温度报警器的设计

湖南工学院

《模拟电子技术》课程设计说明书

温度报警器

学生姓名:

专业: 电气工程及其自动化

班级:

学号:

完成时间: 2015年7月

《模拟电子技术》课程设计任务书学院:电气与信息工程学院

《模拟电子技术》课程设计任务书学院:电气与信息工程学院

随着技术的不断开发与应用,电子技术的发展十分迅速,不断运用到生活的各个方面。设计结合温度传感器技术,集成运算放大器,以及电压比较器,与发光二极管组成的非常灵敏的温度报警器。设计采用热敏电阻作为温度传感器,相比传统的热传感器更具抗干扰能力,利用电压比较技术,更加强了电路的稳定性。附带LED发光二极管报警技术,使报警效果更明显,在被测温度大于50度时,发光二极

管被点亮,可实现其报警功能,完全能满足设计要求。稳压直流电源采用变压器降压电路,二极管整流桥整流,滤波电路与稳压电路组成,可稳定输出+5V与-5V,+12V与-12V的直流电压。

关键词:热敏电阻;集成运算放大器;二极管整流桥;二极管报警

目录

1温度报警器的设计 (1)

1、1温度报警器的设计方案 (1)

1、2热敏电阻传感电路的设计 (1)

1、3 放大电路的设计 (2)

1、4比较电路与报警电路的设计 (2)

2直流稳压电源的设计 (4)

2、1设计方案与原理 (4)

2、2电源模块的设计 (4)

2、3 直流稳压电路整体图 (6)

2、4元器件选择及计算 (6)

3电路的仿真(Multisim) (8)

4实物测试与调试 (10)

5设计总结与体会 (14)

参考文献 (15)

致谢 (16)

附录 (17)

附录A直流稳压电源原理图 (17)

附录B温度报警器原理图 (18)

附录C直流稳压电源pcb图 (19)

附录D温度报警器的PCb图 (20)

附录E直流稳压电源与温度报警器实物图 (21)

附录F直流稳压电源元件清单 (22)

附录G温度报警器的元件清单 (22)

1 温度报警器的设计

1、1温度报警器的设计方案

设计一个温度在室温至50℃范围内时不报警,当温度超过50℃时,报警器能精确报警的温度报警器。温度传感器应将温度的变化转化为电压的变化,集成放大电路将得到的电压信号进行放大,电压比较器电路将放大的电压信号与参考电压进行比较,然后再接报警电路。

图1温度报警器的方案图

电路采用热敏电阻作为温度传感器,把变化的温度转化为电压信号,再经过集成运算放大电路,把得到的电压信号放大,再经电压比较器的比较,把得到的电压信号输给发光二极管报警电路从而实现温度的报警。

1、2热敏电阻传感电路的设计

设计一个当温度大于50℃时报警的温度报警器,需要用电压变化来代表温度的变化,设计的原理如图2所示:在热敏电阻传感电路里,选择(在室温下)电阻值为10k的热敏电阻R1作为温度传感器,在25度时,电源电路输出给集成运放放大器的电压为454mv,温度每升高1度,该热敏电阻阻值就下降256Ω,输出电压下降11、2mv,因此,当温度从25度升高到50度时,温度报警器的电阻降为3、6k,经计算,理论输出电压从454mv降为174mv。

R 8选用10k的电位器,便于电路的调节;R

6

选用100k的电阻,就是为了得到输

出为毫伏级的电压;R

1就是热敏电阻(电阻值随温度的升高而降低)。

图2 热敏电阻传感器电路

1、3 放大电路的设计

为了得到更大的电压,把热敏电阻采集到的电压信号加到电压放大倍数为28倍的正向比例放大器(如图3),经过放大,可以得到输出电压12、7v～4、9v。

(R4取25k,电位器R

7取10k,便于增益的调节,结合电路的需要,最后把R

7

调到2k

左右,R

2

取1k;增益Au=R2+(R7+R4)/R2=1+(2+25)/1=28)

图3 放大电路

1、4比较电路与报警电路的设计

然后把放大的电压加到选择电压为5v的反向电压比较器上面去(如图4),当温度到50度时,比较器输入电压4、9v(4、9v<5v),比较器翻转,比较器输出电压为5v,点亮发光二极管。为了保护发光二极管不被烧坏,在二极管前面串联了一个760Ω的保护电阻。

图4 比较电路与报警电路

选择NE5532P集成运放芯片作为电路放大与电压比较器,NE5532P为8脚双运放,用一个运放供电电压为+5V与-5v,用两个运放供电电压为+12v与-12v。

电压放大增益Av=1+R

f /R

2

=28,电压信号放大后,可以得到比较器输入电压

(12、7v～4、9v),与比较电压5v进行比较,从而实现精确报警。

二极管保护电阻取760Ω的理由:由于二极管的导通电压为1、5v-2、5v,电流范围为5mA-18mA,保护电阻R

3

的取值范围为12V/18=666Ω到12v/5=2400Ω,为

了使报警效果更明显,R

3取760Ω。

2直流稳压电源的设计

在各个单元电路与总体电路设计过程中,有3个模块需要直流稳压电源供电,因此,需要制作一个具有稳定输出的直流稳压电源。

2、1设计方案与原理

在电子电路设备中,一般都需要稳定的直流电源供电,而平常生活中用到的都就是频率为50HZ,有效值为220V的单项交流电压,因此需要将它转换为幅值稳定,输出电流较小的直流电压。在一般情况下,所需直流电压的数值与电网电压的有效值相差较大,因此需要通过电源变压器降压后,再对交流电压进行处理。

在温度报警器电路中,需要用5～12V的直流电源供电,因此需要设计一个输出为±12V与±5V的稳压直流电源,直流电压的设计方案图如图5所示

图5 直流稳压电源的设计图

在电路中输入220V(50HZ)的交流电压,通过电源变压器降压(变压器副边电压有效值决定于后面电路的需要)然后变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换为直流电压,即将正弦波电压转换为单一方向的脉冲电压,为了减少电压的脉动,需通过滤波电路滤波,使输出电压平滑,因此应将部分交流分量或者全部滤掉,使滤波电路输出电压仅为直流电压,然而,由于滤波电路为无源电路,所以接入负载后会影响其滤波效果,对于要求不高的电子电路,整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源,但当电网电压滤波或者负载变化时,其平均值也将随之变化,稳压电路的功能就是使输出直流电压基本保持,不受电网电压波动与负载电阻变化的影响,从而获得足够高的稳定性。

2、2电源模块的设计

根据方案与原理:电源模块采用220-16V变压器降压,再经桥式整流堆(型号为2w10)进行整流,滤波电容进行滤波,再经过稳压芯片,就能稳压输出+12v,-12v与+5v,-5v的直流电压。