当在6端输入电源的电压时,5端输入一个电源的报警电压临界值。
当电源的电压高于5端的
临界电压值时由于7端输出低电平,报警电路不报警;当蓄电池
的电压下降到临界电压时,7端输出高电平作为报警电路的输入信号,从而触发报警。
图2电压比较器引脚
3.整体电路工作原理
电路工作的原理图如图2所示:
图3蓄电池低压报警器原理图
电源电压9v作为整个电路的供电电压,同时也作为蓄电池的信号采集电压。
滑动变阻器通过分压接法通过滑动输出0~9v的电压,模拟蓄电池在使用过程中的压降。
R3与5V稳压二极管串联作为蓄电池在使用过程中报警电压,把电压比较器的2端接至稳压二极管和R3之间。
稳压二极管输出电平给NE555,NE555构成一个报警系统,4端是555的信号采集端,采集电压比较器1端的电平变化。
当电池电压较高时,采集蓄电池电压信号高于5v时,电压比较器U1:
A的1端输出为低电平,多谐振荡器没有电源输入,不能产生振荡信号,蜂鸣器不发出警报音。
当电池电压较低时,采集蓄电池电压信号低于5v时,电压比较器U1:
A的1端输出为高电平,相当于多谐振荡器的电源输入,振荡电路产生并输出矩形波信号,蜂鸣器根据传入的信号发出相应频率的警报音。
三.电路仿真与结果
仿真电路图如图4
仿真的过程如下:
图4蓄电池低压报警器仿真效果
步骤一、滑动变阻器将电压表U1的电压调至7.2V,此时滑动变阻器为80%,滑动变阻器及各电压表的示数如图5中所示,U1=7.2v认为电量充足,电压低于5v时电路仿真效果如图6所示。
(以5V为分界电压,U1>5v认为是蓄电池电压充足,U1<5v认为为低电量临界值,需重新充电〉
图5滑动变阻器及各电压表的示数
图6电压低于5v时电路仿真效果
步骤二、滑动变阻器将电压表U1的电压调至3.06V,此时滑动变阻器为34%,滑动变阻器及各电压表的示数如图7中所示,U1=3.06v<5v,认为电量不足,蓄电池需要充电。
电压低于5v时电路仿真效果,如图8所示
图7滑动变阻器及各电压表的示数
图8电压低于5v时电路仿真效果
四.电路焊接
在焊接时,我们虽然用了4根飞线,但这是实现应有功能所必须的,最终我们成功焊接
出了具有低电报警器的功能电路,该电路在接入蓄电池输出电压5V以上时不报警,在输
入电压低于5V时开始报警,直至电压再次升到5V以上。
在焊接过程中,我们总结出以下注意事项:
(1)焊接前确保个焊点(铜皮)是否光洁、氧化等。
(2)避免虚焊所导致的接触不良,烙铁头必须与被焊件接触,对被焊件进行预热。
(3)在焊接集成元件时必须先只焊接其底座,防止集成元件通过管脚导热破坏内部结构。
(4)注意检查焊点,避免其相接触导致短路。
(5)在焊接中应该通过调整元件位置实现尽可能少的使用飞线。
(6)在焊接时注意安全,防止被烫伤,电烙铁不使用时,应置于电烙铁架上,并随时保
持电烙铁的清洁。
五.电路调试与焊接结论
所设计电路能够满足在接入蓄电池输出电压5V以上时不报警,在输入电压低于
5V时开始报警,直至电压再次升到5V以上的电池低电报警功能,说明电路的设计方案
是正确可行的,但焊接过程中使用了较多的飞线,这是应该避免和该进的。
六.收获及建议
在本次实验中我们既巩固了所学的基础知识,又增强了我们的动手能力,我们所选的蓄电池低电报警器课题,只要利用了所学的振荡电路,电压比较器,稳压二极管,电阻分压的知识,并通过proteus软件进行仿真,最终通过万能板焊接实现设计电路,这一系列设计和操作都是我们自主独立完成,对我们能力的锻炼有很大的帮助。
在实习过程中主要有以下收获:
1、实验原理固然简单,但应该结合实际,例如早期试图通过以下方法实现电路:
图6.早期的设计原理和部分仿真结果
仿真结果基本和本方案相当方案似乎可行,但仔细思考却发现反相器的输入电压虽然只有在2.4v是才被认为是高电平,低于2.4v被认为是低电平,与之前所想象的有较大的区别,由于之前的设计方案方面除了问题使我们在仿真过程中遇到的问题很是棘手。
仅在反相器的输入电压上花费了我们很大功夫。
后来指导老师程**老师的指导和帮助下我们修改了设计方案,决定选用电压比较器。
