温度超限报警系统

题目: 温度超限报警系统设计

班级：

学生姓名：

实习时间：2010年11月22日至12月3日

课程设计报告

——温度超限报警系统设计

一、设计目的：

1、掌握热电式传感器工作原理并了解热敏电阻与温度变化的关系。

2、自拟电路，充分体会热电式传感器的实际应用。

3、学习使用PROTEUS系统进行电路仿真。

二、设计要求：

1、温度高于80摄氏度时，红灯亮，并发出鸣叫声。

2、温度低于30摄氏度时，绿灯亮。

3、在30摄氏度到80摄氏度之间，两个灯都不亮。

三、器件选择：

元器件清单：热敏电阻（101）一个，LM324芯片一个，红绿发光二极管各一个，蜂鸣器一个，电阻100欧四个，0.47k二个，10欧二个，510欧一个，导线若干

四、设计思路：

温度上下限的确定：根据热敏电阻对于不同温度有不同的电阻值的特性来得到。通过实际测量，得到所要求温度上下限对应的电阻值，30摄氏度时电阻为83Ω，80摄氏度时电阻为20Ω。（本次使用的热敏电阻为负温度系数即温度越高阻值越低）。

电路的实现：将温度引起的热敏电阻阻值变化转化为电势的变化，再经过LM324来控制输出，从而得到对温度上下限的控制。最后经过后续电路，完成亮灯和报警系统。

电路整体的组成如图所示：

设计原理：

1、热敏电阻：

热敏电阻的基本特性是电阻—温度特性。我们使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，特别适用于-100~300℃之间测温，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，即随着温度的升高阻值不断减小。

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岁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。经实际测量， 30摄氏度时热敏电阻阻值达到83欧姆，而80摄氏度时达到20欧姆。

2、集成运算放大器

我们采用了LM324四运放集成电路。它采用14脚双列直插塑料封装，其内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用以外，四组运放相互独立。每一组运放都可以用图一所示的符号来表示，它共有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号出入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，V-（-）为反相入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。

（图一）（图二）

当去掉运放的反馈电阻，或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态），理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大，此时运放变成、形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出高电平。当正输入端电压低于负输入端电压时，运放输出高电平。

3.整体电路图如下：

分析如下：

（热敏电阻RT，右边电阻为R4 、R5。根据热敏电阻在温度上下限的阻值设定初始值R4=83 R5=20）

（1）当温度T低于30℃时，RT>83欧姆，此时控制低温的运放正输入端电压大于负输入端电势，输出高电平，绿色发光二极管点亮。

（2）当温度T低于80℃高于30℃时，20

（3）当温度T高于80℃时，RT<20欧姆，此时控制高温的运放正输入端电压于大于负输入端电势，输出高电平，红色发光二极管点亮，蜂鸣器响。

仿真结果：当热敏电阻大于83Ω时，绿色发光二极管发光，当其小于20Ω时，红色二极管发光同时蜂鸣器响；当其阻值处于二者之间时两发光二极管均不亮。

五、心得体会：

课程设计的这两周时间，我们共同创造了一个作品，从一些零散的零件组合成一个实现温度超限报警的作品。

刚开始毫无头绪，经过网上查询，图书资料的阅读，我们对这个题目有了较深理解。开始设计电路，并用PROTEUS系统仿真软件进行仿真。用电阻的分压来比较，LM324的输出来控制三极管的导通与否，红灯与蜂鸣器串联接在一个三极管的e极，绿灯接在另一个三极管的e极。理论上是可以实现的，但在仿真中，红灯与蜂鸣器不能同时工作，一时找不出原因，不知道如何着手。思考后，决定用仿真软件中的电压表测量三极管各极的电压，发现be的电压大于0.7V，三极管可以导通，红灯可以亮，但是蜂鸣器不响。我们又试着把蜂鸣器和红灯并联，结果还是一样。经过多次的尝试，我们发现仿真软件中的蜂鸣器工作的电压需3.5V。于是我们就在面包板上连接电路，试试手中的蜂鸣器能否在比较低的电压下工作，结果蜂鸣器与红灯能同时工作。我们把功能都实现了。以整洁美观为原则，我们开始焊接。

在此次课程设计中，我觉得自己在很多个方面都获得了较为显著的提高。首先是对理论知识的理解。通过自身对传感器的设计、仿真、组装，将在课堂上学到的理论知识用以解决这一系列过程当中出现的种种问题。不仅使理论正确的指导了实践，更在实践的过程中深化了对理论的认知，真正将课堂上的知识投入实践中。其次是团队合作与交流能力。这次的实习中采取了以小组为单位的合作形式，这就需要小组中的每个成员都要有一个明确的分工。整个设计、制作过程是一个互相交流的过程。作品在小组成员默契的配合与坦诚的交流中逐步完成了。

经过两周的实习，我学到了很多。这一次的实验主要是针对传感器来设计一

定的电路，我们的实验要求是用热敏电阻设计出有温度上下限的报警系统。

刚开始知道选题时，我们觉得应该挺简单的，老师也大体上给我们讲了一下设计的主要思路。但想的简单做起来就不是那样了。就比如我们知道使用热敏电阻来实现，但就其电阻与温度的变化关系并不清楚，所以只能采取实际测量的方法确定在30、80摄氏度时的阻值来实现仿真。但在实际硬件操作中出现了误差，在不到80摄氏度时红灯就亮了，这就需要我们重新更换电阻，十分麻烦，因此就想到使用滑动变阻器调节，使我们的准确性得到保证，可以随时调节。还有就是在焊接时，我们小心的焊接尽量不让两个焊点连接到一起，这样才可以保证清晰和美观。当然在焊接时要注意一些细节。比如说，在某一点焊接时间不要过长，那样很容易把板子焊坏，板子上的小铜片就会从板子上脱落下来。即使板子没坏，那样也是影响美观的，焊接时间过长焊接点就会呈现暗黑色而不具有金属光泽。还有就是一定要保持烙铁尖端的清洁，不要有许多锡粘在表面。当锡不容易跟板子结合时可以涂上一层焊锡膏，那样就很顺利焊接了。这次实验虽然遇到了很多的问题，但是经过我们一起的努力都克服了。我觉得好高兴，也体会到了团队合作的乐趣。

通过这次的课程设计，让我想到：在以后的学习和工作中，团队的力量才是最大的，还有就是对待学习我们不能有半点马虎，要认真处理，也不能有半点的掉以轻心，我们不能轻视每一个细节，每一点的小知识。任何一件事的成败取决于自己的态度。

这次实验做得是温度超限报警。总体来说比较简单。但是一开始大家也是一筹莫展，通过我们不停的查资料还有不停的百度才些许有了眉目。在绘制好的基本的原理图上调试成了下来最重要的工作，这个过程最让人欲罢不能，老实说相