電網(wǎng)電壓異常報警器設(shè)計

1、大 慶 石 油 學(xué) 院課 程 設(shè) 計課 程 低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計 題 目 電網(wǎng)電壓異常報警器設(shè)計 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2008年 7月 19日大慶石油學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程 低頻與數(shù)字電路課程設(shè)計 題目 電網(wǎng)電壓異常報警器設(shè)計 專業(yè) 姓名 學(xué)號 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：設(shè)計一個環(huán)境溫度監(jiān)測報警電路，通過對溫度報警電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試，掌握溫度報警電路的工作原理和運算放大器在實際電子電路中的應(yīng)用?；疽螅?.當(dāng)溫度在1530范圍內(nèi)（允許誤差1）時，報警器不發(fā)聲。2.當(dāng)溫度高于30時，報警器發(fā)出兩種頻率交替的“滴嘟、滴嘟”聲響。3

2、.當(dāng)溫度低于15時，報警器發(fā)出間歇式聲響。4.可用515v直流穩(wěn)壓電源供電。5.在保證性能的前提下，盡量減少功耗，降低成本。主要參考資料：1 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2001.2 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo).北京：高等教育出版社，1997.3 孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計.北京：高等教育出版社，1998.完成期限 2008.7.19 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2008年 7月 10日一、 任務(wù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個電網(wǎng)電壓異常報警電路本次設(shè)計任務(wù)的主要指標(biāo)為：用壓電陶瓷蜂鳴片作為電聲元件；電網(wǎng)電壓正常波動范圍：190250v（單相交流有效值）； 電網(wǎng)電壓高于250v（誤

3、差不超過5v），報警器發(fā)出兩種頻率交替的“滴嘟、滴嘟”聲響；電網(wǎng)電壓低于190v（誤差不超過5v），報警器發(fā)出間歇式聲響。二、 總體設(shè)計思想1. 基本原理（1）降壓電路降壓電路采用變壓器直接變壓，輸出12v交流電。采用變壓器變壓。采用轉(zhuǎn)換效率高，漏磁少的變壓器，以減少整機(jī)功耗。（2）整流電路整流電路一般分為半波和全波整流。全波整流與半波整流相比，在相同的變壓器的副邊電壓下，對二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小等優(yōu)點，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，其中橋式整流最為常用。鑒于以上優(yōu)點，本設(shè)計采用了橋式整流。（3） 濾波電路在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻的兩端），并聯(lián)一

4、個電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，利用其充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。本設(shè)計采用rc型濾波器進(jìn)行濾波，并配合后級的電解電容和瓷片電容使輸出的直流電壓更加平滑，紋波電壓更小。（4） 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等類型。本著使電路簡單化、高效化、穩(wěn)定化的思想，本設(shè)計采用了集成穩(wěn)壓器型穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為集成運放提供工作電壓以及為比較器提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，保證了電網(wǎng)電壓報警的準(zhǔn)確性。（5） 采樣電路采樣電路的功能是從電網(wǎng)電壓分壓后采樣當(dāng)前電壓，然后送至比較器進(jìn)行比較，檢測電壓是否異常。本設(shè)計采用兩個電阻分壓采樣。（6） 比較電路比較電路是本設(shè)計的

5、核心部分。它是由兩組運放組成的上下限比較器。由兩組電阻降壓后的6v電壓分壓后分別給比較器提供基準(zhǔn)電壓，改變此基準(zhǔn)電壓即可改變報警上下限（本設(shè)計設(shè)定上下限為190v250v），使本設(shè)計更加通用。由采樣電路采樣到的電壓與兩基準(zhǔn)電壓分別進(jìn)行比較，即可檢測出電網(wǎng)電壓是否異常，并輸出相應(yīng)信號驅(qū)動后級報警系統(tǒng)。設(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意盡量不使運放的兩輸入端電壓高于其電源電壓。（7）報警電路555時基電路是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。由于它使用方便，故本電路使用555組成報警電路。本報警電路可發(fā)出“嘀嘟”和“嘀嘀”兩種聲音報警。由比較電路的輸出信號來

6、控制其發(fā)聲類型，以區(qū)別電壓異常是過壓或欠壓。2.構(gòu)成框圖：降壓電路整流濾波穩(wěn)壓比較電路報警電路采樣電路 12v 12v 6v220v 波動電壓圖1 電網(wǎng)電壓異常報警系統(tǒng)組成框圖三、 具體設(shè)計1電源電路變壓器式電源較為普遍，制作簡單，使用也很安全，但是其體積較為笨重，轉(zhuǎn)換效率較低；開關(guān)電源輸出功率大，體積和重量都較小，但是其制作復(fù)雜，成本也較高一些；阻容降壓式電源電路簡單，易于制作，但其直接與電網(wǎng)相接，比較危險；干電池電源最為常用，但其使用時間短，提供電壓有限，受其體積限制。由于本設(shè)計要求不使用外部電源供電，所以，本設(shè)計采用變壓器式電源。本電路后級要由穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后給集成運放供電（供電電壓為6v

