1、陜西理工學院 電子技術綜合課程設 計 課 程： 電子技術綜合課程設計 題 目： 溫 度 報 警 器 所屬院(系) 專業班級 姓 名 學 號 指導老師 完成地點 2014年 09月 22 日任務書溫度報警器的設計與制作一、任務和要求：設計并制作 一個溫度報警器，要求如下：1、用壓電陶瓷蜂鳴器作為電聲元件；2、當溫度在10 至30 范圍內（允許誤差1）時報警器不發聲響，當溫度超過這個范圍內時，報警器發出聲響，并根據不同音調區分溫度的高低，即：(1)當溫度高于30時，報警器發出兩種頻率交替的“嘀嘟”聲響，即加到蜂鳴器上的電壓波形如資料中附錄3D；(2)當溫度低于10時，報警器發出單頻率聲響，如資料中

2、附錄3D。3、溫度傳感器輸出電壓可由直流信號源模擬，以0為0mv，溫度每上升1，遞增2mv；4、設計并制作本電路所用直流電源。二、設計框圖溫度模擬信號直流電源放大比較電路音頻報警器三、所需儀器設備1、數字萬用表 一塊2、雙蹤示波器 一臺3、直流穩壓電源 一臺4、剪刀、鑷子 各一把5、面包板 一塊目錄前言.11.方案論證與比較21.1方案一 21.2方案二21.3方案確定22.單元電路設計32.1直流電源電路的設計32.2放大器電路的設計32.3窗口比較器電路的設計42.4溫度報警電路的設計43.仿真調試及實驗裝調83.1電路仿真84.電路的裝調和分析 84.1電源的裝調84.2放大電路和比較電

3、路的裝調84.3報警電路的裝調94.4整體電路的裝調95.實驗結果分析96.小結107.參考文獻11附錄11附錄1 元器件管腳及功能.11附錄2 元器件清單2.14附錄3 整體電路圖2.15前 言 本次電子技術綜合課程設計是專門針對所有開展電類教學大三學生的一次綜合訓練，它著重考察的是同學們對所學課程的分析與綜合應用能力，讓同學們切實感受到理論聯系實際的重要性，讓所有同學都有一個清醒的認識，也是為了培養同學們良好、嚴謹的科學態度，為以后的發展打下堅實的基礎。 此次電子技術綜合課程設計的題目是溫度報警器的設計。溫度報警器是一種與國民生活、安全、及工農業生產都有著重大關聯的裝置，因此對它的研究有著

4、極其重要的意義。 本次設計的溫度報警器并不以真實的溫度作為檢測量來檢測，而是通過直流信號源來模擬溫度傳感器的輸出電壓，進而實現檢測并判斷報警電路是否發出報警警告。此次試驗將首先在計算機上通過protues仿真軟件進行仿真實驗，并遵循指導老師的建議將溫度報警裝置進行分模塊設計，具體將分為四個模塊：電源模塊、放大模塊、比較模塊、報警模塊。因此實驗的重點也將主要在于各模塊的設計與組裝調試來驗證電路的完好運行，且能執行報警。 1. 方案論證與比較1.1 方案一 根據任務書要求及電路所需要實現的功能將溫度報警器劃分為三個模塊：電源模塊、比較模塊、報警模塊。此方案設計簡單明了，但是實驗要求的精度是可以區分

5、1即2mv電壓，運用此方案難以滿足如此高精度的報警。故此方案不能用來設計此溫度報警器。可將其模塊劃分如下圖一。 電源模塊 比較模塊 報警模塊 圖一 方案一 1.2 方案二溫度報警器需要對溫度這個變量極其敏感，本次試驗中雖然采用直流信號源代替，但是實驗所要求的2mv電壓的精度是比較高的，簡單的電路無法分辨出來，因此須將其放大進行比較，即可將此溫度報警器按照分模塊設計的方法分為電源模塊、放大模塊、比較模塊、報警模塊，可將其模塊劃分如下圖二。比較模塊電源模塊放大模塊報警模塊 圖二 方案二1.3方案確定 通過對比方案一和方案二，發現方案一設計簡單明了，但是實驗要求的精度是可以區分1即2mv電壓，最終發

6、現運用此方案難以滿足如此高精度的報警。溫度報警器需要對溫度這個變量極其敏感，本次試驗中雖然采用直流信號源代替，但是實驗所要求的2mv電壓的精度是比較高的，簡單的電路無法分辨出來，因此須將其放大進行比較，即需按照方案二將溫度報警器的設置劃分為四個模塊，在方案一的基礎上添加一個放大模塊。鑒于此，本次實驗采用方案二。2. 單元電路設計2.1直流電源的設計直流電源電路設計直流穩壓5V,12V,-12V電源的設計圖2.2 直流電源電路原理圖2.2放大器電路的設計此電路是同相比例運算電路，電路引入了電壓串聯負反饋。圖2.3 放大器電路原理圖此電路是同相比例運算電路，電路引入了電壓串聯負反饋。該電路的放大倍

