温度报警器控制电路的设计--毕业论文.doc

论文编号____________ ______________

鹤 壁 职 业 技 术 学 院

毕业论文

温度报警器控制电路的设计

目 录
摘要 1
前言 2
课程设计任务书 3
一、设计方案及思路 5
（一）设计框图 5
（二）所需仪器设备 5
（三）设计任务 5
（四）设计方案 5
（五）单元电路设计 5
二、电路的组成 7
（一）多输出电源电路 9
（二）放大电路 10
（三）窗口比较器电路 11
（四）单频蜂鸣器电路 12
（五）双频蜂鸣器电路 13
三、各个模块 14
（一）电源电路 14
（二）放大电路和窗口比较器电路 14
（三）单频蜂鸣器报警电路 14
（四）双频蜂鸣器报警电路 14
四、综合电路 15
（一）实验数据 15
（二）元器件清单 16
五、实验装调 17
（一）装调步骤与方法 17
（二）出现故障及处理 17
六、心得与体会 19

参考文献 21
附录 22
致谢 25

26
温度报警器控制电路的设计

温度报警器控制电路的设计
摘要
温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。
从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。
温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为人们的生活提供了无数的便利和功能。
近年来，我国工业现代化的进程和电子信息产业连续的高速增长，带动了传感器市场的快速上升。温度传感器作为传感器中的重要一类，占整个传感器总需求量的40%以上。温度传感器是利用NTC的阻值随温度变化的特性，非电学的物理量转换为电学量，从而可以进行温度精确测量与自动控制的半导体器件。温度传感器用途十分广阔，可用作温度测量与控制、温度补偿、流速、流量和风速测定、液位指示、温度测量、紫外光和红外光测量、微波功率测量等而被广泛的应用于彩电、电脑彩色显示器、切换式电源、热水器、电冰箱、厨房设备、空调、汽车等领域。近年来汽车电子、消费电子行业的快速增长带动了我国温度传感器需求的快速增长。
关键词：半导体 放大器 温度传感器

前 言
电子技术综合课程设计是集电路分析、模拟电子技术、数字电子技术以及电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验等课程之后的一门理论与实践相结合的综合设计性课程。
它的开展是为了提高和增强我们学生对电子技术知识的综合分析与应用能力。这对于提高我们学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。
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。而用实际器件搭建电路，培养我们学生分析问题、解决问题的实践能力。我相信，我会在本次课程设计中受益匪浅，为将来的学习，毕业设计以及工作打下坚实的基础。
通过课程设计实现以下三个目标：
第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标。
第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是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，了解科学实验的程序和实施方法。
第三，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。
本课程设计以电工电子技术的基本理论为基础，着重掌握电路的设计装调及性能参数的调试方法。本课程设计应达到如下基本要求：
（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）由于本次试验是分组完成，所以培养团结协作能力尤为重要。
在温度报警器电路的课程设计中，不仅得到了指导老师的关心和鼓励，而且得到了许多同学的无私帮助，在此表示衷心的感谢。同时，因设计者水平有限，设计论文中错误在所难免，恳请不吝指教。

任务书
温度报警器的设计与制作
一、任务和要求：
1、电源电路的设计，用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件；
2、数值比较器的设计，当温度在10℃至30℃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，即：
（1）当温度高与30℃时，报警器发出两种频率交换的“嘀—嘟”声响。
（2）当温度低于10℃时，报警器发出单频率声响。
3、 温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0设计并制作一个温度报警器，要求如下：
℃为0mv，温度每上升1℃，递增2mv;
4、电源电路的设计，设计并制作本电路所用直流电源。

一、设计方案及思路
（一）设计框图
温度模拟信号
直流电源
放大比较电路
音频报警器

（二）所需仪器设备
1、模拟电子试验箱 一台
2、数字万用表 一块
3、双踪示波器 一台
4、直流稳压电源 一台
5、剪刀、平口起子、镊子 各一把
6、面包板 一块

（三）设计任务
（1）用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件；
（2）当温度在10℃至30℃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，即：
①当温度高与30℃时，报警器发出两种频率交换的“嘀—嘟”声响；
②当温度低于10℃时，报警器发出单频率声响；
③温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，以0℃为0mv，温度每上升1℃，递增2mv；
（3）设计并制作本电路所用直流电源。
（四）设计方案
蜂鸣器
窗口
比较器
放大器
多输出
电源

根据任务要求，所设计电路分为四个模块：多输出电源、放大器、窗口比较器和蜂鸣器。其中放大器的设计，既可以采用三极管放大，也可以采用集成运放放大，考虑到电路检测的方便，采用集成运放设计放大电路。对于比较器的选择还是比较定向的，因为书上学过的比较器，例如单限比较器、滞回比较器等，都不能实现我们要控制一段连续区域的要求，所以我们就选择了窗口比较器，可以模拟实现高温低温。蜂鸣器有单双频之分，亦有两种设计方法：三级管构建单双频电路或555构建单双频电路，为使电路简单易检测，决定采用555构建单双频电路。