7、）以及給比較器提供基準(zhǔn)電壓，并且要在穩(wěn)壓前取樣電壓的變化，為了方便起見，選擇穩(wěn)壓值的二分之一作為采樣電路在電網(wǎng)電壓. 基準(zhǔn)電壓提供電路2比較電路由于本設(shè)計為上下限報警，所以用lm324搭成兩組比較器分別用作上限和下限比較。二極管d4d6起到保護(hù)運放lm324的作用，使得運放兩輸入端電壓差不致過高。3報警發(fā)聲電路：本設(shè)計要求超壓報警使用“嘀嘟”聲，欠壓報警使用“嘀嘀”聲。實現(xiàn)這兩種聲音報警有多種方法，最為常用的是使用制作成成品的音樂ic。但是為了練習(xí)使用555時基電路，本設(shè)計采用555作為發(fā)聲電路的核心。由于兩種聲音均需兩塊555構(gòu)成，故選用一片內(nèi)含兩塊555電路的ne556芯片。為了節(jié)約成本，

8、將兩種聲音發(fā)生電路整合到一起，使用比較電路輸出的信號作為控制兩種聲音切換.電路仿真與調(diào)試電路的仿真是在仿真軟件ewb（multisim）9.0中完成的，電路參數(shù)均選的是默認(rèn)參數(shù)。（1）電源電路仿真與調(diào)試由于本設(shè)計使用了集成穩(wěn)壓芯片，其穩(wěn)壓性能比較理想，所以調(diào)試較為簡單。仿真時只需使用電壓表工具測試各點工作電壓是否正常。首先將輸入電壓設(shè)為交流220v，然后測量整流濾波后的電壓是否為直流12v，測量并調(diào)整采樣點電壓為3v。測量7806輸出是否為穩(wěn)定的6v輸出。將輸入電壓分別設(shè)為交流190v和250v，測量整流濾波后電壓，與理論值比較大致相當(dāng)。測量采樣點電壓并與理論值比較，應(yīng)與理論值相符。測量780

9、6輸出電壓，大致為6v，有細(xì)小的偏差，穩(wěn)壓效果較好。（2）比較電路仿真與調(diào)試本設(shè)計中比較電路應(yīng)用了輸入保護(hù)電路，用于保護(hù)比較器。但在正常情況下兩輸入端電壓差不足以令保護(hù)二極管導(dǎo)通，所以兩輸入端電壓應(yīng)與不加保護(hù)時相差不大，故仿真調(diào)試時可直接計算。使用電壓表工具測量兩個基準(zhǔn)電壓點的電壓，調(diào)節(jié)可變電阻w8，使上下限電壓分別為3.41v和2.59v，觀察此時可變電阻的接入值，與理論計算相差不大，為3.17k。將輸入電壓增大，直到比較其兩輸入端電壓差大于0.7v，是用電壓表工具測量兩輸入端電壓，始終為0.7v，保護(hù)電路設(shè)計成功。（3）報警發(fā)聲電路仿真與調(diào)試將報警發(fā)聲電路在ewb中連接好，注意ne556管

10、腳的排布方式。電路連接好后首先給“嘀嘟”聲控制輸入端加一個高電位的信號，輸出端使用示波器和speaker工具。運行電路，觀察示波器顯示波形，為高低兩種頻率相間的方波（方波形狀有些失真）。運行一段時間后（看工作區(qū)下面的運行時間，1秒左右即可），停止運行，并雙擊speaker工具，打開面板，單擊play按鈕，使用耳機(jī)監(jiān)聽發(fā)出的聲音，調(diào)整兩組555的振蕩頻率，重復(fù)上面的工作，直到從耳機(jī)里聽到的聲音與要求大致相符。將“嘀嘀”聲控制輸入端選通，使用上面的方法調(diào)試“嘀嘀”聲。（4）整機(jī)調(diào)試將以上各部分連接起來，確保無誤后運行仿真，調(diào)整輸入端電壓使其高于上限或低于下限，電路發(fā)出相應(yīng)的報警聲。至此，方針與調(diào)試完畢。四、結(jié)論通過實驗，比較成功完成了電路原理圖，并通過仿真軟件ewb（multisim）9.0完成了電路仿真，之后通過實驗連接電路，并成功聽到聲音，確定完成了本次設(shè)計性實驗。四、 附錄1. 原理圖2.仿真圖3.元件清單名稱規(guī)格數(shù)量備注變壓器22012v1t1整流橋二極管1b1電阻1k3r4、r10、r11電阻10k5r3、r5、r7、r9、r13電阻30k1r1