温度报警器仿真

模拟电路基础课程设计报告温度报警电路的设计与仿真姓名：FD学号：-----背景与简介：本项目的目标是设计一个温度监测与报警电路。

人们的生活与坏境温度息息相关，物理、化学、生物等科学都离不开温度，太阳能热水器、电力、石油、农业大棚经常需要对环境温度进行检测，并根据实际的要求对温度进行控制。

例如，在醋和酒等的酿造生产中必须对发酵过程的温度进行检测与控制；许多太阳能热水器中，需要通过温度检测来控制其水泵运作；在农业大棚中，通过温度检测来判断是否合适农作物种植与生长；许多电子设备都有额定温度单位, 合适的温度会使电子产品造成故障等等。

已知条件：温度为25C时，所有电阻的阻值为400Q温度每上升1C, Rt的阻值下降0.01 Q2.数字电压表：2V满量程，3位半3.发光二极管：正常发光时正向电流为2~10mA设计要求：1.温度为0C时，数字电压表的指示为0.000V2.温度为100C时，数字电压表的指示为1.000V3.温度低于30C或高于40C时，点亮发光二极管报警4 .温度监测与报警误差＜士2C分析：1.由已知条件知：Rt与温度T的关系为：Rt=400.25Q -0.01T ;没有由于Multisim12.0软件里面没有热敏电阻，根据上面的关系式，把Rt 替换成一只399.25 Q与一个1 Q的电位器串联，从而模拟由于温度改变引起的Rt的阻值变化。

2.根据设计要求1和2:温度为0C时，数字电压表的指示为0.000V,即Rt=400.25 Q时, 电压表示数为0.000V;温度为100C时，数字电压表的指示为1.000V, 即Rt=399.25 Q时，电压表示数为1.000V;3.根据设计要求3:温度低于30C或高于40C时，点亮发光二极管报警，即电压小于0.3V或大于0.4V时，输出逻辑高电平，使发光二极管应导通；则此时显然因选用的比较器为窗口比较器。

4.根据设计要求4:温度监测与报警误差＜士2C,则所选用运放应具有低失调。

系统方案设计与仿真：一：系统框图:单元电路1.传感器分析得到：热敏电阻的阻值:用一只399.25 Q 与一个1 Q 的电位器串联来代替，从而模拟由于温度 改变引起的Rt 的阻值变化。

传感器部分2.信号放大电路由于采样信号为双端输入，共模量大，差模量小的信号，而 系统需要的信号为差模信号，所以应采取CMR 高的差分放大电路，并且应具有低失调，零点漂移，放大倍数稳定精确的特点。

经查阅多种运放芯片手册以及做电子设计竞赛中用过的常用运 放，先选用了 OP07,但仿真发现误差最大时超过 1.5mV ，虽然 也能满足项目+-2 C 的指标要求(即要求到+-20mV),但为了追求更高 的精度和指标。

最终选择了Rt=400.25 Q-0.01T ;399-250 W0,1pF5VR3%INA163 , INA163是一种低噪声，低失真的仪表放大器。

经仿真发现误差最大时也不超过0.2mV,下为INA163数据手册的部分资料特征_q 世噪声：在InY/VHi 7kHzq ftTHD-ffl: 0-DD2%在IkH巧G 二100q 宽带宽：在800kHz G = 100q宽电兼范国：专•刊到H8Vq HIGH CMR: > 100dBq增益谡蛊外部电阻q S0-14*面站装包装应用q专业丢克风MSBk大器q动圈式换範盍放大器q 差q桥式传感器旅大器放大器元件参数分析与计算：要使0C时为0V, 100C时为1.000V;而在25C时差模输入信号为0,分析知放大部分的输出与输入差模信号不是直接的K倍关系，而应叠加一个直流偏移。

设放大部分放大倍数为a,放大直流偏移b mV ;建立方程组0C时差模信号为：-781uV; 贝心-781a/1000mV+b=0; (1)100 C时差模信号为：2.346mV;贝心方案一：lcl7107,ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。