（五）单元电路设计
1、多输出电源电路
直流稳压5V,12V,-12V电源的设计
(1)集成稳压器
集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相通。稳压器的最大允许电流Icm<Iomax，稳压器的输入电压Ui的范围为
Uomax+（Ui-Uo）min≤Ui≤Uomin+（Ui-Uo）max
式中，Uomax—最大输出电压；Uomin—最小输出电压；
（Ui-Uo）min—稳压器的最小输入输出压差
（Ui-Uo）max—稳压器的最大输入输出压差。
可调式三端集成稳压器输出电压Uo满足：
Uo=1.25（1+）
（2） 电源变压器
通常根据变压器副边输出的功率P2来选购变压器。由Vi=1.1-1.2V2可得到变压器副边的输出电压U2与稳压器输入电压Ui的关系为U2，在此范围内，U2越大，稳压器的压差越大，功耗也就越大，一般取副边电压：U2
副边输出电流： I2>Iomax
(3)整流二极管
整流二极管VD2的反向击穿电压Urm应满足：Um>U2
其额定工作电流应满足：If>Iomax

（4） 滤波电容
滤波电容C的容量可由下式计算：C=
其中，△Ui—稳压器输入端纹波电压的峰峰值
t—电容C放电时间，t= =0.01s
Ic—电容C放电电流，可取Ic=Iomax
滤波电容的耐压值应大于U2。
（5） 系统设计
稳定直流源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。方案1.我们可以采用以桥式整理电路实现整流的目的，以大电容作为滤波电路，然后接负载。但是这样做有以下不足之处，如负载的影响很大，电压不可调以及没有保护电路等一下列问题。我们采用某些芯片，可以解决以上的问题。方案2.以全波整流电路作为整流网络，以极性电容作为滤波网络，采用固定式三端集成稳压电路7805和7905设计制作连续可调的双极型直流稳压电源。如下图所示，220V（幅值311V）50Hz市电经变压器220:25输出两组独立的25V交流，经桥堆整流、大电容滤波后分别经过集成稳压块LM7805C与LM7905C作用得到±5V的直流输出。
稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图1所示

图1 直流电源系统方框图
电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。

二、电路的组成
（一）多输出电源电路
多输出电源电路图：

（二）放大器电路
放大器电路图：

（三）窗口比较器电路
窗口比较器电路图：

（四） 单频蜂鸣器报警电路
单频蜂鸣器报警电路图：

（五） 双频蜂鸣器报警电路
双频蜂鸣器报警电路图：

由后级555单稳态触发器控制前级555单稳态触发器，从而使蜂鸣器可以发出两种不同的声响。

三、各个模块
（一）电源电路
设计电源电路，是把220v 50Hz的交流电压经整流、滤波、变压，转换为+5v、+12v以及-12v电压。
（二）放大电路和窗口比较器电路
放大电路采用同相比例放大。电压比较部分采用窗口比较器电路。
（三）单频蜂鸣器报警电路
由于其只发出一种声音，则利用一个555定时器构成一个多谐振荡器。
（四）双频蜂鸣器报警电路
设计理论：
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并有两个比较器来检测电容器上的电压。要求发出两种声音，则利用两个555定时器。555集成电路是8脚封装，双列直插型。其中6管脚称阈值端，是上比较器的输入；2管脚是触发端，是下比较器的输入；3管脚是输出端。我设计的报警电路时由后级555单稳态触发器控制前级555单稳态触发器，从而使蜂鸣器可以发出两种不同的声响。将第一个555定时器的3管脚接在第二个555定时器的5管脚，改变了5管脚的2/3的Vcc。
设计器材选择：
蜂鸣器、10μF电容、电阻若干、555定时器

四、综合电路
（一）实验数据
将以上四大部分连接起来，测得如下数据：
放大器输入
放大器输出（窗口比较器输入）
窗口比较器输出之单频RST电压
窗口比较器输出之双频RST电压
单频蜂鸣器
双蜂鸣器
0.013V
1.340V
5.537V
-0.756V
响
不响
0.023V
3.308V
-0.754V
-0.756V
不响
不响
0.063V
6.229V
-0.754V
5.083V
不响
响

（二）元器件清单
名称
数量
备注
变压器
1
220v——16v
桥式电路
1

LM7812
1

LM7912
1

LM7805
1

LM324
1

NE555
3

蜂鸣器
2
200Hz
电解电容
2
2200μF
电容
5
33μF
电容
3
4.7μF
电容
1
0.01μF
电阻
3
100KΩ
电阻
4
10KΩ
电阻
3
3.3KΩ
电阻
4
1KΩ
滑动
变阻器
2
100KΩ
滑动
变阻器
2
10KΩ
电源插头
1