7、數為： 2.3窗口比較器電路的設計 圖2.4 窗口比較器電路2.4溫度報警電路的設計 本次課設四人一組，實驗分為四個模塊，為了更高效率、更準確的完成本次實驗，我們每人負責一個電路模塊。本次實驗中報警模塊即由我負責設計。根據此次試驗的任務要求，溫度報警器需要發出兩種不同的報警聲音，即低于10發出單頻低溫報警聲音，高于30發出雙頻高溫報警聲音。因此我們設計兩種報警電路，單頻報警和雙頻報警電路。 通過老師的指導和查閱資料我們將音頻報警電路的制作主要用555定時器來完成。555定時器作為一種數字模擬混合單片中規模集成電路，該電路是一種使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩態觸發器、多諧振

8、蕩器。圖2.5555定時器的電路如上圖所示。它由三個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發器、放電管V1、與非門和反相器組成。分壓器為兩個電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器C1的參考電壓為2/3Ucc，加在同相端；C2的參考電壓為1/3Ucc,加在反相端。Rd是復位端，當Rd=0時，基本RS觸發器被置0，晶體管V1導通，輸出端UO為低電平。正常工作時，Rd=1。設U11和U12分別為6端和2端的輸入電壓。當U112/3Ucc,U121/3Ucc時，C1輸出為低電平，C2輸出為高電平，即Rd=0,Sd=1,基本RS觸發器被置0，晶體管V1導通，輸

9、出端UO為低電平。當U112/3Ucc，U121/3Ucc時，C1輸出為高電平，C2輸出為低電平,Rd=1,Sd=0,基本RS觸發器被置1，晶體管截止，輸出端U0為高電平。當U112/3Ucc時，基本RS觸發器狀態不變，電路亦保持原狀態不變。2.4.1低溫報警電路 此電路中4端口接窗口比較器的D1穩壓輸出，4端口為一個復位端，當D1為高電平（溫度低于10即放大電路輸出電壓小于3V）時，此多諧振蕩器工作，蜂鳴器發出單頻聲音報警。充放電時間為=RC充電時間為T1=(R1+R2)C1(VccVt-)(VccVt+)放電時間為 T2=R2C1(VccVt-)(VccVt+) 此振蕩電路的振蕩周期為 T

10、=T1+T2=(R1+2R2)C1(VccVt-)(VccVt+) =(R1+2R2)C12 占空比： q=T1/T=(R1+R2)（R1+2R2） 圖 2.6 低溫報警電路原理圖2.4.2高溫報警電路圖2.7 高溫報警電路原理圖高溫報警采用雙頻報警，該部分用到了兩片555定時器。U1的作用是控制高低音的持續時間，高電平持續時間即為電容C的充電時間，低電平持續時間即為電容C的放電時間；U2的作用是將高音與低音轉換成合成頻率輸出。對于U1振蕩電路的充電時間為：T1=(R1+R2)C1(VccVt-)(VccVt+)放電時間為： T2=R2C1(VccVt-)(VccVt+)占空比為：q=T1/T

11、=(R1+R2)/(R1+2R2)當U1輸出為高電平時對于U2振蕩電路的振蕩頻率為：設閾值電壓為VT1+、VT1-充電時間為TH：放電時間為TL：則振蕩周期TO為：低音頻率為：當U1輸出低電平時對于U2的振蕩頻率為： 設C2的閾值為VT2+、VT2-高音振蕩頻率為：根據參數、計算公式可得，雙頻的高低音持續時間以及高低音頻率只與和555外部連接的電容C和電阻R有關，因此我們可以通過改變555外部電路的電容和電阻的大小來控制多諧振蕩電路的振蕩周期，從而控制蜂鳴器發出聲音的高低和頻率。U2的4端接D2端穩壓輸出電壓，當D2為高電平（溫度高于30即放大電路輸出電壓大于9V）時，此多諧振蕩器工作，蜂鳴器

12、發出“嘀-嘟”的雙頻聲音報警。 3.電路的仿真3.1電路仿真 通過用Protues軟件進行仿真，將各個模塊連接好后進行仿真。仿真結果：當溫度低于10時發出單頻報警輸出波形如下：圖3.1 單頻報警輸出波形圖當溫度高于30是發出雙頻報警輸出波形如下： 圖3.2 雙頻報警輸出波形圖4.電路的裝配和調試本次實驗中我們是以組為單位進行設計，因此我們組中四個人每人負責一個模塊的設計和調試。電路總的裝配由我們四人合作完成。4.1電源的裝調在接電源的過程中遇到了如下問題：用萬用表測量從LM7912輸出的電壓值沒有達到-12V。故障排除：經過仔細的檢查發現電路接通后LM7912發熱，最后判斷該三端穩壓器是壞的，

