温度报警器设计

则振荡周期TO为：
0 VT 1 0 VT 1
TO TH TL ( R9 R10 ) C6 ln
VCC VT 1 VCC VT 1
R10 C6 ln
0VT 1 0VT 1
1 fL • 低音频率为： TO 当U5输出低电平时对于U6的振荡频率为： 设C6的阈值为VT2+、VT2则 R // 10k
A=(1+R3∕R2)
LM324的管脚图
• LM324是四运放集成电路，LM324工作电压范围宽，可用 电源3V～30V，或正负双电源±1.5V～±15V工作。它的 输入电压可低到地电位，而输出电压范围为0～VCC。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 大器可用上图左示的符号来表示。
• 根据电路列写UC（t）的表达式：
u c (t ) u c () [u c (0 ) u c ()]e
充电时间为TH：


t ( R9 R10 )C6
VC C VT 1
TH ( R9 R10 ) C 6 ln VC C VT 1
放电时间为TL：
TL R10 C 6 ln
555应用电路分类
555多谐振电路相关参数计算
• 用555定时器设计一个自由多谐振荡器 • 要求振荡周期T=1~10S，选择电阻、电容参数，并画出连 线图。最小振荡周期要求振荡周期T=1~10S，选择电阻、 电容参数，并画出连线图。解电路如图9-4所示，其振荡 周期C)RR(.T21270+=。如果选择 R1min=R2=3.9kΩ,C=100uF.则 • T=0.7(R1+R2)C =0.7×(3.9+R+2×3.9) ×100 =1~10S 最小振荡周期： Tmin=0.7×(3.9+2×3.9) ×100=819ms
温度报警器设计
• 综合电子设计与实践是集电路分析、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学生对电子技术知识的综合分 析与应用能力。这对于提高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支路。 • 这次课题的设计任务要求是完成一个温度报警器的制作， 并实现当温度高于30℃时发出双音报警，温度低于10℃时 发出单音报警的功能要求。本设计中充分展示了模拟电子 技术的优点，利用放大电路、窗口比较器进行温度的判定， 再结合数字电子技术的优点，充分利用单元电路的功能来 实现报警，将模电、数电紧密结合，综合应用，不但对知 识有了更进一步的掌握，也极大地提高了动手能力，并让 学生对于实际电子产业有了初步的认识，对于以后的就业 打下一定的基础。
2.3 窗口比较器电路
• 窗口比较器电路图：
• 由LM324中的两个运放组成1个窗口比较器，以12V为电源 电压，通过调节电位器RV2、RV3来确定窗口比较器的两个 基准电压，使分别为2V、6V，调节好后使其稳定不再变化。 • 放大器的输出电压UO与两个基准电压进行比较，若UO小于 2V，则B运放输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D1 (5V稳压管)使输出电压稳定在5V； • 若UO在2V与6V之间，则运放B与C输出都为低电平，即电 压为0； • 若UO大于6V，则运放C输出为高电平，输出端接一个保护 电阻经过D2（5V稳压管）使输出电压稳定在5V。
0VT 2 0VT 2
高音振荡频率为： fH=1/T
• 根据参数、计算公式可得，双频的高低音持续时间以及高 低音频率只与和555外部连接的电容C和电阻R有关，因此 我们可以通过改变555外部电路的电容和电阻的大小来控 制多谐振荡电路的振荡周期，从而控制蜂鸣器发出声音的 高低和频率。 • U6的4端接D2端稳压输出电压，当D2为高电平（温度高 于300C即放大电路输出电压大于6V）时，此多谐振荡器 工作，蜂鸣器发出“嘀---嘟”的双频声音报警。
W7805、W7812管脚图
2.2、放大和比较电路的设计
• 1.放大电路 • 放大电路图： • 此电路是同相比例 运算电路，电路引 入了电压串联负反 馈。 根据反馈放大电路工作在深度负反馈的状态下： Uid≈0 URV1=UR2 UR2=(Uo／(R3+R2))×R2 Uo=(1+R3∕R2)URV1 电路放大倍数为：
2、高温报警电路
• 高温报警采用双频报警，该部分用到了两片 555定时器。U5的作用是控制高低音的持续时 间，高电平持续时间即为电容C的充电时间， 低电平持续时间即为电容C的放电时间；U6的 作用是将高音与低音转换成合成频率输出。 • 对于U5振荡电路的充电时间为： • T1=(R7+R8)· C5· ㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+)) • 放电时间为： • T2=R8· C5· ㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+)) • 占空比为： • q=T1/T=(R7+R8)/(R7+2R8)
二、设计框图
• • •
根据整体构思，说设计电路分为四个模块： 直流电源、信号放大电路、比较电路和报警电路。 其中直流电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压器组 成； • 放大器的设计采用集成运放放大； • 比较器采用窗口比较器，通过电压的变化可以模拟实现高 温低温的变化； • 报警电路有单双频之分，选用555定时器件做成多谐振荡 器，以分别实现单双频报警。
1、低温报警电路
• 此电路中4端口接窗口比较器的D1稳压输出，4端口为一 个复位端，当D1为高电平（温度低于10℃即放大电路输 出电压小于2V）时，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发出单频 声音报警。 • 充放电时间为τ=RC • 充电时间为 • T1=(R4+R5)· C4· ㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+)) • 放电时间为 • T2=R4· C4· ㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+)) • 此振荡电路的振荡周期为 • T=T1+T2=(R5+2R4)· C4· ㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+)) • =(R5+2R4)· C4· ㏑2 • 占空比： • q=T1/T=(R4+R5)／（R5+2R4）
• 当U5输出为高电平时对于U6 振荡电路的振荡频率为： • 设阈值电压为VT1+、VT1• 根据555的内部电路有： 10k • C6的充电阈值为： V VCC T 1 10k R11 // 5k 5k 放电阈值为： VT 1 VCC 10k R11 // 5k 充电电路为：
