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.