13、不能使用。更換LM7912后正常。4.2 放大電路和比較電路的裝調1.發現放大電路的放大倍數較小，不滿足需求。解決：改變了滑動變阻器的數值，使放大倍數接近于150倍（在我們所能調試的最接近于實驗要求）。4.3 報警電路的裝調因這一塊由我負責，起初我進行了試聯發現如下問題：報警器的試聯過程中燒壞過一片555，究其原因是因在高溫報警模塊第一片555之后的3管腳處沒有接10K的電阻直接連在第二片的555芯片的5管腳處，導致第二片555燒壞。改正過后，重新連接發現可以正常報警。4.4整體電路的裝調通過上面電路的的連接檢查整體電路無誤后接通電源，然后通過電位器模擬溫度變化；1，當溫度低于10時發出“嘀嘀

14、”的單頻報警：2當溫度高于30時發出“嘀嘟”的雙頻報警總體電路圖見附錄35. 實驗結果分析理想電壓測量電壓（不帶負載）測量電壓（帶負載）+12V12.13V12.12V+5V5.02V5.02V-12V-16.11V-12.00V放大器輸入放大器輸出（窗口比較器輸入）窗口比較器輸出（單頻RST電壓窗口比較器輸出（雙頻RST電壓）單頻蜂鳴器雙蜂鳴器0.018V2.77V5.01V-0.756V響不響0.030V4.61V-0.754V-0.756V不響不響0.052V7.91-0.764V5.01V不響響項目理論值測量值不帶負載的變壓器輸出16 V18.3 V帶負載的變壓器輸出16 V18.3V

15、整流橋輸出14.415.9V6. 小結經過為期三周的課程設計，溫度報警器的設計與制作終于完成了。我們從心底里都有一種成就感，雖然我們的些許成績在那些DIY大牛眼里一文不值，在老師眼里可能也就是一場游戲，但對我們這些動手經驗甚少的大三學生來說也算是一個可以會心一笑的成功。本次課程設計中我們也遇到了一些困難，大致有以下幾方面：一、初期我們對仿真軟件還不太了解，會有一些操作上的困難。但是通過請教電子專業的同學我們基本上可以自己動手了，問題也就得到了解決；二、對電路的設計。通過老師的講解，心里也只是有一個模糊的印象，但接下來通過上網查找發現了好多現成的方案，使得我們對電路的設計有了一個清楚的認識；三、

16、電路的仿真運行。因為之前的電路是分為獨立模塊進行設計的，當我們把它組合在一起時發現了許多運行錯誤，發現大多是電源參數的錯誤，我們就單獨給錯誤的地方加入信號源來代替我們所設計的電源模塊供電，發現問題也解決了。故我們推測在實際連接中是不會有這些錯誤的，后來成品的成功也驗證了我們的推測；四、實際組裝電路中的問題。此時的問題基本上是由于我們的疏忽造成的，在通過與仿真模塊一一對比過后將其排除，為此我們在有必要的地方都進行了電壓測量與仿真結果進行對比。可以說至此我們才了解到仿真的重要之處。但是在這次課設中我亦學到了很多東西。以小組為單位進行設計讓我們學會了團隊合作的重要性。本次課設中亦是我們理論聯系實際的

17、一次體驗，很多以前學了不知所云的東西，現在才發現了它的威力，原來是有這樣的作用。再者，此次課設也是磨練大家的一個機會，讓我們體會到了把一個想法變成實物的困難，可以說是對我們不小的一次鍛煉。總之，此次課設對我可以說是受益良多。參 考 文 獻1 華成英，童詩白.模擬電子技術基礎.四版.北京：高等教育出版社，2006.2 閻石.數字電子技術基礎.五版.北京：高等教育出版社，2006.3實用電路手冊.楊寶清 編著 機械工業出版社 1985.6.附錄附錄1.元器件管腳圖及功能1）W7812、W7805、7912管腳圖 . 圖A1 圖A2圖A3將正面對著自己，管腳在下，圓孔端在上，左中右三卻分別是123腳

18、。它們的1、2腳是電壓輸入端，1接電源正，2接地。它們的2、3腳為電壓輸出端，3接電源輸出，2接地。78xx系列穩壓器的最大輸出電流為1.5A，最大輸入電壓為40V。2）LM324 的管腳圖：LM324是四運放集成電路，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負雙電源15V15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為OVcc。它采用14腳雙列，它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用上圖左所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入

19、端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。V-也可接地，即LM324可以單電源工作。（3）555定時器1地 GND 5控制電壓2觸發 6門限(閾值）3輸出 7放電4復位 8電源電壓Vcc555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路