温度过高报警器解读.docx
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温度过高报警器解读
前言
温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。
随着现代工、农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。
温度控制电路在工、农业生产中有着广泛的应用。
日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷、空调器的自动控制、大棚种植温度的自动控制等等。
利用（模拟）温度控制开关和声响集成电路制作一个温度报警器，也可以演示自动控制电路的工作原理。
电路的触发端接在固定电阻器和微调电阻器的中间，改变电阻的分压，我们就模拟外界环境的温度变化或降低。
当电路的触发端电压降低到我们预设的低电压时（低温），触发声响集成单频电路工作。
当电路的触发端电压升高到我们预设的高电压时（高温），触发声响集成双频电路工作。
即达到了调节微调电阻器的阻值，改变电路以不同声响报警时的温度。
从而达到了以电压模拟温度变化的控制。
现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。
传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。
因此传感器在此温度报警器的制作中起了重要的作用。
目录
1课程设计的目的1
2课程设计的任务与要求2
2.1设计的任务2
2.2课程设计的要求2
3设计方案与论证3
3.1设计方案3
3.1.1设计目的3
3.1.2设计要求3
3.1.3设计思路3
3.1.4设计框图4
3.1.5制作温度过高报警器电路图4
3.2设计论证5
4设计原理和功能说明6
4.1设计原理6
4.2功能说明6
5单元电路的设计（计算与说明）6
5.1运算放大电路6
5.2热敏电阻电路7
5.3电位器电路8
5.4三极管电路9
6硬件的制作与调试10
6.1电路的制作10
6.2调试电路10
7总结11
附录1：
电路图和仿真图12
附录2；元器件清单13
1课程设计的目的
（1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个实际应用电路的设计。
（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。
（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。
（4）掌握电子电路的安装和调试技能。
（5）熟悉使用各类数字式电子仪器的规范使用方法。
（6）学会撰写课程设计论文。
（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
（8）培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。
（9）让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法。
（10）在课程设计过程中强化自己的团队合作意识。
2课程设计的任务与要求
2.1设计的任务
1综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个实际应用电路的设计。
2通过查阅手册和参考文献资料培养独立分析和解决实际问题的能力。
3熟悉常用电子元器件的类型和特性并掌握合理选用的原则。
4掌握电子电路的安装和调试技能。
5熟悉使用各类数字式电子仪器的规范使用方法。
2.2课程设计的要求
1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。
包括：
根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。
2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。
包括：
学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能通过观察、判断、实验、再判断的基本方法解决实验中出现的一般故障；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。
3、掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接等基本技能。
4、巩固常用电子仪器的正确使用方法，掌握常用电子器件的测试技能。
5、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观。
3设计方案与论证
3.1设计方案
3.1.1设计目的
利用模电原理设计一电路，使其在电脑显卡温度超过60℃时自动报警。
以便更好的保护显卡。
3.1.2设计要求
（1）设计一个能满足要求的温度测量及报警电路；
（2）要求绘出原理图，并用Mustlim画出仿真图；
（3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；
（4）在万能板、PCB板上或面包板上安装好电路并调试；
（5）拟定测试方案和设计步骤；
3.1.3设计思路
（1）用蜂鸣器作为电声元件；
（2）当温度在60℃范围内（允许误差±1℃）时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，
（3）设计并制作本电路所用直流电源。
3.1.4设计框图
3.1.5制作温度过高报警器电路图
该温度报警器的主要电路由热敏电阻RT、可调电阻电位器RW、运算放大器LM358三极管和蜂鸣器五部分组成。
3.2设计论证
根据电路图连接电路后，接入5V~10V电源后，电路中将产生两个分压电路，分别是电阻R1、R2组成分路，R3、热敏电阻RT、滑动电位器RW组成电路。
利用滑动电位器调节电阻设定不同的温度报警。
仿真图如下
仿真图
4设计原理和功能说明
4.1设计原理
利用模电设计原理设计电路（如上原理图）。
电路主要由热敏电阻RT、可调电阻电位器RW、运算放大器LM358三极管和蜂鸣器组成。
利用电路中的运算放大器LM358做成的一个电压比较器。
所谓电压比较器，就是当它的同相输入端（第3脚）的电位高于反相输入端（第2脚）的电位的时候，其输出端（第1脚）输出为高电平；当同相输入端的电位低于反相输入端的时候，输出端立刻翻转为低电平。
根据这个特点，我们在其两个输入端分别建立一个独立的分压回路，其中的固定电阻R1、R2为运放的反相端提供一个固定不变的参考电位。
而运放的同相输入端的电位则由RT、R3及RW共同决定，当温度升高的时候，负温度系数的热敏电阻RT的阻值会明显降低，导致运放同相输入的电位在原来的基础上升高。
调节RW，可以使达到某个设定温度时，运放的同相输入端电位正好高于反相输入端的电位，这时输出端为高电平，这个高电平能够使得一只小功率NPN三极管9014饱和导通，蜂鸣器得电发出高频声响！
4.2功能说明
电路设计完成及做成实物后，器件可实现当温度达到设计温度时自动报警功能。
当环境温度升高时电路中热名电阻阻值减小，使运算放大器的同向输入端电位升高，输出高电平经三极管放大后作用于蜂鸣器使其发出声响。
本器件可运用到对温度有特殊要求的环境中。
达到对环境温度的随时监控。
5单元电路的设计（计算与说明）
5.1运算放大电路
运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。
在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
运算放大器最早被设计出来的目的是将电压类比成数字，用来进行加、减、乘、除的运算。
符号如下
运放如图有两个输入端a（反相输入端），b（同相输入端）和一个输出端o。
也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端。
当电压U-加在a端和公共端（公共端是电压为零的点，它相当于电路中的参考结点。
）之间，且其实际方向从a端高于公共端时，输出电压U实际方向则自公共端指向o端，即两者的方向正好相反。