wenku.baidu.com
•
当U11<2/3Ucc，U12<1/3Ucc时，C1输出为高电平，C2 输出为低电平,Rd’=1,Sd’=0,基本RS触发器被置1，晶体管 截止，输出端U0为高电平。当U11<2/3Ucc,U12>2/3Ucc 时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 • 综上所述，可得555定时器功能如表所示。
三、单元电路设计
• 1、直流电源电路设计
• 直流稳压5V、12V电源的设计，输入交流电220V（峰值312V）， 50Hz。 • 稳定直流电源设计的一般思路是让输入交流电压220V（峰值 312V）50Hz先通过变压器（降压到合适的数值，如16V），再 通过整流电路（将正弦波交流电压转换为直流脉动电压，即交直 流成分均有），然后经过滤波电路（减小电压的脉动），最后经 过稳压电路（使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻 的影响）。 • 采用整流桥实现整流的目的，以2200uF的大电解电容作为滤波 电路，采用固定式三端集成稳压器7805、7812来稳定输出电压。 • 如下图所示，220V（峰值311V）50Hz交流电经变压器220:16输 出两组独立的16V交流电，经整流桥、大电容滤波后分别经过集 成稳压块7812和7805作用得到+12V、+5V的直流输出电压。稳 压电源组成框图如图1所示：
二、设计方案及思路
• 1.1 整体电路构思
• 本次温度报警电路的设计我们用蜂鸣器作为报警电路的电 声元件，通过电压的变化来模拟温度的高低，以0℃为 0mV，温度每上升1℃，递增2mV； • 由于变化的电压值较小，所以我们采用放大电路对其进行 放大100倍，然后通过后级比较电路对电压进行比较，当 温度在10℃至30℃范围内（即电压在20mV至60mV时报 警器不发声响，当温度超过这个范围时，即当接收到的输 入电压（前级放大器的输出）小于2V（10℃时放大器的 输出为2V）或者大于6V时（30℃时放大器的输出为6V）， 输出高电平以驱动后级的发生报警电路，报警器发出声响， 并根据不同音调区分温度的高低，即当温度高于30℃时， 报警器发出两种频率交换的“嘀---嘟”声响；当温度低于 10℃时，报警器发出单音频率声响。 • 电路所需的直流电压由5V和12V直流电源提供。
前言
一、任务和要求
• 1、用蜂鸣器作为电声原件； • 2、当温度在10℃至30℃范围内时报警器不发声响，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： • ⑴ 当温度高于30℃时，报警器发出两种频率交换的“嘀--嘟”声响。 • ⑵ 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。 • 4、设计并制作本电路所用直流电源。
三、电路仿真分析
• 3.1 仿真软件简介 • 本次电路仿真用的是Protues软件，Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电 子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿 真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 • Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功 能时：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真 革命性的特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如 RAM,ROM,键盘，马达，LED,LCD,AD/DA,部分SPI部件，部分IIC器件。 （2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、 等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配 合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。 • 3.2电路仿真 • 通过用Protues软件进行仿真，将各个模块连接好后进行仿真。电路图 如下：
VT 2
11
5k ( R11 // 10k )
VCC
R11 // 10k VT 2 VCC 2[5k ( R11 // 10k )]
T TH TL ( R9 R10 ) C6 ln
VCC VT 2 VCC VT 2
R10 C6 ln
注意事项： • 稳压管D1、D2的作用是稳定窗口比较器的输出 电压，但前提是窗口比较器的输出电压必须大于 稳压管D1、D2的稳压值。运放输出端所加保护 电阻不应过大，否则稳压管将不起作用。
•
2.4、温度报警电路
根据任务与要求，要有两种不同的报警声 音，因此我们设计两种报警电路，单频报 警和双频报警电路。 音频报警电路的制作可以用555和电阻、 电容组成，我们选用555集成定时器来制作 多谐振荡器从而做出音频电路。 多谐振荡器是在Vc大于Vt-时充电，小于 Vt+时放电。
• R1处加一个+12V的直流电压（即7812的输出端）， 通过滑动电位器RV1来改变放大器的输入电压 URV1.。根据实验设计要求（当温度在10℃至 30℃范围内且允许误差±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。以0℃ 为0mV，温度每上升1℃，递增2mV，即低于 20mV报警（单频），20mV—60mV不报警，高于 60mV报警（双频）。 • URV1经过LM324放大100倍后，就变为0—1.9V报 警（单频），2V—6V不报警,大于6v报警（双频）。 再经过窗口比较器。 • 注意事项： • R1与RV1要取合适的值，RV1应尽量小点，以提 高电路的灵敏度。
555的管脚图
2 U CC 3
• 555定时器的电路如上图所示。它由三个阻值为5k的电阻 组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、 放电管V1、与非门和反相器组成。分压器为两个电压比较 器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参 考电压为2/3Ucc，加在同相端；C2的参考电压为1/3Ucc, 加在反相端。Rd’是复位端，当Rd’=0时，基本RS触发器 被置0，晶体管V1导通，输出端UO为低电平。正常工作 时，Rd’=1。 • 设U11和U12分别为6端和2端的输入电压。当 U11>2/3Ucc,U12<1/3Ucc时，C1输出为低电平，C2输出 为高电平，即Rd’=0,Sd’=1,基本RS触发器被置0，晶体管 V1导通，输出端UO为低电平。