模擬電路課程設(shè)計(jì)說明書溫度檢測警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：模擬電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要溫度檢測報(bào)警器是專門用來檢測電器是否正常使用的一類系統(tǒng)，日常生活中各電器由于使用方法不對，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)燒壞電器，更嚴(yán)重的是可能會(huì)造成嚴(yán)重的生命安全問題當(dāng)溫度超過設(shè)定安全溫度時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出蜂鳴聲來報(bào)警，當(dāng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)則無報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生。設(shè)計(jì)溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)，通過PT100隨溫度不同而表現(xiàn)不同的阻值設(shè)定不同的報(bào)警溫度，進(jìn)而設(shè)定不同的報(bào)警溫度。當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，由蜂鳴器通過有頻率的鳴叫進(jìn)行報(bào)警。對于電源部分首先通過變壓器對220V交流電壓進(jìn)行降壓，其次通過橋式整流電路將交流轉(zhuǎn)化為直流，再次運(yùn)用電容濾波電路輸出比較穩(wěn)定的直流電壓。對于其它模塊首先通過PT100對溫度采集和放大，再進(jìn)行信號(hào)的過濾，而后通過比較器設(shè)置相應(yīng)閾值，當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)輸出高電平，此時(shí)方波發(fā)生器不驅(qū)動(dòng)，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)輸出低電平，方波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)可以隨時(shí)提醒人們用電器是否工作在正常溫度圍，對整個(gè)系統(tǒng)和用電器都能起到保護(hù)作用。本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以檢測到輸入信號(hào)是否工作在正常的溫度圍，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，反之則不報(bào)警。本次設(shè)計(jì)精密溫度檢測系統(tǒng)，報(bào)警可調(diào)等特點(diǎn)。關(guān)鍵字：溫度檢測報(bào)警蜂鳴器濾波方波發(fā)生器目錄第一章緒論......................................................................................1第二章整體設(shè)計(jì)容與要求..........................................................22.1設(shè)計(jì)容..............................................................................................................22.2設(shè)計(jì)要求..............................................................................................................22.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的......................................................................................................22.4總體方案設(shè)計(jì)………………......2第三章電源模塊電路設(shè)計(jì)與調(diào)試..................................................43.1本單元電路的要求與實(shí)現(xiàn)的功能......................................................................43.2電路結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)….....................................................................................43.3電路的仿真分析……..........................................................................................53.4該模塊的調(diào)試結(jié)果…….....................................................................................63.5調(diào)試中的問題….................................................................................................6第四章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)74.1電壓源74.2溫度采樣與放大74.3濾波84.4方波84.5報(bào)警控制8................................................................................105.1電路的安裝.....................................................................................................105.2調(diào)試.................................................................................................................10第六章總結(jié)與展望........................................................................13參考文獻(xiàn)14附錄一電路原理圖15附錄二元件清單16附錄三設(shè)計(jì)實(shí)物圖……....................................................................................