温度报警器仿真.docx

1、温度报警器仿真模拟电路基础课程设计报告温度报警电路的设计与仿真 姓名：FD学号：- 背景与简介： 本项目的目标是设计一个温度监测与报警电路。人们的生活与坏境温度息息相关，物理、化学、生物等科学都离不开温度，太阳能热水器、电力、石油、农业大棚经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对温度进行控制。例如，在醋和酒等的酿造生产中必须对发酵过程的温度进行检测与控制；许多太阳能热水器中，需要通过温度检测来控制其水泵运作；在农业大棚中，通过温度检测来判断是否合适农作物种植与生长；许多电子设备都有额定温度单位，没有合适的温度会使电子产品造成故障等等。已知条件：1温度传感器 温度为25时，所有电阻的阻值为

2、400 温度每上升1，Rt的阻值下降0.012数字电压表：2V满量程，3位半3发光二极管：正常发光时正向电流为210mA设计要求：1温度为0时，数字电压表的指示为0.000V2温度为100时，数字电压表的指示为1.000V3温度低于30或高于40时，点亮发光二极管报警4温度监测与报警误差2分析： 1.由已知条件知：Rt与温度T的关系为：Rt=400.25-0.01T ; 由于Multisim12.0软件里面没有热敏电阻，根据上面的关系式，把Rt替换成一只399.25与一个1的电位器串联，从而模拟由于温度改变引起的Rt的阻值变化。2.根据设计要求1和2：温度为0时，数字电压表的指示为0.000V

3、,即Rt=400.25时，电压表示数为0.000V;温度为100时，数字电压表的指示为 1.000V,即Rt=399.25时，电压表示数为1.000V；3.根据设计要求3：温度低于30或高于40时，点亮发光二极管报警，即电压小于0.3V或大于0.4V时，输出逻辑高电平，使发光二极管应导通；则此时显然因选用的比较器为窗口比较器。4.根据设计要求4：温度监测与报警误差2，则所选用运放应具有低失调。系统方案设计与仿真：一：系统框图二：单元电路1传感器 分析得到：热敏电阻的阻值： Rt=400.25-0.01T ;用一只399.25与一个1的电位器串联来代替，从而模拟由于温度改变引起的Rt的阻值变化。

4、 图1 传感器部分2信号放大电路 由于采样信号为双端输入，共模量大，差模量小的信号，而系统需要的信号为差模信号，所以应采取CMR高的差分放大电路，并且应具有低失调，零点漂移，放大倍数稳定精确的特点。经查阅多种运放芯片手册以及做电子设计竞赛中用过的常用运放，先选用了OP07，但仿真发现误差最大时超过1.5mV，虽然也能满足项目+-2的指标要求(即要求到+-20mV)，但为了追求更高的精度和指标。最终选择了INA163，INA163是一种低噪声，低失真的仪表放大器。经仿真发现误差最大时也不超过0.2mV,下为INA163数据手册的部分资料 放大器元件参数分析与计算： 要使0时为0V，100时为1.

5、000V；而在25时差模输入信号为0，分析知放大部分的输出与输入差模信号不是直接的K倍关系，而应叠加一个直流偏移。设放大部分放大倍数为a,放大直流偏移b mV；建立方程组0时差模信号为：-781uV; 则： -781a/1000mV+b=0; (1)100时差模信号为：2.346mV; 则： 2.346amV+b=1000mV; (2)联立（1）（2）式解得：a=319.795倍； b=249.76mV;根据INA163的芯片手册：式中Rg为3和12直接的外接反馈电阻； 根据所需放大倍数，从而算得Rg=18.8 设计出放大级的电路如下 图2 放大部分3电压显示电路 可选方案有 方案一：Icl7

6、107,ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，从而显示电压值，且精度能达到设计要求。 方案二：用数字万用表直接显示，显然也能达到设计指标。 由于multisim里面没有icl7107系列芯片，icl7107是功能复杂的专用芯片，因此没有可以替换的单个芯片，只得选取方案二。 （图3） 4比较器电路采用两个LM311组成窗口比较器，输出端通过10K的上拉电阻接到Vcc。通过外部电压设定门限值，使当输入电压ui在0.3 到0.4V之间时输出逻辑低电平（mV级别），ui低于0.3或高于0.4V时，输出高电平（约为4.5V，二极管有一点压

7、降）。经仿真，发现门限值和输出效果十分准确。5报警电路采用发光LED报警，项目要求正常发光时正向电流为210mA，先设定LED的正常工作电流为5mA. 由于比较器的输出的驱动能力较弱，采用一只常用NPN型管2N3904对发光二极管进行驱动。当Uo=0时，三极管截止，LED不亮；当Uo输出高电平时，三极管工作，LED亮；从而实现报警。 图4 报警部分6.温度报警器全局电路图 图5温度报警器全局电路图三：仿真结果 由于对整体进行仿真，已经相当于对每个单元进行仿真了，就没有把每个单元单独隔离出来仿真了（设计每个单元时已经验证过其正确性）。对电压表显示和发光报警部分的仿真：（1）温度为0时,调节滑动变

8、阻器 使Rt=400.25仿真：结果为 :数字万用表示数 697.593uV, led亮（温度低于30，报警）； （2）温度为100时,调节滑动变阻器 使Rt=399.25结果为 :数字万用表示数 1.001V, led亮（温度高于40，报警）；（3）温度为10时,调节滑动变阻器 使Rt=400.15结果为 :数字万用表示数 900.758mV, led亮（温度低于30，报警）；（4）温度为25时,调节滑动变阻器 使Rt=400结果为 :数字万用表示数 750.607mV, led亮（温度低于30，报警）；（5）温度为31时,调节滑动变阻器 使Rt=399.94结果为 :数字万用表示数 350

9、.48mV, led不亮（ 温度在30到40之间，不报警）；（6）温度为35时,调节滑动变阻器 使Rt=399.9结果为 :数字万用表示数 300.493mV, led不亮（温度在30到40之间，不报警）；（7）温度为37时,调节滑动变阻器 使Rt=399.88结果为 :数字万用表示数390.475mV, led不亮（ 温度在30到40之间，不报警）；（8）温度为41时,调节滑动变阻器 使Rt=399.84结果为 :数字万用表示数 420.474mV, led亮（温度高于40，报警）；(9) 温度为80时,调节滑动变阻器 使Rt=399.45结果为 :数字万用表示数 840.691mV, le

10、d亮（温度高于40，报警）；（10）温度为90时,调节滑动变阻器 使Rt=399.35结果为 :数字万用表示数 960.834mV, led亮（温度高于40，报警）；分析： 仿真结果均达到设计要求。四：结论设计项目成功，达到所有设计指标。 1温度为0时，数字电压表的指示为0.000V.（实际为697.593uV） 2温度为100时，数字电压表的指示为1.000V.（实际为1.001V） 并且温度在0到100之间变化时，数字电压表的指示十分精确，最大 误差小于0.2mV. 3温度低于30或高40时，点亮发光二极管报警.（能准确报警） 4温度监测与报警误差2（实际误差0.02）总结： 通过本课程设计项目，认识到实际运用中芯片选型的重要性，在电子设计中，芯片选型也是一个关键，本项目中OP07和INA163仪放精度差了不少。然后就是multisim软件的缺陷，很多专用芯片在元件库中都没有，实际做电路是也不一定做仿真分析。其次，本项目中传感器太理想，实际生活中不太可能，各种元件的阻值也不可能精确，所以计算机仿真出来的结果和实际制作出来的也会有所差距。