它包 含31/2位数字A/D 转换器，可直接驱动LED 数码管，从而显示电 压值，且精度能达到设计要求。

方案二：用数字万用表直接显示，显然也能达到设计指标。

由于multisim 里面没有icl7107系列芯片，icl7107是功能复杂的 专用芯片，因此没有可以替换的单个芯片，只得选取方案二。

2.346amV+b=1000mV; (2)联立(1)( 2)式解得：a=319.795倍;b=249.76mV;根据 INA163 的芯片手册：增益:6000RG式中Rg 为3和12直接的外接反馈电阻;（图3）4. 比较器电路采用两个LM311组成窗口比较器，输出端通过 10K 的上拉 电阻接到Vcc 。

通过外部电压设定门限值，使当输入电压ui 在0.3到0.4V 之间时输出逻辑低电平（mV 级别），ui 低于0.3或 高于0.4V 时，输出高电平（约为 4.5V ，二2~10mA 先设定LED 的正常工作电流为5mA.由于比较器的输出的驱动能力较弱，采用一只常用NPN 型管2N3904对发光二极管进行驱动。

当 Uo=0时，三极管截止，LED 不亮; 当Uo输出高电平时，三极管工作，LED 亮；从而实现报警。

极管有一点压降）。

经仿真，发现门限值和输出效果十分 准确。

5.报警电路采用发光LED 报 警，项目要求正常发 光时正向电流为600 00Q -WV —.V - - - ■LM311D U2 .,U3 =S1 LM311D1144148 R10：:::■占^I U U Uvcct5V::.D2：:1 R730D1M311DiL .B/STEW^-0kQ R9R13500Q5V..r D2..1N4148r-^rLED1Q1 ]■—2N39044报警部分6•温度报警器全局电路图k'IH+- ■■■■■■B1F初工..........■■h」«思仿真结果:即：：249.76hi VR7ao:pooDRB-ego.pd-R1--goop温度报警器全局电路图YT+- E ■'&TBini：：：：-VA—tGkp R^Oii：:-F-1N414BR1U '''vcd2NJA04 ............@o—w\5000由于对整体进行仿真，已经相当于对每个单元进行仿真了， 就没有把每个单元单独隔离出来仿真了 (设计每个单元时已经验证过其正确性)。

