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 Q

2.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0.000V

2.温度为100C时，数字电压表的指示为1.000V

3.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 W

0,1pF

5V

R3

%

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 7kHz

q ftTHD-ffl: 0-DD2%在IkH巧G 二100

q 宽带宽：在800kHz G = 100

q宽电兼范国：专•刊到H8V

q HIGH CMR: > 100dB

q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3

1/2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:

6000

RG

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 =

S

1 LM311D

1144148 R10：:::

■占^

I U U U

vcct

5V

::.D2：:

1 R730

D1