模电课设报告测温报警电路.docx

1、模电课设报告测温报警电路 课程设计报告书题目：温度报警电路 学 院 专 业 学生姓名 学生学号 指导教师 课程编号 课程学分 起始日期 教师评语教师签名：日期：成绩评定备注 目录测温报警电路 4一、选题背景 4二、方案论证(设计理念) 41、设计题目要求： 42、总体设计方案： 52.1设计思路 52.2提出方案： 52.3对方案进行可行性分析 5三、单元电路设计 63.1 温度检测电路： 63.1.1功能说明 63.1.2 元件选取与计算 63.1.3 简单电路图 63.2 比较电路 73.2.1功能说明 73.2.2 元件选取以及计算 73.2.3电路图 733 响应电路 83.3.1功能

2、说明 83.3.2元件计算 83.3.3电路图 8四、整机电路 94.1整机电路 94.2元件清单 10五、性能指标的测量与分析 115.1电路搭建和调试 115.1.1测试使用的仪器 115.1.2测温电路搭建和调试 115.2.3比较器电路搭建调试 115.1.4响应电路的搭建以及调试 115.1.5连接电路 125.2指标测试步骤、测量数据与分析 125.2.1测试步骤 125.2.2测量数据与分析 125.2.2.1比较电路 125.2.2.2蜂鸣器电路 135.2.2.3LED电路 135.2.2.4大于30摄氏度小于50摄氏度时 135.2.2.5大于50摄氏度 135.2.2.6

3、小于30摄氏度 13结论 13六、课程设计总结 146.1遇到的问题 146.2解决问题的思考 146.3课程设计过程的收获 14参考文献 15测温报警电路一、选题背景现实生活中的某些情况下会对环境温度有一定的要求，不能超过温度的上限或者下限值，因此温度报警器具有现实需求和意义。基于上述原因，报警器可以设计具有以下功能：假设常温为t1、经加热后的温度为t2，当测温装置感所应的温度t：t1tt2，电路以指示灯闪亮，闪烁频率为0.5Hz，但扬声器不报警；tt2，电路指示灯熄灭，同时扬声器报警，警报声频率为1kHz。因此，电路应该至少由三个部分组成，第一部分为温度检测电路，第二部分为比较电路，第三部

4、分是报警响应电路。主要是利用了将温度变化转化为电压的变化，再将电压进行比较输出比较结果，根据比较的结果进行相应的响应。二、方案论证(设计理念)1、设计题目要求：设计制作一个测温器，检测并显示环境温度的变化。 假设常温为t1、经加热后的温度为t2，当测温装置感所应的温度t：t1tt2，电路以指示灯闪亮，闪烁频率为0.5Hz，但扬声器不报警；tt2，电路指示灯熄灭，同时扬声器报警，警报声频率为1kHz。2、总体设计方案：2.1设计思路首先的温度检测电路可以利用实验室提供的热敏电阻组建，利用简单的串联分压电路就可以将温度变化转换为电压变化。温度变化引起热敏电阻阻值变化，从而使电压分配发生变化。第二部

5、分需要对电压进行比较，考虑到题目要求有上下两个临界点，采取窗口比较器形式对电压进行比较。第三部分的响应电路分成两种情况，但可以归结为同一种类型但是不同频率的震荡电路。2.2提出方案：方案选择：方案框图如下热敏电阻测温电路 比较器比较电路 蜂鸣器响应电路 LED响应电路 热敏电阻测温电路用于检测温度，将温度转化为电压信号，用于后面的比较电路。比较器电路可以将电压进行比较，输出不同的信号控制后续电路。响应电路对前面电路的输出电路分别进行作出正确的响应。2.3对方案进行可行性分析之所以选择这个电路，首先是采用热敏电阻来测温比较简便，题目对热敏电阻的线性特性要求不高，只要能够准确测量出两个临界点即可。

6、第二，窗口比较器恰好能够满足两个临界点的条件而不必用两个比较器电路结合数字逻辑电路这种较为复杂的方法，所以该方法比较简便，只需加多一个反相器。第三，采用555组成震荡电路的原因是可以控制电路的开启关闭，容易更改频率，搭建电路也比较简便。还有就是，555定时器在电子设备之中本来就具有很广的用途。总体上说：本电路具有结构清晰，组成简便的特点。 三、单元电路设计电路分成三个部分。3.1 温度检测电路：3.1.1功能说明通过热敏电阻感应温度，阻值产生变化，从而使输出的电压产生变化，起到测量温度的作用。3.1.2 元件选取与计算采用实验室提供的MF58热敏电阻，参考网上关于分压测温电路的最佳参数设计，串

