直流电源过压与欠压告警电路.docx
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直流电源过压与欠压告警电路
题目：
直流电源过压与欠压告警电路
院（系）：
信息与通信学院
专业：
电子科学与技术
学生姓名：
学号：
指导教师：
何宁
职称：
教授
封面字号要统一
2012年12月25日
摘要
当电网出现欠压或过压时,电器往往无法正常运行,甚至遭到损坏,本文对过压欠压及延时警报电路的设计及工作原理给予介绍。
该警报电路具有过压、欠压警报功能,警报范围宽，特别适合于民用、工业上的稳压电源的保护系统。
根据需要设计了一种防止电网电压过高或过低损坏家用电器的警报电路,其电路具有结构合理、性价比高、易于制作等优点,尤其在农村更加适用。
供电电压过高时，红色指示灯亮，供电电压过低时，绿色指示灯亮，通过调节电路电位器，得出电压正常工作范围，将电源电压与正常电压作比较，输出比较结果。
直流电流电压报警器主要是针对电流、电压等电量参数进行高速精确测量，经隔离转换成标准的模拟信号输出。
本文介绍一种电压指示报警器,经试验,效果比较理想。
其作用是能够显示电压数值,当电路发生欠、过电压时均能发出声、光报警信号。
如果配接附加控制线路,还能自动调整电压和自动切断供电线路。
关键词:
欠压，过压，LM324，74LS00，电压比较；告警
Abstract
Whenthegridundervoltageorovervoltage，Appliancesoftendonotwork,orevendamaged.，overvoltageundervoltagethedelayalarmcircuitdesignworkstogiveapresentation.Thealarmcircuithasanovervoltage,undervoltagealarmfunction,awiderangeofalarm,especiallysuitableforthecivilprotectionsystemofregulatedpowersupplyontheindustrial，Neededtodesignawaytopreventthegridvoltageistoohighortoolow,thealarmcircuitdamagetohouseholdappliances,thecircuitstructureisreasonable,cost-effective,easytofabricatemoreadvantagesinrural，Theredindicatorlightswhenthesupplyvoltageistoohigh,thesupplyvoltageistoolow,thegreenlightisobtainedbyregulatingcircuitpotentialthevoltagenormaloperatingrange,thepowersupplyvoltageforcomparisonwithnormalvoltage,outputcompareresults.Thispaperdescribesavoltageindicationalarmtest,theeffectismoreideal.Itsroleistobeabletodisplaythevoltagevalue,bothovervoltageandaudiblealarmsignalwhenthecircuitoccursless.Connectedwithadditionalcontrollines,andcanautomaticallyadjustthevoltageandautomaticallycutoffthepowersupplylines.
Keywords:
undervoltage，overvoltage，LM324，74LS00，voltagecomparator.
1.硬件设计
1.1LM324介绍
LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
图1：
LM324管脚及封装
1.2LM324作电压比较器
当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态）,理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大（实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数100dB，既10万倍）。
此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。
当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。
附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1ˊ组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2ˊ组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。
输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui>U1时，运放A1输出高电平；当Ui。
运放A1、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。
若选择U1>U2，则当输入电压Ui越出[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。
若选择U2>U1，则当输入电压在[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。
此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。
图2：
LM324作为比较器电路
1.374LS00与非门介绍
74LS00是四输入与非门，能实现一定的逻辑功能，其管脚机构如图3所示。
图3:
74LS00芯片管脚及封装
74LS00的逻辑功能如表1所示，L代表低电平，H表示高电平
Input
Input
Output
A
B
Y
L
L
H
L
H
H
H
L
H
H
H
L
表1:
74LS00逻辑功能表
1.4设计思路
本次设计利用LM324运放芯片和74LS00与非门实现，设计的方框图如
图4所示，过压用红灯警告，正常电压用黄灯显示，欠压用绿灯警告。
待测电压
上行电压
电压比较器
电压比较器
下行电压
高于上行电压，低电平
低于上行电压，高电平
高于上行电压，高电平
低于上行电压，低电平
与非门
与非门
与非门
与非门
红灯
黄灯
绿灯
图4电路设计思路方框图
2.电路调试分析
2.1比较电路
本次设计通过调节上下电压，得出正常电压的范围1.5V到4V，超过4则红灯亮发出过压警告，低于1.5V则绿灯亮发出欠压警告如右图所示，输入电压分别与上下电压进行比较，R2为待测电压输入点，若电压大于上限电压，那么LM324作为比较器输出端输出低电平，若电压低于下限电压，同样输出端为低电平。
将输入电压同时与上限电压和下限电压进行比较。
，输入电压通过电位器调节得到。
图5:
比较电路
2.2输出电平处理电路
如右图所示，通过74LS00与非门将前端输入的电平进行处理，两处输入，若其中一端为低电平，与高电平与非后得出高电平，进而驱动后端的显示电路，若两端仅为
高电平，也就是出于正常电压范围内，那么通过两个与非门后得出高电平，进而驱动后面的显示电路，74ls00对电平进行判断，与非门芯片用5V电压进行驱动，74ls00共
有四个相同的两输入与非门电路，当与非门双脚短路时可以当做一非门使用，将欠压和过压电路通过两个与非门后可以得到正常电压的输出结果。
图6：
与非门电平处理电路
2.3显示电路
显示电路如下图所示，当前端输出的电平为高电平时，可以让三级管导通，进而驱动LED灯发光，输出显示结果。
通过1k的电阻限流，可以使发光二级管显示正常，要是三极管导通那么基极对发射极的电压应该要大于0.7以上，而74ls00输出的电平完全可以实现
图7：
警报显示电路
首先通过改变上行电压的电位器和下行电压的电位器，得到过压和欠压的电压值，本次测试用4V和1.5V的测试电压然后通过不断改变电路板的输入端电压，不断增大或减少电位器的值最终得到的测试结果如表2所示：
表2电路测试结果
输入电压
红灯
黄灯
绿灯
大于4V
亮
灭
灭
1.5到4V
灭
亮
灭
小于1.5V
灭
灭
亮
表标注放在上面
最终验证的电路板功能可以实现，即对电压进行监控，当电压出现不正常时可以做出警报，对电路电压进行实时监控。
由于电路的精确性不是很强，当电压处在一个临界点是，灯有时会出现同时亮的现象，又由于74LS00的电压不能太高所以对它要独立用5V电压供电。
字号与上面不统一
全文排版要紧凑，图太大
3.整体原理图
4.PCB及实物图
5.课设总结
此次课设的题目是直流电源过压与欠压告警电路，通过此次的课设，是自己对LM324运算放大器和74LS00与非门芯片更加熟悉和了解，通过对这两块芯片的学习，是自己能够更为顺利地完成课设目标，此次课设相对难度尽管不是很大，但是通过对电路的设计和制作，大大加强了自己的动手能力，增长了自己的知识，对自己的电子制作水平的提高起到了很大的作用，为自己的毕业设计打下基础。
6.参考文献
[1]周茜《电路分析基础》电子工业出版社，2010
[2]王卫东，李旭琼《模拟电路技术基础》电子工业出版社，2010
[3]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社，2005
[4]赵玉山《电流模式电子电路》天津大学出版社，2001
[5]席德勋《现代电子技术》高等教育出版社，1999
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