简易温度报警器设计

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简易温度报警器设计

1．设计思路

设计中首先利用基于热电偶效应的温度传感器LM35采集温度后，转变为相应的电压值，再经过运算放大器LM358，将待测电压值放大、输出，以便于检测、显示及控制。显示电路是由A/D转换器及Led显示器构成的数字电路，控制电路是通过五个电压比较器与数字控制电路的组合来实现。报警电路以555振荡电路及扬声器等器件为基础构成组成。

2．方案设计

图1 系统设计框图

如图1所示，系统由以下几部分构成：温度测量电路、放大电路、电压比较电路、A/D转换电路、译码显示电路、报警电路及加热降温电路。各部分电路的工作原理如下。

2.1 对温度进行测量

首先通过温度传感器采集温度，将温度值转换为相应的电压值输出。

2.2 温度控制

传感器的输出电压作为放大器输入信号，经同相运算放大电路进行放大后分别输出给多路电压比较器。

将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压V

REF ，用实际测量值v

i

与V

REF

进行比较，比较结果（输出状态）输入数字控制电路，调节系统温度。

本题对温度的限定较多，需采用四个电压比较器，配合数字控制电路，实现由输出电平的变化来控制数模转换电路、报警电路及加热、降温电路。

2.3 报警部分

通过电阻对电源电压分压的方法设定被控温度对应的电压值V

，当系统实际

i

温度达到相应值时，发出报警信号。报警电由多555谐振荡器构成，便于调节电路元件的参数，实现不同温度界限下，不同声音的报警。

2.4 加热、降温驱动控制电路

采用开关量控制。通过电压比较器的输出控制开关元件的接通、关断，实现在一定温度范围内自动加热、降温。

2.5 温度显示电路

由数码管显示器，译码显示器件，以及计数器构成。通过计数器对译码显示电路的译码周期进行控制，实现5℃为一档显示。

3．单元电路设计

3.1温度传感器

LM35是电压输出型集成温度传感器， LM35集成温度传感器是利用一个热电阻检测相应的温度。LM35 无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用的室温精度。

•工作电压：直流4～30V；

•精度：0.5℃精度（在+25℃时）；

•比例因数：线性+10.0mV/℃；

•非线性值：±1/4℃；

•使用温度范围：-55～+150℃额定范围。

引脚介绍：①正电源Vcc；②输出；③输出地/电源地。

传感器电路采用核心部件是 LM35，供电电压为直流15V 时，工作电流为120mA，功耗极低，在全温度范围工作时，电流变化很小。电压输出采用差动信号方式，由2、3 引脚直接输出，电阻R 为18K 普通电阻，VD为1N4148。如图1。此电路适用于测温范围为-55～+150℃场合。LM35的线性度良好。

图2 传感器电路原理图

LM35温度传感器输出电压与摄氏温标呈线性关係，转换公式如式(1)，0℃时输出为0V，每升高1°C，输出电压增加10mV。

(T)=10mv/℃*T℃……(1)，即V=0.01T。

V

out_LM35

3.2运算放大电路

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

4脚接地，8脚接Vcc。

运算放大器LM358放大5倍电压,即V=0.05T.

温度采集放大电路如图2。

图3 温度采集放大电路

3.3 A\D转换电路

AD转换电路采用ADC0809。ADC0809是一种逐次比较型模数转换器件。它是采用CMOS工艺制成的8位8通道A/D转换器，采用28只引脚的双列直插封装，其原理图和引脚图如图3所示。

各引脚功能如下：

（1）IN

0～IN

7

是八路模拟输入信号；

（2）ADDA、ADDB、ADDC为地址选择端；

（3）2-1～2-8为变换后的数据输出端；

（4）START（6脚）是启动输入端。

（5）ALE（22脚）是通道地址锁存输入端。通常将ALE和START连在一起，使用同一个脉冲信号，上升沿锁存地址，下降沿则启动转换。

（6）OE（9脚）为输出允许端，它控制ADC内部三态输出缓冲器

（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。

图4 A/D 转换器原理图

主要特性:

1）8路输入通道，8位A ／D 转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100μs(时钟为640kHz 时) 4）单个＋5V 电源供电

5）模拟输入电压范围0～＋5V ，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度 7）低功耗，约15mW 。

经ADC0809转化为数字量,因为转换公式:V/5=X/256,即0.05T/5=X/256,则 T ≈100X/256.其中，V 为输入A/D 转换器的电压值。

计算出X 的值后，向下取整，在转换为数字量及为ADC0809的输出值。 0℃时，AD 输出的数字量D 0 =00H

其他温度对应的数字量也可通过以上方法算出。

5℃时，D 1=0CH; 10℃时，D 2=18H; 15℃时，D3=24H ； 20℃时，D4=30H ； 25℃时，D5=3CH ； 30℃时，D6=48H.

转换电路的第一部分由电压比较器构成，以限定0℃到30℃的测量显示范围，上面的比较器对应0℃时，是反向输入，当温度高于0℃，输出为低电平，

启动时钟

8

3位tef ref CC IN 3

IN 4

IN 5

IN 6

IN 7

2

－V CC

REF (＋2－210－1－2－3－4－8REF (－)－6(b )(a ) 功能框图

引脚图