当输入电压U+加在b端和公共端之间，U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。
为了区别起见，a端和b端分别用"-"和"+"号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。
电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。
一般可将运放简单地视为：
具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。
运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。
经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。
运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比。
5.2热敏电阻电路
热敏电阻器是敏感元件的一类，本电路中运用负温度系数热敏电阻器（NTC）。
热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。
，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，属于半导体器件。
热敏电阻将长期处于不工作状态；当环境温度和电流处于c区时，热敏电阻的散热功率与发热功率接近，因而可能工作也可能不工作。
热敏电阻在环境温度相同时，工作时间随着电流的增加而急剧缩短；热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及工作电流。
本设计运用负温度系数热敏电阻，当温度过高时电阻减小，以满足运算放大器同向输入端电位高于反向输入端电位运算放大器输出。
5.3电位器电路
电位器（英文：
Potentiometer）是可变电阻器的一种。
通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。
电位器的作用——调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。
电位器的结构特点——电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。
电位器是一种可调的电子元件。
它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。
当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。
它大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。
电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。
用于分压的可变电阻器。
在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。
触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。
按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器（呈线性关系）、函数电位器（呈曲线关系）。
主要参数为阻值、容差、额定功率。
本设计运用直线式电位器（呈线性关系）。
本设计运用电位器调节使达到满足需要时温度过高报警。
5.4三极管电路
半导体三极管
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。
在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。
中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
三极管的基本结构是两个反向连结的PN结面，如图1所示，可有pnp和npn两种组合。
三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基极（base,B）和集电极（collector,C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。
图中也显示出npn与pnp三极管的电路符号，发射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。
在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。
pnp和npn三极管的结构及其示意图
6硬件的制作与调试
6.1电路的制作
首先检查各个元件是否有损坏，然后按照电路图开始焊接。
焊接开始前先大致确定主要的位置并固定好，一边焊接其它小型元件一边按照电路图用引线连接元件。
焊接完成后，检查有没有错焊，漏焊和虚焊以及有无连接在一起的焊点，还必须一一检查引线有没有出错。
检查无误后，接通电源检查前级和后级，最后加热使其达到2临界点，如实现了报警和降温，设计成功。
6.2调试电路
将做好的电路接在一个5V~10V的直流电源上，左右调节电位器RW，在正常情况下，当电位器处于最大阻值时蜂鸣器应发声，而最小阻值时应无声。
如果你做好的电路不是这样的话，多数是电路焊接有误或者是元件取值偏差太大！
如果电路正常的话，可以调试使得本电路在“危险温度”的时候发出报警声。
至于这个“危险温度”设置在什么位置，完全由你个人决定！
一般情况下，内外温差在15℃左右。
因此，打算将报警器的报警温度设置在60℃！
确定好了“危险温度”以后，准备一个普通的温度计，然后将它放在一杯热水中，同时将温度探头插入热水中。
注意，只要将温度探头的热敏核心放在水面以下即可，不要让它的两个引脚与水接触（也可以用隔水材料包起来）。
观察温度计，当水温逐渐降到60℃时，调节电路中的电位器使得蜂鸣器这时正好开始发声！
电路调试结束，将电位器焊下来，用万用表测得其阻值后用同阻值的固定电阻代替。
7总结
这次确实让我们学到了很多。
我们不仅要选好元件，还要把这些元件合理地组织起来，所以我们要学会如何寻找和搜索自己需要的资料。
这一次，是第一次做设计经历两次失败，历经五天。
虽然有些困难，但是经过努力，我们还是完成了电路的设计。
经过本次的设计，我们学到了很多的知识，了解到了传感器能够把自然界的各种非电量转换为电信号的能量物理理念。
从本次的实习设计中，我们还意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识运用到实际当中，实践是检验真理的唯一标准。
培养了一定的独立思考能力、解决问题的能力。
同时也学到了和他人愉快合作的技巧。
每当我们遇到问题时，我们学会了理性的分析，最终解决问题。
同时在讨论问题时认真聆听别人的思想和意见也很重要，在聆听的同时也会学到很多东西。
本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。
设计的过程中遇到过挫折和困难，当我们发现电路连接完却不能正常运行时大家都很沮丧，但我们又立刻振作起来，与别组同学进行了探讨。
课程设计时很累，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益匪浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
总体来说，通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅。
同时，让我明白：
这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获，所谓“一行胜千言”果然不假。
附录1：
电路图和仿真图
仿真图
附录2；元器件清单
序号
器件名
型号
数量
1
电阻
10K
2
2
电阻
5K
1
3
电阻
2K
1
4
电位器
47K
1
5
运算放大器
LM358
1
6
热敏电阻
10K-30K
1
7
三极管
9014
1
8
蜂鸣器
3V驱动
1
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