对电压表显示和发光报警部分的仿真：(1) 温度为0C 时，调节滑动变阻器 使Rt=400.25 Q结果为：数字万用表示数697.593uV, led 亮(温度低于30C,报警);(2) 温度为100C 时，调节滑动变阻器 使Rt=399.25 Q结果为：数字万用表示数1.001V, led 亮(温度高于40C ，报警)；(3) 温度为10C 时，调节滑动变阻器 使Rt=400.15 Q盯 400DR2400V? •丄.•—7.fi VINA163UAVIHl---- 7PZ ■ •!:!WSSh.--V01. R ::lffl Br)5V (2)R T 400DM 4000 -_Lory? - -J —-..........V J I-^7^¥|NA1K4JA；二丨:XMM1S0.00DL<^<—真Q.lulF24&.7EH1V...U.1 T ：—REF ----涵_虫■ •■VCCLM311D■ ■ ■fil會iVS-1N4USR1Q :D1637 593 uV1M414SLED1WVR.12V4W+- BA.L BirSTfe■-■SK L M3110^'Ol- -P51-VI if-■ V - ULF--述.lfflBn.'I'H1.001 V昭L-WV — IQkO 弱LM311D-wv500Q2N-3904*结果为：数字万用表示数900.758mV, led 亮（温度低于30C,报警）；（4）温度为25C 时，调节滑动变阻器 使Rt=400Q750.607mV, led 亮（温度低于30C,报警）；（5）温度为31C 时，调节滑动变阻器 使Rt=399.94 Q结果为：数字万用表示数350.48mV, led 不亮（温度在30到40C 之间，不报警）；.a …_w _1N414& LM311D;00pVINA163UA:I . .U1....jd-.二；-U-F ------ •-「油 _■ill:P :: RS ■ ■ ■ 10：::Key-A 75% -03 ：：：750.607 mV结果为：数字万用表示数 R2400D l-350.48 mVR1-I.5ZDR ....... I I ........§ ••.LJ1..V ：3I-o〜 —300.758 mVJ-7 6V(NftU3UA10Kvyg 50%^SSS-XMMi VCC6<00 •R2frsoH14QQLM511Do■ ■R1L5MDT«TW414S■.•1N +•200a R^- ■■ s ■—701 ...uiu-::• V - - VGI叵I..... vr ■ ■一心249…7femV万用S-XMM1.M311DDi114414& RW ::vcc j■S；_LM3-11DoV?—7-5 VINA1S3UA-AAA, ---------iohO HD:；R13；'ll ——Wv soon管!■用申 .......................... RET....................... WEXR14—249H 7®mVXMM1 —£<cc.V+. .Vjp .v- - V«l - «C9-，r- LM311D'IF* e/STF.EM1N4148LEP1(6) 温度为35 C 时，调节滑动变阻器 使Rt=399.9 Qcc ■VR2-&00DLJDi..-►!-—_ ；i^KiLM311D，3" LM311DRl oko啦L<5—5V结果为：数子万用表示数300.493mV, led 不亮(温度在30到40 C之间，不报警)； (7)温度为37 C 时，调节滑动变阻器 使Rt=399.88 Q蔭-s-p...... ■ T 卜249,7*mV万用S-XMMi 岳vcc -r：：US ：□ 1►<1144148 RiQ：：：VGA'jj- LM311D叭」-5£口.vs**B1L J/£IE W RT SOODNIL §1—AAA ----------■ RT3:dll —v^v结果为：数字万用表示数390.475mV, led 之间，不报警)；(8) 温度为41 C 时,调节滑动变阻器 使不亮(温度在30到40 CRt=399.84 QR1§T4 一35.师.PL-5-.VEJH ............ ............... R IF TOZ. ・・・“・・”$£JfVIH-.W 、 Vai U G LI \ U2-- zr ~300.493 mV■ ■ ■ VIT |I 卜」249.7 6 mi V 万見表・XMM102：:F5M51N4148― ------------- lOkp ：^ :：：：二；迟译:「-|||—904 …7.S VINAU3UA.e<*. M. 3RG .REF6亠®蛊 R-■ ■ ■邓M 1V5* -BAfc 1/5T173-*11D390 475 mVLED1<00 GQ'PDO D结果为：数字万用表示数960.834mV, led>>a：. r. ：r ：：：：：：———lOkQ R&:::::;卫盼:|||—wv亮（温度咼于 VC(t .40C,报警）;结果为：数字万用表示数420.474mV, led 亮（温度咼于40C,报警）；（9）温度为80C 时，调节滑动变阻器 使Rt=399.45 Q结果为：数字万用表示数840.691mV, led 亮（温度咼于40C,报警）；（10）温度为90C 时，调节滑动变阻器 使Rt=399.35 Qcc KT 莒口cr w o«v.v ? ■ -J- ■ .........—^7,5 VINA1B3UA：：T.8Jt*. .VA.肛■.Ftr :SEHYg ,-7I&-- •420.474 mVij~i i * 11 耳i-W\-10kft R*■ ■ ■ ■Rn- ：：'l|—-wv- soonifV2' ■ _■^3—7.S VINA163UAuTl-J 」IL<<<—VO ：.SEKVTN- ..............V- - VOL- W31-R6=^!亍VI249 J 6 mV 万用^XMMlJ R14H3P呂p^C«TLM511D f vsA>>Dl ：::~^N\ ---------i«ta™ ::::;;卫空III —WV-::创0£2R12uig:o.■7- - y$ji-爭GL 2«76mVR8万用兼:>U2 ：：：：■VG* BU.@pR101N4148rn ■■a；…LM31HD1N414BJT 営口cc 旷V L«<S40.691 mVLIZ ....W41481N41482N3«04■ ■ ■ VI T 4J«.76mVXMM1•比 L"LM311D=；_ LM311D旨-H-rin日舸mVR1C'.ui '''1N4148分析：仿真结果均达到设计要求。