第一章緒論隨著時(shí)間的推移，各家生活水平普遍提升，家家戶戶慢慢走向了電器化的生活。像我們平常使用的電吹風(fēng)，電熱水壺，電熱毯，空調(diào)等家用電器，而對于這些電器都普遍面臨一個(gè)安全隱患，如果能對這些電器實(shí)現(xiàn)報(bào)警檢測則對于現(xiàn)在都追求以人身安全為重要問題的人來說則會(huì)十分受歡迎，相信大家都會(huì)很樂意多花一點(diǎn)錢來買個(gè)安心。而要解決這個(gè)問題則成為了當(dāng)前商人和消費(fèi)者所關(guān)心的事情。目前，這一技術(shù)在國外已經(jīng)得到很好的發(fā)展和提高，普遍使用于醫(yī)療、電機(jī)、工業(yè)、溫度計(jì)算、阻值計(jì)算等高精溫度設(shè)備，應(yīng)用圍非常之廣泛。日常生活中，各大電器都需要使用到這個(gè)模塊來保證電器使用是否正常。人們不斷提高對用電器的安全使用與對用電器的與時(shí)保護(hù)。由我們這種最基本模擬電子技術(shù)來設(shè)計(jì)和控制的發(fā)展到用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)與控制，最后通過單片機(jī)的編程來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這對于我們電子技術(shù)來說是一個(gè)飛躍式的發(fā)展。而且這一技術(shù)在國外也越來越受到大眾的關(guān)注，人們開始大量使用這種報(bào)警電路來判斷這個(gè)電器是否處于一個(gè)安全工作的溫度狀態(tài)。由于我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的知識(shí)有限，還不能達(dá)到很高層次的做好這個(gè)課題，我們僅僅只用了我們所能運(yùn)用的模擬電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一閣功能，雖然說還是比較低級(jí)的，但這對我們來說還是蠻成功的，我們今后一定會(huì)用更好的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一功能。第二章設(shè)計(jì)要求2.1設(shè)計(jì)容設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)2.2設(shè)計(jì)要求①檢測溫度圍為0o~100o，采用箔電阻、精密電阻與電位器組成測量電橋作為溫度傳感器；②可設(shè)定報(bào)警溫度上限值0o~100o，我們選的是超過60攝氏度的時(shí)候報(bào)警；③當(dāng)檢測溫度超過設(shè)定上限值時(shí)，發(fā)出蜂鳴器報(bào)警聲，要求報(bào)警聲喃喃間斷發(fā)聲，頻率約1Hz；2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的1.通過該實(shí)驗(yàn)提高自身的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)操作、設(shè)計(jì)、分析能力，學(xué)會(huì)將理論運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程的分析和處理。2.設(shè)計(jì)并完成一個(gè)可以達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)要求的溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)。3.學(xué)會(huì)電壓源制作。4.學(xué)會(huì)濾波，報(bào)警電路設(shè)計(jì)。5.掌握KIA324、lm324、lm78、lm79系列等芯片的使用方法。6.掌握通過一個(gè)放大器設(shè)計(jì)方波發(fā)生電路。7.掌握反饋放大電路的計(jì)算與實(shí)際運(yùn)用。8.掌握比較器電路運(yùn)用與設(shè)計(jì)。9.學(xué)會(huì)動(dòng)手焊接一個(gè)美觀、各項(xiàng)功能達(dá)到要求的電路。2.4總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以將該溫度檢測系統(tǒng)分為4個(gè)模塊，分別為溫度檢測與放大，濾波，方波發(fā)生與報(bào)警電路。由于電源部分是單獨(dú)存在的，故系統(tǒng)除電源外整體設(shè)計(jì)框架如圖2.1。報(bào)警電路濾波溫度檢測放大方波發(fā)生電路報(bào)警電路濾波溫度檢測放大方波發(fā)生電路圖2.1設(shè)計(jì)框架第三章電源模塊電路設(shè)計(jì)原理3.1電源模塊電路的要求與實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)一個(gè)電源電路，通過變壓器、整流電路、濾波電路、lm7812、lm7912、lm7805等穩(wěn)壓芯片控制輸出電壓穩(wěn)定在+12V、—12V、+5V，實(shí)現(xiàn)電壓值的穩(wěn)定輸出。為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的電壓。3.2電路結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)1如圖3.2電源電路設(shè)計(jì)，首先由一個(gè)變壓器連接220V交流電壓進(jìn)行變壓，而后接一個(gè)整流管，再通過大小電容C1、C3進(jìn)行濾波，而后接不同規(guī)格的穩(wěn)壓芯片保證電壓的穩(wěn)定輸出。