电子信息系统综合设计报告(孙树)

电子与信息工程学院

电子信息系统综合设计报告

设计题目铂电阻温度检测报警电路

组员孙树

专业电子信息科学与技术

班级 123621 指导教师方明

2015年5月

温度检测报警电路设计及实现

第一章设计要求

§1.1课程设计要求

1、设计任务和要求

①检测温度范围为0º~100 º，采用箔电阻、精密电阻及电位器组成测量电桥作为温度传感器；

②可设定报警温度上限值0º~100 º，我们选的是超过60摄氏度的时候报警；

③当检测温度超过设定上限值时，发出蜂鸣器报警声，要求报警声喃喃间断发声，频率约1Hz；

2、任务分配：将该温度检测系统分为四个模块，由四个人分别完成一个独立模块。

第二章系统组成及工作原理

§2.1温度采集和放大

首先，通过温度传感器(PT100,I<35MA)将温度模拟信号转化成一定的电信号，由于这个信号是一个相对较小和变化相对缓慢的信号，此时就需要一个对该信号放大的电路，考虑到有一定的干扰信号，而又要避免对干扰信号的放大，所以我们将采取差分放大电路，通过理伦计算当温度100的时候，对应的电信号最大，约等于0.15，所以我们的差分放大倍数在30-100内可调节。

§2.2 信号的过滤

信号采集和放大处理好了，我们知道任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信号，所以这个时候要对这个信号进行过滤了，而我们需要的信号是一个变化很缓慢的信号，所以我们选择2阶低通滤波器，上限频率约为100HZ，根据fh=1/2piRC，于是我们取R=5.1k，C=0.33uF.

§2.3信号的控制

如图所示我们用到的是最普通的比较器，通过设定相应的阈值（0-5.6V可调），然后与采集到的信号做比较，当大于设置的信号时输出低电平，当小于设置的信号输出高电平。其中跟随器是输出电压稳定，增加带负载的能力。

§2.4蜂鸣器的驱动

根据设计要求当超过一定的温度时蜂鸣器要以1HZ的频率响，因此我们选了一个周期为1秒的方波振荡器，根据公式我们选R3=1.39M，C=0.33uF.当温度超过设定的温度时，比较器输出低电平，有方波产生，蜂鸣器响，反之不响。

第三章信号的采集及报警电路的设计

§3.1温度采集检测

图 3-1 PT100实物图

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。PT100分度表

温度/度阻值/欧姆温度/度阻值/欧姆温度/度阻值/欧姆

0 100.00 40 115.54 80 130.90

10 103.90 50 119.40 90 134.71

20 107.79 60 123.24 100 138.51

30 111.67 70 127.08 110 149.29

表3-1

方案一：

1.电路图

原理图

2.参数的选择

由上图可知PT100的在100-200之间变化，而通过PT100的电流不能大于35MA，所以我们选1K 的电阻来限流。

3.工作原理和调试方法

（1）、调试方法：

当温度是0摄氏度的时候，调节200欧姆电位器，使从1、2出来的电压差为0，并保持这个阻值不变。

（2）、工作原理：

随着温度升高，pt100的阻值也会随着温度的升高而增大，根据分压原理，从1出来的电势势必会比1处高，形成一定的压差，这样就把温度信号转化了电信号了。由于PT100总会存在一定的误差，理论上0摄氏度的是对应的阻值是100欧姆，而实际上是有误差的，我们在边上加一个可调电阻可以通过调节减少这个误差。

§3.2蜂鸣器驱动模块

1.设计原因

该系统是温度检测报警系统，当温度超过某个温度时，要通过一定去告知人们现在处于超温状态，所以我们通过去驱动蜂鸣器发出报警的声音来告知人们。

2.设计原理

当运放的反相端输入高电平，由于这是个比较器电路因此输出的是就是低电平，这个时候（温度未超过设定的温度），三极管工作在截止区，蜂鸣器不会响，当反相端输入低电平，输出高电平，通过给电容充电，然后放电产生方波，这个时候在半个周期工作在截止，在另外半个周期工作在饱和，从而控制蜂鸣器以1HZ的频率报警。

3.参数的选择

如上面的仿真电路图 1.3，产生的方波，周期接近一秒，根据公式T=2R3Cln(1+R2/R1),所以我们选择了R1=R2=10K,C=0.33UF,R3=1.39M。下图为蜂鸣器的驱动部分，其中二极管是防止基电极和射极电压过高的，我们选了放大倍数为100倍的三极管9013，电阻选10k都是为让三极管不在截止状态时工作在饱和区。后因9013三极管丢失，我们选用同为NPN的8050三极管来替换，驱动性能很好。

如下图所示为报警电路实测方波波形，周期接近1S,与理论计算相差不大，可行。

实测波形

仿真波形

第四章电路及系统调试

4.1 组装调试

1.直流电源的装调

鉴于直流电源部分是从220V高压转换过来，电路装调有一定危险性，以及考虑到器件的重复利用率不高，故直接使用直流稳压电源来调试。电源如下

首先通过中间两个按键设置为串联跟踪模式，之后如图接线，注意将右路的负极连接至左路的正极后，还需将5V的GND和其连接，以使其全部共地。调节主电源电压调节旋钮至12V即可，则左路负极为-12V,右路正极为12V。

2.温度检测放大电路的装调

选用一个PT100，两个1kΩ电阻和一个200Ω电位器组成测量电桥作为温度传感器；选用一个LM324中的三个集成运放，两个1kΩ、两个390Ω、两个20kΩ电阻和1个10kΩ电位器组成放大电路。

问题组装过程中由于LM324管脚多，易于弄错，有接错管脚的现象发生。

故障排除仔细核对检查各管脚所对应的集运放和输出电路，并用万用表测试其输入和输出电压。