7、联的电阻最佳为6.8K。3.1.3 简单电路图如下图1：3.2 比较电路3.2.1功能说明电路预设两个临界值，对输入的电压进行比较，输出控制响应电路的电压。有两个临界电压分别对应于温度t1和t2,所以采取窗口比较器，选取两个LM311比较器组成。另外，为了使输出的电压更加稳定，在输出端加上一个稳压管用以稳定电压。3.2.2 元件选取以及计算选取20摄氏度和30摄氏度作为临界温度，上网查找温度频率表得出临界阻值。经过计算得提供参考电压的电阻组合可以分别为47 K，56 K和33 K，62 K。取两个1N4148二极管稳定输出。稳压管暂时采取5.1V，匹配电阻取1 K和5 K。3.2.3电路图如下

8、图2：33 响应电路3.3.1功能说明该电路对比较电路输入的电压进行响应。因为电路对频率有要求，所以采取NE555组成的震荡电路，通过调节电容和电阻的大小可以获得频率分别为1kHz和0.5Hz的震荡电路。3.3.2元件计算由公式T=0.691（R1+2R3）C1，可以分别计算出接近题目要求的电阻以及电容取值。蜂鸣器电路：R1=R3=10 K，C1=47nF。LED电路：R1=R3=9.1 K，C1=47uF。C2则按照一般震荡电路的取值101瓷片电容。蜂鸣器以及LED的限流电阻有待搭建电路时确定。3.3.3电路图分别如下图3和图4：四、整机电路4.1整机电路单个模块的电路设计好之后就要就它们连

9、接起来。温度检测电路和比较电路之间可以直接连接，前者的输出电压作为后者的输入电压，与预先设置好的电压进行比较。为了输出电压的稳定，在比较电路的后面使用稳压管进行稳压。蜂鸣器报警电路与稳压管输出直接连接，而LED灯闪烁电路需要在前面加一个反相器再与比较器连接。整体电路图如下图5：4.2元件清单热敏电阻MF58电阻：6.8k、33k、62k、56k、47k、1k、5k、10k两个、9.1k两个、100两个电容：47Nf、47uF、10pF两个芯片：LM311两个、NE555两个、反相器74LS14蜂鸣器一个，LED灯一个、二极管1N4148两个、稳压管一个五、性能指标的测量与分析5.1电路搭建和调

10、试5.1.1测试使用的仪器万用表、示波器、直流稳压电源5.1.2测温电路搭建和调试用变阻器代替热敏电阻，由于电路较简单，搭建好之后没有问题。5.2.3比较器电路搭建调试选取LM311，首先在网上查找到引脚图以及中文资料，采用单电源的供电方式，按照电路图搭建好之后没有输出电压。经过对各个芯片的供电电压了解后采用10V供电。并且闻到一股烧焦的味道，马上切断电源，然后仔细检查电路并没有发现错误。再次接上电源同样的情况发生，于是检查电阻发现有两个上拉电阻变黑而且发热严重。所以原因是供电线路的限流电阻太小，导致电流过大。换上大电阻后一切正常。5.1.4响应电路的搭建以及调试搭建后开始时不能工作，检查后发

11、现接线错误，重新搭建电路，几次修改电阻以及电容的值后可以正常输出，中途还发现了面包板某部分接触不良。接着搭建LED电路同样多次修改参数而且LED灯一开始的时候闪烁一下就烧坏了，加上合适的限流的电阻后正常工作。5.1.5连接电路将测温电路与比较器电路连接好之后能够获得正常输出。连接上蜂鸣器响应电路之后就发现蜂鸣器不能工作。测量两端电压发现电压过低，经过和同学们讨论后发现问题的原因是芯片供电电压过低，采用了比较器输出电压作为供电电压。解决方法是将555的8脚分开独立供电。开始时加上了隔直电容出现问题，电容经常烧坏，于是删去了隔直电容。LED电路接入反相器之后再接入，基本没有出现大的问题，调节变阻器