同时在修改方案后在NE555定时器的8端,由于在proteus上仿真时是不用接的,在这个问题上我们事先不知道,在报警器电路中使得我们的报警电路一直报警,并且在把电压比较电路和报警电路接上后我们发现,电压比较器的输出端的电平被拉高,始终处于5v,这个问题令我们很意外,后来有一段时间我们一直在找这个问题的原因。
在网上搜索了大量的资料之后发现NE555的8端在proteus中是不用接的。
至此,我们在仿真方面的所有问题都解决了。
后来在焊接过程中,我们也遇到了不少的问题。
仿真中所使用的555管脚图与实际中的分布有着很大区别,而万用板的接孔也有很大区别,故造成电路设计中的很多不便,怎样使得电路在实现基本功能的情况下,也能看起来比较美观,故必须根据实际情况确定最终焊接情况,要求我们综合考虑各种情况,积极思考,最终确定正确的解决方案。
我们设计了多种连接方案,最终选择了最完美的一种。
电路的连接示意图我们已经在之前的介绍中列出。
在实验中经常看见有的同学有烧坏电容和集成器件的情况,主要原因是没有经过仔细检查就贸然通电,这样既会造成器件的损毁,甚至还会造成安全事故。
因此,因该在连接和焊接时先将电路分成几大功能模块,分别焊接和检查,在焊接成功并仔细检查个部分后再分为各模块通电,确保安全后再将个模块连接起来的,这样就能确保各器件的安全和电路的整体成功。
此次课程设计中我们查阅了相当多的资料,充分利用了书本和网络两大工具,加深了对课本知识的理解和对proteus仿真软件的应用,同时也从老师那里学到了很多分析电路的知识,锻炼了自己的能力。
实验中还有许多其他的收获,应为篇幅的关系,许多细枝末节的东西在此就不多做赘述。
总之,通过这次实验,确实很有助于提高我们的学习能力和动手能力。
附录一:
【参考文献】
【1.】电路与模拟电子技术高良玉高等教育出版社;
【2.】电子电路设计DIY(加)DaveCutcher北京科技出版社;2007;
【3.】电子设计与实践刘霞侯传教电子工业出版社2009.4;
【4.】制作天地,1997年第四期;
【5.】CD4001BC/CD4011BC
【6.】555时基电路原理与应用
【7】LM314电压比较器原理及应用
附录二:
主要器件管脚图及参数
一、LM324:
四运算放大器
★LM324内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿
的运算放大器,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。
★LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式。
特点
★内部频率补偿
★直流电压增益高(约100dB)
★单位增益频带宽(约1MHz)
★电源电压范围宽:
单电源(3—32V);
双电源(±1.5—±16V)
★低功耗电流,适合于电池供电
★低输入偏流
★低输入失调电压和失调电流
★共模输入电压范围宽,包括接地
★差模输入电压范围宽,等于电源电压范围
★输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)
内部电路图
极限参数
电参数(除非特别说明,Vcc=5.0V,VEE=GND,TA=25℃)
电参数(除非特别说明,Vcc=5.0V,VEE=GND,0℃≤TA≤70℃)
管脚排列图
外形尺寸图
二、555定时器:
电阻R1、R2和电容C1构成定时电路。
定时电容C1上的电压UC作为高触发端TH(6脚)和低触发端TL(2脚)的外触发电压。
放电端D(7脚)接在R1和R2之间。
电压控制端K(5脚)不外接控制电压而接入高频干扰旁路电容C2(0.01uF)。
直接复位端R(4脚)接高电平,使NE555处于非复位状态。
NE555外观及引脚图
NE555内部电路图
NE555构成的多谐振荡器电路图及输出波形
附录三:
元件清单:
电阻:
1KΩ1个
10KΩ1个
200Ω1个
变阻器(最大值为100kΩ)1个
555定时器:
型号LMC5551个
LM324电压比较器1个
电容器:
C1耐压为16v,值为1μF铝电解电容器1个
C2耐压为16v,值为0.01μF铝电解电容器1个
5v稳压二极管1个
蜂鸣器1个
发光二极管1个
干电池(9v)一块
万用板一块