v输出电压

图17+5v输出电压

图18-12v输出电压

表一直流稳压电源数据

理论值

实测值

误差

+12v

+12.06v

0.005

-12v

-12.08v

0.