圖3.1電源部分設(shè)計(jì)理念圖3.2電源部分電路圖設(shè)計(jì)2工作原理如圖3.1所示，首先通過一個(gè)變壓器對220v交流電壓就行變壓得到U2，，再通過一個(gè)整流二極管對該電壓進(jìn)行全波整流得到U3電壓，而后通過電容的濾波作用對電路進(jìn)行濾波得到相對單一的信號(hào)，再分別使用不同型號(hào)的穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)不同的輸出電壓。3.參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)變壓器：此器件對220V交流電壓進(jìn)行10:1變壓。IN4007：此器件的作用是對變壓后的電壓進(jìn)行全波整流，選擇該型號(hào)是由于其耐壓值為1000V，可以保護(hù)電路。2200UF電容：該電容作用是起濾波作用，由于2200uf電容濾波作用更好，故選擇2200uf電容，而不是1000uf的電容。0.33uf電容：作用是改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。發(fā)光二極管:起指示作用，發(fā)光二極管亮則表明電源模塊有電壓輸出，進(jìn)而保護(hù)電路對于穩(wěn)壓芯片的選擇可參考如下資料：78和79系列集成穩(wěn)壓芯片資料（輸出為固定電壓值）LM7805LM7812LM7912圖3.3三種穩(wěn)壓芯片的管腳圖LM7805、LM7812、LM7912如圖3.3所示分別為三種穩(wěn)壓芯片LM7805、LM7812和LM7912的管腳圖。將穩(wěn)壓芯片正面對著自己，管腳在下，圓孔端在上，左中右分別是123腳。LM7805輸入端接6VDC，輸出的是5VDC；LM7812輸入端接12-14VDC，輸出的是12VDC；LM7912輸入端接12-14VDC，輸出的是-12VDC。3.3電路的仿真分析電源部分仿真圖如下圖3.4圖3.4電源模塊仿真圖3.4該模塊的調(diào)試結(jié)果1調(diào)試結(jié)果：通過仿真軟件對該模塊進(jìn)行仿真分析，通過仿真軟件調(diào)試得到穩(wěn)定的5v電壓，而對于要求輸出穩(wěn)定的正負(fù)12V電壓則得到了+12.16v和—11.96V電壓。2分析：由于對于正負(fù)12V的電壓得到的不是精確的值，由于各器件的本身誤差，而對于后續(xù)電路要求，該結(jié)果并不影響系統(tǒng)正常使用。3.5調(diào)試中的問題與解決方法問題：電路在單個(gè)模塊調(diào)試時(shí)電源獲得是比較穩(wěn)定的5v電壓與正負(fù)12v電壓，而在進(jìn)行整體模塊調(diào)試時(shí)經(jīng)過比較器時(shí)得到的不是穩(wěn)定的正負(fù)12v電壓。解決方法：經(jīng)過指導(dǎo)老師的指點(diǎn)將濾波電路中的1000uf電容改為2200uf的電容，原因是2200uf電容濾波作用更好，而此時(shí)得到的是穩(wěn)定的電壓。第四章電路組成與其工作原理4.1電壓源根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求需要+5v，正負(fù)12v電壓，所以選擇了lm7812,lm7912,lm7805等穩(wěn)壓集成IC芯片元器件，則在各個(gè)輸出端分別輸出+12.07V，-12.16V，+5V電壓值,仿真圖如圖4.1圖4.1電源電路仿真4.2溫度采集和放大通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)不同阻值使其轉(zhuǎn)化成不同的電信號(hào)，而這個(gè)信號(hào)是一個(gè)相對較小和變化相對緩慢的信號(hào)，此時(shí)就需要一個(gè)對該信號(hào)放大的電路，考慮到有一定的干擾信號(hào)，而又要避免對干擾信號(hào)的放大，所以我們將采取差分放大電路。仿真圖如圖4.2.圖4.2溫度采集與放大4.3濾波信號(hào)采集和放大處理好了，對于任何一個(gè)信號(hào)的采集都會(huì)夾雜著一些干擾信號(hào)，要對此信號(hào)進(jìn)行過濾了，所以我們選擇二階低通濾波器。然后在一個(gè)比較器上對得到信號(hào)與設(shè)置的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，若大于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓則輸出低電平，高于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓則輸出高電平。仿真圖如圖4.3圖4.3濾波電路4.4方波由于設(shè)計(jì)要求當(dāng)超過一定的溫度時(shí)蜂鳴器要以1HZ的頻率響，因此我們選了一個(gè)周期為1秒的方波振蕩器，根據(jù)公式我們選R3=50KΩ，C=10uF.當(dāng)溫度超過設(shè)定的溫度時(shí)，比較器輸出低電平，有方波產(chǎn)生，蜂鳴器響。當(dāng)溫度處于正常狀態(tài)時(shí)比較器輸出高電平，無方波產(chǎn)生，蜂鳴器不響。4.5報(bào)警控制該電路圖左邊部分是方波發(fā)生電路，右邊部分是蜂鳴器控制報(bào)警電路。當(dāng)方波發(fā)生器輸出高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，蜂鳴器獲得電工作發(fā)出鳴響，當(dāng)方波發(fā)生器輸出低電平時(shí)三極管截止，蜂鳴器失電，停止工作。這就是為什么我們聽到的是滴答滴答的報(bào)警聲。方波發(fā)生電路與報(bào)警電路仿真圖如圖4.4圖4.4方波發(fā)生電路與報(bào)警電路實(shí)驗(yàn)調(diào)試測試5.1電路的安裝為了驗(yàn)證系統(tǒng)的合理性和可行性,需要對系統(tǒng)進(jìn)行組裝調(diào)試。本次課設(shè)分了四個(gè)模塊，有電源電路、溫度檢測放大電路、濾波電路、方波發(fā)生電路和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。大家一起合作完成了四個(gè)模塊的組裝調(diào)試，最后一起進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。