12、阻值可以交替工作但是过渡段有点不稳定。总体上可以实现基本功能。5.2指标测试步骤、测量数据与分析5.2.1测试步骤分别用示波器以及万用表测出响应电路与比较电路的基本参数，如阀值，频率等。然后在测量三个温度区间的比较电路输出，响应电路的参数。5.2.2测量数据与分析实验数据：5.2.2.1比较电路LM311阀值：V1=4.631V(50摄氏度)，V2=3.525V（30摄氏度）分析：符合计算结果5.2.2.2蜂鸣器电路f1=1.240KHz 两端电压Vh=3.82V Vl=0.03V分析：频率条件基本满足，但是占空比与50%相差较远，原因是电阻的取值没有选好，不过不会影响结果。5.2.2.3LE

13、D电路f2=0.48Hz 两端电压 Vh=2.10V Vl=0.06V分析：频率条件基本满足，占空比接近50%，电路波形图有瞬时的冲击，可能原因是电容放电。5.2.2.4大于30摄氏度小于50摄氏度时LM311输出分别为V1=0.201V V2=0.198V稳压管输出 Vd=0.102V,蜂鸣器555四脚输入0.102V，LED555四脚无输入，所以蜂鸣器不工作，LED闪烁。分析：蜂鸣器555四脚输入低电平不工作，LED555无输入看做高电平可以工作。5.2.2.5大于50摄氏度LM311输出分别为V1=6.983V V2=0.128V稳压管输出 Vd=5.212V,蜂鸣器555四脚输入5.2

14、12V，LED555输入0.122V。分析：LED555四脚输入低电平不工作，蜂鸣器输入高电平可以工作，发出响声。5.2.2.6小于30摄氏度LM311输出分别为V1=0.200V V2=8.250V稳压管输出 Vd=5.366V,蜂鸣器555四脚输入5.366V，LED555输入0.007V。分析：LED555四脚输入低电平不工作，蜂鸣器输入高电平可以工作，发出响声。结论温度报警电路可以正常工作，在小于30摄氏度和大于50摄氏度的时候蜂鸣器报警，两个温度之间LED灯闪烁。但是过度状态不稳定，精确度也不足，一部分是因为热敏电阻实际参数与参考值有误差，另一方面说明电路设计还有很多可以提高的地方。

15、六、课程设计总结6.1遇到的问题1、LM311比较器单电源供电时上拉电阻的选择过小，没有及时发现问题导致电阻烧坏。解决方法：换上合适的大电阻。2、窗口比较器电路搭建时稳压管前的限流电阻选择有误，导致输出电压很不稳定。解决方法：通过参考网上资料并且结合实验结果选择合适的电阻。3、555定时器搭建电路时蜂鸣器电路一直没有反应。解决方法：检查电路是否接错，改变供电方式。4、LED闪烁电路灯一亮之后立即损坏。解决方法：加上合适的限流电阻。5、搭建好电路之后修剪了管脚以及修改一些元件排布。测量数据时发现热敏电阻很难降温到20摄氏度，于是在热敏电阻处串联一个3.7 K的电阻将临界值改为30摄氏度和50摄氏

16、度。之后测量了数据，其中的波形图不稳定，可能是因为蜂鸣器对电路有一定的影响。LED电路波形图有瞬时的冲击，可能原因是电容放电。6.2解决问题的思考基本上搭建好一个模块电路之后都会出现问题，首先要做的是检查电路有没有接错，然后检查各个节点的电压值，结合工作原理推测发生错误的原因，比如说是不是有短路了，或者线路接触不良。一般情况下的芯片都是没有问题的。如果一直没有检查出错误就要考虑芯片是否烧坏了。除了技术性的问题，还有一个比较重要的是一定要有足够的耐心，坚持到底，不要随便检查不出就放弃，或者马上找人帮忙。当真的不能独立解决的时候才去请教，这样对自己也是一种收获。6.3课程设计过程的收获首先是知识性

17、的收获：1、 了解到从设计一个电路到搭建、调试成功的过程。而且收获了重要的模块化思想，以前遇到功能复杂的电路设计可能无法入手，通过模块化之后可以将功能独立开，既方便调试又方便设计。2、 查阅资料的能力加强，可以通过查阅网上资料，书本资料来获取信息。将知识转化为应用的能力也加强了。而且可以迅速从一堆资料中找到需要用的一部分。3、 调试的方式方法多了很多，更有调理，而不是以前那样随意测试。其次就是意志品质方面的收获：调试过程会遇到很多问题，而且有时候一个下午就解决某个问题甚至解决不了，这就要克服心里的烦躁，沉下心来慢慢做。遇到问题不能老是先入为主以为很难，其实静下心来做也会很简单。 参考文献1 模拟电子技术基础（第四版）.童诗白 华成英.高等教育出版社 2006.5