导线
若干

绝缘胶布
若干

五、实验装调
（一）装调的步骤与方法
本次课设四人一组，各尽其能，我们分了四个模块，有直流电源电路，放大电路，窗口比较器电路，单蜂鸣报警电路以及双蜂鸣报警电路。我们先做了电源，经过安装调试后，接好了电源，用万用表测量从LM7812输出的电压值约为12V,从LM7805输出的电压值约为5V,从LM7912输出的电压值约为-12V后,这样直流电源就完成了，然后是放大电路，放大电路由我负责完成，我选用的是LM324，两个1k的电阻和两个100K的电阻，还有一个10k的滑动变阻器，最终组成了放大电路，经示万用表的测量，放大倍数约为100。接下来完成的是窗口比较电路，窗口比较电路是由两个LM324组成的电路，然后就是单蜂鸣报警电路，控制电路是由一块NE555组成，最后就是双蜂鸣报警电路，控制电路的主要元器件是两块NE555。将以上模块连接在一起就构成了所要求功能的温度报警电路。
（二）出现故障及处理
（1）在连接直流电源时，整流电桥的正负方向出现错误，导致电路接入220V 50Hz的电源时LM7912总是发烫，还有LM7912是1端口接地2端口接输入3端口接输出，正好和LM7812、LM7805不同，LM7805和LM7812都是1端口接输入2端口接地，最后更改了整流电桥以及LM7912的正负方向后电路的输出才正常了。
（2）在放大电路时，按照图纸连接好电路图后，调试时发现放大的倍数很小，就不是我们理论上所计算的数值，我们又改变了滑动变阻器的数值，是放大倍数接近100。
（3）在接单蜂鸣报警电路时和双蜂鸣报警电路时，由于我们给输入的电压值不是很稳定，所以导致当温度值大于30时，温度报警器的双蜂鸣报警器发出的声音为嘀嘀嘀……后来我们把NE555的输出端口接入示波器经过调整最终得到了稳定的方波，最后温度报警器的发生装置也就输出为正常的嘀嘟嘀嘟……声了。

六、心得和体会
电子技术综合课程设计是基于数模电的课程设计，是学习电子技术的一个重要环节。本次课程设计棋的流程大体为：课程设计动员大会、指导老师分配小组课设任务、各小组进行审题分析并设计电路，指导老师审图通过后领取元器件、试验测试调试、指导老师检验实验结果。
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。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。同时我认为我们的工作是一个团队的方式进行的，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
　　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。对于我来说，收获最大的是自己主动去解决问题，并在试验中总结解决方法，学会去分析问题出现的原因，以及应该从哪个部分去解决，但无法出现正确结果是，需耐心的检查电路，因为大多数出问题都是因为一两根线没接或接错的问题。本次试验能够成功也冲更体现了我们团队的协作能力，大家都很积极的参与，这减少了不必要的错误，同时加快了设计完成的时间，同样要感谢老师的指导和帮助，是我们能顺利完成课程设计。
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。

参考文献
[1] 李中发主编 数字电子计时第一版中国水利水电出版社2001
[2] 章忠全主编 电子技术基础实验与课程设计 第一版
北京：中国电力出版社1997
[3] 华中理工大学电子教研室编 康华光主编;电子技术基础（数字部分）
北京：高等教育出版社，2000
[4] 清华大学电子学教研室编，余孟尝主编，数字电子技术基础简明教程第二版
北京：高等教育出版社，1999
[5] 何碧华.数字电子技术实验指导书.电工电子实验指导中心，2009.
[6] 阎石.数字电子技术基础.五版.北京：高等教育出版社，2006.
[7] <<集成电路音响放大器>> 徐治邦 编著 新时代出版社 1984.1
[8] 〈〈模拟电子技术基础>> 主编:童诗白 华成英 高等教育出版社 2000.3
[9] 〈〈实用电路手册〉〉 杨宝清 编著 机械工业出版社 1985.6
[10] 〈〈高稳定度电源〉〉 倪本来 编著 人民邮电出版社 1982.12

附 录
1、元器件管脚图及简介
LM324管脚图
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用上图左所示的符号来表示，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相位相反；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。LM324的引脚排列见下图。

CB555管脚图

1——地 GND
2——触发
3——输出
4——复位
5——控制电压
6——门限(阈值）
7——放电
8——电源电压Vcc
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

LM7805、LM7812、LM7912管脚图

将正面对着自己，管脚在下，圆孔端在上，左中右三却分别是123脚。
它们的1、2脚是电压输入端，1接电源正，2接地。
它们的2、3脚为电压输出端，3接电源输出，2接地。
LM7912，输入端接12-14VDC即可，输出的是-12VDC
LM7812输入端接12-14VDC，输出的是12VDC
LM7805输入端接6VDC，输出的是5VDC。
二输入端四与非门7400

引出端符号：
　　 1A－4A，1B－4B 输入端
　　 1Y－4Y 输出
致谢 
大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。 
首先诚挚的感谢我的论文指导蔡辉剑老师。他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 
感谢五年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了五年的学习生活。
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86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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