简易大棚温度检测报警电路的设计.docx
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简易大棚温度检测报警电路的设计
课程设计任务书
课程名称模拟电子线路课程设计
院（系）电子信息工程学院专业电子信息工程
班级学号姓名
课程设计题目简易大棚温度检测报警电路的设计
课程设计时间:
2008年07月07日至2008年07月13日
课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计一个用于温室大棚温度检测系统，大棚农作物生长时，其温度不能太低，也不能太高，太低或太高均不适合农作物生长。
该电路可显示大棚的温度档位，温度是否正常、或过高、或过低。
，当大棚温度超过农作物生长的温度范围时，报警提醒农民。
温室大棚中温度的检测报报警电路的原理框图如图1所示。
二、技术指标
1．测温范围：
0℃--99℃。
2．测量误差为±2℃。
3．报警下限温度为：
15℃。
4．报警上限温度为：
30℃。
三、设计要求
1.温度上、下限可以手动调节。
2.在选择器件时，应考虑成本。
温敏元件采用采用Pt1000的铂电阻。
温度所在挡位可用发光二极管显示；报警采用蜂鸣器。
3.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。
4.画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
四、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
五、推荐参考资料
1．童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
2．谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京：
电子工业出版社，2003年
六、按照要求撰写课程设计报告
指导教师年月日
负责教师年月日
学生签字年月日
简易大棚温度检测报警电路的设计
摘要：
本论文主要研究的是简易大棚温度检测报警电路的设计，在这次设计中，主要是稳压电路、差分放大电路及窗口比较器的设计。
稳压电路是利用稳压二极管的性质实现其稳压功能；差分放大电路是对双臂电桥间产生的微小电压差
U进行级联放大；窗口比较器首先要确定阈值，将15℃和30℃转换为电压来确定高低电平，改变电路中的热敏电阻的阻值来确定温度变化，实现报警功能。
本次设计的测温范围是0℃--99℃，精度为±2℃。
关键词：
温度检测；热敏电阻；级联放大
1.概述
电子技术是在十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，在二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。
随着电子技术的飞速发展，电子技术在日常生活中得到了广泛的应用，各类转换电路的不断推出以及电子产品的快速更新，电子技术已成为世界发展和人们生活中必不可少的工具。
本设计题目为简易大棚温度检测报警电路的设计，运用了放大电路的原理。
简易大棚温度检测报警电路是利用了温度传感器（热敏电阻）随温度的变化阻值变化，产生微小电压差来判断大棚内温度是否正常，当大棚温度超过农作物生长的温度范围时，即大棚室内温度小于15℃或者大于30℃时，输出信号之间产生电压差，此时电路发出报警信号，达到提醒农民的效果。
本次课设要求设计一个温度检测报警电路，要求温度范围：
0℃--99℃；测量误差为±2℃；报警下限温度为：
15℃；报警上限温度为：
30℃。
2.方案设计
温度检测报警电路原理见图1。
本次设计共分为三部分：
温度电压转换、信号调理、窗口比较器及报警。
其中，温度电压转换是用Pt1000电阻通过测温电桥产生电压差，将温度转换成电压；由于产生的电压差比较小，需要进行信号调理，信号调理是通过放大电路将温度电压转换部分的微小电压差进行放大；窗口比较器报警部分是通过确定两端阈值为上下限，将放大电路放大的电压与上下限进行比较，在这个范围之内，说明室温处于正常状态，警报将不工作，超出这个范围，警报响起，说明室温不利于农作物的生长，应该调节温度。
3.电路工作原理及说明
3.1温度电压转换电路
温度电压转换电路为本次设计的第一部分。
通过稳压二极管稳定电压，使得稳定电压为6V；通过Pt1000电阻确定桥臂阻值，改变两输出端的电压差，实现温度转换电压。
温度电压转换电路图见图2。
图2温度电压转换电路图
理论计算：
；
；
；
具体数值的理论计算见表1。
：
表1具体数值理论计算值
T/℃
0
10
14
15
16
20
29
30
31
99
Rx/
1000.0
1039.0
1054.6