整體模塊實(shí)物圖如圖5.1圖5.1設(shè)計(jì)實(shí)物圖15.2．調(diào)試按照系統(tǒng)圖連接好實(shí)物圖，分別按以下步驟調(diào)試,使用示波器、萬用表等儀器進(jìn)行調(diào)試1.將電源部分實(shí)物圖焊接好后測得相應(yīng)數(shù)據(jù)如下芯片型號(hào)Ui/vUo/v。Lm781216．1012.10Lm7912-16.25-12.18Lm780512.105.00后在三芯片分別接入10KΩ電阻后測得的各項(xiàng)輸入輸出電壓幾乎不變。2.微調(diào)R16，直到基準(zhǔn)電壓U2d的值為5V（我們設(shè)計(jì)的報(bào)警電壓）。3.電壓源與其他設(shè)計(jì)電路連通后，把代替PT100的200Ω的電位器調(diào)至100Ω（即PT100對應(yīng)的溫度為0攝氏度），然后再微調(diào)R3直到U1c的電壓值為零。4．將替換電位器再調(diào)至123.24Ω（PT100對應(yīng)的溫度為60攝氏度，即我們設(shè)計(jì)報(bào)警的上限報(bào)警溫度）。微調(diào)R5，再報(bào)警的一瞬間馬上停止。5.重復(fù)3、4步直到電位器100Ω時(shí)U1c=0,電位器為123.24Ω時(shí)U1c=5V。6.經(jīng)過反復(fù)測量調(diào)試的出以下表格pt100/ΩR3/ΩU1c/VU2d/VU2c/V是否報(bào)警100.10100-0.01510.48否1151003.29510.48否123.31005.015-11.96是15010010.425.01-11.96是由“第三章溫度采集放大”的計(jì)算介紹中可知：U1c=10(U1b-U1a)經(jīng)過測壓得到以下數(shù)據(jù)：（PT100為123.3Ω）U1b=0.91VU1a=0.3VU1c=5.01V通過數(shù)據(jù)得到放大倍數(shù)A=8.237.PT100為150Ω時(shí)，用示波器分別查看了U2a端與U2c端的波形、幅值、與頻率。第六章實(shí)驗(yàn)小結(jié)與展望經(jīng)過查詢資料、方案設(shè)計(jì)、仿真測試、選用器材、焊接調(diào)試、連接電路的一系列過程，運(yùn)用低頻模擬電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫度檢測報(bào)警功能.通過本次溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將目前學(xué)到的各低頻知識(shí)點(diǎn)融合到一起形成一個(gè)簡單的系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)實(shí)用性可能并不好，但是通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以檢驗(yàn)到自己的知識(shí)點(diǎn)掌握的怎么樣。在設(shè)計(jì)的過程中我們用了自己的理論知識(shí)去分析和計(jì)算電路圖，將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中去了。從這次課設(shè)中總結(jié)的結(jié)論是，在各知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)中考慮的都是理論狀態(tài)下的情況，而理論和實(shí)際總是會(huì)含有一定偏差，我們不可能把實(shí)際當(dāng)中各外界情況都考慮進(jìn)去，只有通過不斷地去調(diào)試，理論與實(shí)際結(jié)合才能把系統(tǒng)順利完成。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)日讓我們深刻理解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，只有各個(gè)模塊設(shè)計(jì)合理并且實(shí)現(xiàn)預(yù)期結(jié)果時(shí)，整體系統(tǒng)才能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。同時(shí)在調(diào)試中也需要互相合作才能共同發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。在這次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我對一些測試硬件、Multiuse軟件與其使用有了更深刻的認(rèn)識(shí)。比如說，我在實(shí)驗(yàn)中，知道是怎么樣濾波，怎樣使用采樣和分析，另外，用文檔形式寫報(bào)告，是我們以前從來沒有嘗試過的?？梢哉f，做這次的測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)，我們學(xué)生自己的能力得到了充分的發(fā)揮，跟以往那些充滿條條框框的實(shí)驗(yàn)是不同的。對于實(shí)際情況中該系統(tǒng)實(shí)用性可能并不好，該電路運(yùn)用的一些元器件和芯片性能都不怎么好，還是處在低端水平，不過相信通過后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，對該系統(tǒng)一定會(huì)慢慢用更好的器件代替其中的一些模塊，最終達(dá)到實(shí)用性也好。在這個(gè)電器逐步普遍化的時(shí)代，溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展,相信該系統(tǒng)一定會(huì)有很好的發(fā)展前景，只要不斷更新該技術(shù)，一定會(huì)有一片大好的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)[1]華成英.模擬電子技術(shù)基本教程.:清華大學(xué),2006[2]邱關(guān)源,羅先覺.電路.5版.:高等教育,2006[3]鄧謙,清平,琦,黃麗貞.電子技術(shù)實(shí)踐2－《低頻電子線路》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo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