温度监测系统设计仿真与实现课程设计

R11.0kΩ

R21.0kΩ

R32kΩKey=A

30%

R42kΩKey=A

70%R5

510ΩR6510Ω

R8

5kΩKey=A 32%C10.1µF V112 V

R9

5.1kΩ

R103.3kΩ

R11220kΩ

R12100kΩ

C3

4.7µF

U1

OPAMP_5T_VIRTUAL

U2

OPAMP_5T_VIRTUAL

U3

OPAMP_5T_VIRTUAL

LED1

LED2

R7

5kΩKey=A

82%C20.1µF

XLV1

Input

探针1

V: I:

探针2

V: I:

1.电路设计及原理分析

1.1设计任务

通过Multisim 软件仿真精密双限温度报警仪设计，在老师点拨我们自学的基础上了解了运放的作用，用了比较器，震荡电路等知识，根据找到的电路图进行仿真，调试电路，明白了温度报警的意义。

1.2技术指标

a.当温度在设定范围内时报警电路不工作；

b.当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警；

c.上下限低于报警led 用不同颜色；

d.上下限可调；

e.控温精度度 1℃

f.监测范围 0.5℃

1.3电路原理图

图表 1 电路原理图

1.4基本原理

本课设选用热敏电阻作为温度感应元件。热敏电阻的基本特性是温度特性。

由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值随着温度的升高将按指数规律迅速减小。这和金属中自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。热敏电阻有正温度系数，临界温度系数与负温度系数之分，本实验所用的为负温度系数的热敏电阻,在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为RT=αe

T

β

式中，RT 为温度为T 时的电阻值，α与β为与半

导体性能有关的常数，T 为热敏电阻的热力学温度。 本课设用的比较器器件是LM324，这是一个带有四个运算放大器的芯片，其管脚如图所示。我们选择第一组和第二组进行高低温比较。

集成运算放大器A1、A2构成单门限比较器， A4构成振荡电路。电路中的热敏电阻Rt 与RV3串联，分压值为Va ，分别加在运放A1、A2同相端与反相端上，与上、下限设置温度RV1、RV2

的分压比较，当Va 介于上限、下限电压值之间时，A1、A2均输出高电平，D2、D3反偏截止均不亮；当Va 大于RV1的分压时，A2输出低电平，D3发光 。当Va 大于RV2的分压时，A1输出低电平，D2发光 。任何一个发光二极管导通时A4所在电路即产生振荡，驱动喇叭发出报警声。调整C3、R8可改变振荡频率。 调节RV1和RV2可分别调整报警的上限和下限。当电位器上端阻值减小时，报警点下降。当上端阻值增大时，相应的报警点升高。调节RV3可以调整比较电压的大小，从而能根据热敏电阻的温度特性与环境变化带来的需求变化进行调整。其他各电阻起分压作用，以便各电位合适。

该电路可以监测在一定温度下的环境，当高于上限或低于下限时会亮灯并报警，可以很好用于很多温度监测领域。

图1-2 LM324示意图

2.电路模拟与仿真

2.1 创建电路模拟图

在Multisim 中用电位器代替热敏电阻以便仿真,仿真原理图如图所示.。

R11.0kΩ

R21.0kΩ

R32kΩKey=A

30%

R42kΩKey=A

70%R5510ΩR6510Ω

R8

5kΩKey=A 32%C10.1µF V112 V

R9

5.1kΩ

R103.3kΩ

R11

220kΩ

R12100kΩ

C3

4.7µF

U1

OPAMP_5T_VIRTUAL

U2

OPAMP_5T_VIRTUAL

U3

OPAMP_5T_VIRTUAL

LED1

LED2

R7

5kΩKey=A

64%R131.0kΩ

XSC1

A B Ext Trig

+

+

_

_

+

_

C20.1µF

探针1

V: 11.8 V I: -13.5 uA

探针2

V: 11.8 V I: 13.5 uA

.

图表 2 原理图

2.2元件列表

元件名称

数量

备注

LED-GREEN(绿发光二极管) 1 LED-RED(红发光二极管) 1 LM324(运算放大器) 3

POT-HG(可调电阻) 4 2K 两个,5K 两个 RES(电阻) 9 CAP(电容)

4 0.1uF NTSD0WF104(热敏电阻) 1 Speaker （喇叭） 1 0.5W Battery(直流电源)

1

9V

2.3 仿真记录与结果分析

一开始时R7处于中间位置（温度正常），红绿两灯都不亮，喇叭没有声音发出。

图表 3 两灯都不亮

图表 4 示波器无输出

R11.0kΩ

R21.0kΩ

R32kΩKey=A

30%

R42kΩKey=A

70%R5510ΩR6510Ω

R8

5kΩKey=A 32%C10.1µF V112 V

R9

5.1kΩ

R103.3kΩ

R11

220kΩ

R12100kΩ

C3

4.7µF

U1

OPAMP_5T_VIRTUAL

U2

OPAMP_5T_VIRTUAL

U3

OPAMP_5T_VIRTUAL

LED1

LED2

R7

5kΩKey=A

64%R131.0kΩ

XSC1

A B Ext Trig

+

+

_

_

+

_

C20.1µF

探针1

V: 11.8 V I: -13.5 uA

探针2

V: 11.8 V I: 13.5 uA