1058.5
1062.4
1077.9
1112.9
1116.7
1120.6
1381.2
U/mV
0.00
57.38
79.72
85.26
90.77
112.47
160.30
165.40
170.61
480.26
3.2信号调理电路
信号调理电路为本次设计的第二部分。
信号调理电路就是将输入信号进行放大，第一级是差分放大电路，第二级为同相比例放大，前一级放大8倍，后一级放6倍，使得
U放大48倍后输出Uout。
信号调理电路图见图3：
图3信号调理电路图
理论计算：
放大倍数：
=
；
放大后输出电压：
；
理论数值计算结果见表2。
表2理论数值计算结果
T/℃
0
10
14
15
16
20
29
30
31
99
Rx/
1000.0
1039.0
1054.6
1058.5
1062.4
1077.9
1112.9
1116.7
1120.6
1381.2
Uout/V
0.00
2.75
3.83
4.09
4.36
5.40
7.70
7.94
8.19
23.05
3.3窗口比较器报警电路
窗口比较器为本次设计的第三部分。
这部分是通过确定两端阈值为上下限，将放大的电压与其比较，若超出上下限，则温度异常，电路工作在报警状态，若在这个范围之内，温度正常。
窗口比较器报警电路图见图4：
图4窗口比较器报警电路图
阈值电压：
；
；
4.电路性能指标的测试
在Multisim仿真实验中，输入电压大于
或小于
时，观察发光二极管是否亮起，结果会发现二极管发亮，这说明电路现在处在非正常温度内，实现报警功能。
当输入差值在
与
之间的时候，会发现二极管不亮，这说明现在温度处在正常范围内，不会实现报警。
4.1温度电压转换电路仿真测试
温度电压转换电路仿真图见图5。
图5温度转换电压电路仿真图
温度转换电压电路仿真结果：
0℃时电压表示数见图6。
图60℃时电压表示数
仿真值与理论值比较表见表3。
表3仿真值与理论值比较表
T/℃
0
10
14
15
16
20
29
30
31
99
Rx/
1000.0
1039.0
1054.6
1058.5
1062.4
1077.9
1112.9
1116.7
1120.6
1381.2
理
U/mV
0.00
57.38
79.72
85.26
90.77
112.47
160.30
165.40
170.61
480.26
仿
U/mV
-922.185nv
46.01
60.46
62.67
69.53
88.01
119.13
121.41
130.49
379.02
4.2信号调理电路仿真测试
改变温度T,输入信号发生改变。
信号调理电路仿真图见图7。
图7信号调理电路仿真图
信号调理电路仿真结果：
15℃时电压表示数见图8。
图815℃时电压表示数
仿真值与理论值的比较见表4。
表4仿真值与理论值的比较
T/℃
0
10
14
15
16
20
29
30
31
99
Rx/
1000.0
1039.0
1054.6
1058.5
1062.4
1077.9
1112.9
1116.7
1120.6
1381.2
理Uout/V
0.00
2.75
3.83
4.09
4.36
5.40
7.70
7.94
8.19
23.05
仿Uout/V
-7394.00nv
2.17
2.91
3.01
3.34
4.23
5.72
5.83
6.26
18.19
是否报警
是
是
是
是
否
否
否
是
是
是
5.结论
本课题是要设计一个简易大棚温度检测报警电路，能够通过温度的变化来报警，是否能够及时的发现，把损失降低到最小。
还在报警电路有很多种实现方法，但大多都是运用热敏电阻，通过温度的不同来进行报警。
本设计就是通过温度传感器输出信号的差值来判断的。
此电路能设置在任意所需的场所，所用的器材占用面积很小，而且电路简单，一旦发生温度异常，蜂鸣器会在第一时间响起。
由于电路首先部分是运用差分放大器，所以所放大的倍数可以根据实际情况进行调节，此电路图中放大的倍数为48倍，当两端的电压差
U放大48倍后,看是否有电流通过，若有电流，则作用在发光二极管和蜂鸣器上，使发光二极管亮起和蜂鸣器响起；若无电流，此时蜂鸣器将不会工作，警报灯也不会亮起。
6.性价比
本次设计方案中，所选取的元器价格比较便宜，性能良好。
在本次设计中用到了稳压二极管以及运算放大器，这些器件在日常生活中都广泛使用，在电路设计中，实现了报警功能。
从器件的选择到设计整体都考虑器件的常见度与成本。
总体看来都遵循性价比原则。
7．课设体会及合理化建议
通过这一周的课程设计我收获了很多，在这段时间，我查阅了许多关于温度检测报警电路的资料，并通过各种方式，如上网，翻阅相关书籍，询问老师等等，这对我日后的学习很有帮助。
