溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)

/溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：（1）溫度報(bào)警器方案設(shè)計(jì)溫度0~100±1℃可測(cè),小于10℃或大于30℃報(bào)警（LED亮）①將被測(cè)溫度（0～100℃）轉(zhuǎn)換為電壓值；②小于10℃或大于30℃聲、光報(bào)警（LED亮）；③可接受箔電阻組成測(cè)量電橋；二、設(shè)計(jì)過(guò)程：1．設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)中首先利用基于熱電偶效應(yīng)的溫度傳感器LM35采集溫度后，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓值，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器LM358，將待測(cè)電壓值放大、輸出，以便于檢測(cè)、顯示及限制。顯示電路是由A/D轉(zhuǎn)換器及Led顯示器構(gòu)成的數(shù)字電路，限制電路是通過(guò)五個(gè)電壓比較器和數(shù)字限制電路的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。報(bào)警電路以555振蕩電路及揚(yáng)聲器等器件為基礎(chǔ)構(gòu)成組成。2．方案設(shè)計(jì)比較器A/D轉(zhuǎn)換電路放大電路溫度傳比較器A/D轉(zhuǎn)換電路放大電路溫度傳感器 報(bào)警電路譯碼顯示電路數(shù)字電路比較器1報(bào)警電路譯碼顯示電路數(shù)字電路比較器1比較器3比較器2比較器3比較器2圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：溫度測(cè)量電路、放大電路、電壓比較電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、譯碼顯示電路。各部分電路的工作原理如下。2.1對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量首先通過(guò)溫度傳感器采集溫度，將溫度值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值輸出。2.2溫度限制傳感器的輸出電壓作為放大器輸入信號(hào)，經(jīng)同相運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大后分別輸出給多路電壓比較器。將要限制的溫度所對(duì)應(yīng)的電壓值作為基準(zhǔn)電壓VREF，用實(shí)際測(cè)量值vi和VREF進(jìn)行比較，比較結(jié)果（輸出狀態(tài)）輸入數(shù)字限制電路，調(diào)整系統(tǒng)溫度。本題對(duì)溫度的限定較多，需接受四個(gè)電壓比較器，協(xié)作數(shù)字限制電路，實(shí)現(xiàn)由輸出電平的變更來(lái)限制數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。。3．單元電路設(shè)計(jì)3.1溫度傳感器LM35是電壓輸出型集成溫度傳感器，LM35集成溫度傳感器是利用一個(gè)熱電阻檢測(cè)相應(yīng)的溫度。LM35無(wú)需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以供應(yīng)±1/4℃的常用的室溫精度。?工作電壓：直流4～30V；?精度：0.5℃精度（在+25℃時(shí)）；?比例因數(shù)：線性+10.0mV/℃；?非線性值：±1/4℃；?運(yùn)用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。引腳介紹：①正電源Vcc；②輸出；③輸出地/電源地。傳感器電路接受核心部件是LM35，供電電壓為直流15V時(shí)，工作電流為120mA，功耗極低，在全溫度范圍工作時(shí)，電流變更很小。電壓輸出接受差動(dòng)信號(hào)方式，由2、3引腳干脆輸出，電阻R為18K一般電阻，VD為1N4148。如圖1。此電路適用于測(cè)溫范圍為-55～+150℃場(chǎng)合。LM35的線性度良好。圖2傳感器電路原理圖LM35溫度傳感器輸出電壓和攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)係，轉(zhuǎn)換公式如式(1)，0℃時(shí)輸出為0V，每上升1°C，輸出電壓增加10mV。Vout_LM35(T)=10mv/℃*T℃……(1)，即V=0.01T。運(yùn)算放大電路LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源運(yùn)用，也適用于雙電源工作模式，在舉薦的工作條件下，電源電流和電源電壓無(wú)關(guān)。4腳接地，8腳接Vcc。運(yùn)算放大器LM358放大5倍電壓,即V=0.05T.溫度采集放大電路如圖2。圖3溫度采集放大電路3.3A\D轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換電路接受ADC0809。ADC0809是一種逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。它是接受CMOS工藝制成的8位8通道A/D轉(zhuǎn)換器，接受28只引腳的雙列直插封裝，其原理圖和引腳圖如圖3所示。各引腳功能如下：（1）IN0～I(xiàn)N7是八路模擬輸入信號(hào)；（2）ADDA、ADDB、ADDC為地址選擇端；（3）2-1～2-8為變換后的數(shù)據(jù)輸出端；（4）START（6腳）是啟動(dòng)輸入端。（5）ALE（22腳）是通道地址鎖存輸入端。通常將ALE和START連在一起，運(yùn)用同一個(gè)脈沖信號(hào)，上升沿鎖存地址，下降沿則啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。（6）OE（9腳）為輸出允許端，它限制ADC內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器（7）EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。在須要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的狀況下，EOC也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到START端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。圖4A/D轉(zhuǎn)換器原理圖主要特性:1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即辨別率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起停限制端。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))4）單個(gè)＋5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度7）低功耗，約15mW。圖5A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖3.3溫度顯示電路顯示器件分為數(shù)碼管和液晶顯示，本設(shè)計(jì)中接受的是Led數(shù)碼管顯示器。LED顯示器（一）LED顯示器結(jié)構(gòu)LED的主要部分是七段發(fā)光管，圖3-15a是7段LED顯示器的段排列結(jié)構(gòu)圖。這七段發(fā)光管分別稱(chēng)為a/b/c/d/e/f/g,有的產(chǎn)品還附帶有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)DP，七段式發(fā)光管名稱(chēng)就是由此而來(lái)。通過(guò)7個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示0～9和A～F共16個(gè)字母數(shù)字，從而實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制數(shù)的顯示。圖6LED顯示器原理圖這里接受兩個(gè)Led顯示器。協(xié)作7448顯示譯碼器，將A/D輸出的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為7段數(shù)碼顯示。同時(shí)，協(xié)作12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，達(dá)到每5度一檔顯示。（二）計(jì)數(shù)器單時(shí)鐘同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS29074290的功能：（1）異步清零。（2）異步置數(shù)（置9）。（3）計(jì)數(shù)。圖774290管腳圖(4)CT74LS290的基本應(yīng)用構(gòu)成二進(jìn)制、五進(jìn)制、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。本題中，將兩片74290級(jí)聯(lián)，構(gòu)成12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。將R0、S9端接電壓比較器的輸出，一限制74290的工作。電路圖如下：圖8顯示譯碼電路3.4電壓比較器簡(jiǎn)潔地說(shuō)，電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小(也有兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并推斷出其中哪一個(gè)電壓高。電壓比較器的性能指標(biāo)(1）閾值電壓(2）輸出電平(3）靈敏度(4）響應(yīng)時(shí)間測(cè)量信號(hào)經(jīng)放大后和比較器運(yùn)放反相或同相輸入端比較，利用電平的凹凸跳變，限制報(bào)警電路，加熱以及降溫電路。本設(shè)計(jì)中接受LM139LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。該電壓比較器的特點(diǎn)是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈敏便利地選用。LM339集成塊接受C-14型封裝，圖9為外型及管腳排列圖。圖9外型及管腳排列圖單限比較器電路圖10單限比較器電路比較器電路如下圖：圖11電壓比較器電路電路圖如下:圖13高溫報(bào)警電路原理圖Ⅱ、低溫報(bào)警電路

如圖所示，兩個(gè)555電路均為多諧振蕩器。適當(dāng)選擇定時(shí)元件，使f=1Hz。由于低頻振蕩器A的輸出