在电路基础的学习中，我接触到了Multisim软件，但对其并不是很了解，通过这次课设，我对Multisim有了更多的了解，对其的使用也更加熟练，在以后的学习中将会更加了解到该软件的应用。
一周的时间是很短暂的，但在这一周中我所学到的东西确实很多。
在做可设的过程中，发生故障是不可避免，比如程序不能运行，连出的电路不能使电灯发亮，数据的错误等等。
后来经过老师、同学的帮助，在进行改过后，仿真电路终于可以正常的运行。
我觉得电路是否能正常运行并不重要，重要的是学习的过程，在这个过程中我锻炼了自学能力，增加了理论知识以及坚定了信念，而这些恰恰是我迈向社会所需要的。
在以后的生活中，没有了老师的指导，靠的就是自己的自学与坚持。
非常感谢这次的课设，在此向我的指导教师致以深深的谢意，感谢老师的耐心指导。
在这次课程设计的过程中我也看到了自己的不足，如对知识的掌握还是不够牢固，有很多东西现在不能熟练的掌握，对于软件的控制能力也不是很好，希望日后会提供给我们更多的锻炼机会来培养我们的实践能力。
附录Ⅰ元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
R1、R2、R3、R7、R8、R9、R12、R13、R16、R17、R18
电阻
11
2
D1
稳压二极管
1
3
R4、R20、R21
滑动变阻器
2
4
R6
滑动变阻器
1
5
R5
电阻
1
6
R10、R11
电阻
2
7
R14、R15
电阻
2
8
R19
电阻
1
9
U1、U2
集成运放
OP07AJ
2
10
D2、D3
二极管
1DH62
2
11
U3、U6
电压比较器
LM311M
2
12
D4
稳压二极管
1
13
LED1
发光二极管
1
14
Q1
三极管
2N1711
1
16
U4
蜂鸣器
1
附录Ⅱ热敏电阻Pt1000阻值随温度变化表
℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1000.0
1003.9
1007.8
1011.7
1015.6
1019.5
1023.4
1027.3
1031.2
1035.1
10
1039.0
1042.9
1046.8
1050.7
1054.6
1058.5
1062.4
1066.3
1070.2
1074.0
20
1077.9
1018.8
1085.7
1089.6
1093.5
1097.3
1101.2
1105.1
1109.0
1112.9
30
1116.7
1120.6
1124.5
1128.3
1132.2
1136.1
1139.9
1143.8
1147.7
1151.5
40
1155.4
1159.3
1163.1
1167.0
1170.8
1174.7
1178.5
1182.4
1186.2
1190.1
50
1194.0
1197.8
1201.6
1205.5
1209.3
1213.2
1217.0
1220.9
1224.7
1228.6
60
1232.4
1236.2
1240.1
1243.9
1247.7
1251.6
1255.4
1259.2
1263.1
1266.9
70
1270.7
1274.5
1278.4
1282.2
1286.0
1289.8
1293.7
1297.5
1301.3
1305.1
80
1308.9
1312.7
1316.6
1320.4
1314.2
1328.0
1331.8
1335.6
1339.4
1343.2
90
1347.0
1350.8
1354.6
1358.4
1362.2
1366.0
1369.8
1373.6
1377.4
1381.2
100
1382.0
1388.8
1392.6
1396.4
1400.2
1403.9
1407.7
1411.5
1415.3
1419.1
附录Ⅲ整体电路原理图
简易大棚温度检测报警电路原理图
参考文献
[1]童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[2]谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京：
电子工业出版社，2003年
[3]赵负图主编.国内外最新常用传感器和敏感元器件性能数据手册.[M]辽宁:
辽宁科学技术出版社，1994年
[4]张洪润、张亚凡主编.传感技术与应用教程.[M]北京:
清华大学出版社，2005年
[5]李秀人主编.电子技术实训指导.[M]北京:
国防工业出版社，2006年
[6]高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.[M]北京：
电子工业出版社，2005年
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