温度报警

第2章设计要求及方案

2.1 设计要求

1.自动测量当前环境温度，并通过四位7段数码管显示（保留一位小数）；

2.显示精度≤0.5℃；

3.用压电陶瓷蜂鸣片作为电声元件；

4.当温度在10-30℃范围内，报警器不发出声音。当温度超出这个范围时，报警器发出声音，并可根据不同的音调区分温度的高低，系统发出报警并控制风扇电机转动。

2.2 设计方案

2.2.1温度报警器电路设计方案一工作原理

该温度报警器的主要由温度传感器AD590,前级信号放大器和数模转换模块，主控电路，段驱动数码管位驱动等部分组成.工作原理如下:

1.传感器对当前环境温度进行采样得到与之对应的模拟信号。

2.信号处理电路对传感器采样所得的模拟信号进行处理（放大）。

3.A/D转换电路对处理之后模拟信号数值化。

4.将该数字信号送入单片机，经单片机处理后由七段数码管显示。

5.键盘输入模块向单片机设定高温临界温度。

6.当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号并驱动继电器使风扇电机转动。

2.2.2电路设计方案二的工作原理

该温度报警器的电路如图1所示。时基电路IC1、电位器Rp 、电阻R1和热敏电阻RT组成温度检测触发电路。RT是一种负温度系数热敏电阻，阻值随温度的升高而逐渐减小。IC2是一种音响集成电路KD9561，能产生4种模拟声，即警车声、消防车声、救护车声和机枪声。IC3为音频功率放大器，可将微弱的音频信号放大，推动扬声器B发声。具体工作过程如下：

温度未达到预定值时，由于温度传感器RT的阻值大于1/2（Rp+R1），IC1的

1

触发端②脚电位高于1/3G（2V），使得IC1的③脚为低电位，二极管VD截止，IC2因得不到供电电压而无音频信号输出，扬声器B无声。当温度升高到预定值时，RT的阻值将小于1/2（Rp+R1），IC1的触发端②脚电位低于1/3G（2V），IC1的输出端③脚为低电位跳变到高电平，二极管VD导通，输出约5V（200mA）的直流电压。该直流电压经电容C2滤波后供给IC2。这时IC2产生的警笛信号由OUT端输出，经C3耦合至IC3的输入端③脚进行功率放大。放大后的音频信号从IC3的⑤脚输出，最后经电容C6驱动扬声器B发出响亮的警笛报警声。

图1

通过对以上两种方案的各个方面的比较.如适用前景和市场经济效益分析来看,选择第一种方案比较合理。

第3章硬件设计

3.1 系统框图

3.2 单元电路设计

3.2.1前级信号处理部分

图2

上图是由集成运放LM741构成的减法电路。其输出电压U0=2.732-UI

图3

上图为由集成运放LM741组成的反向比例运算电路，其输出电压UO=-2UI

经两级运放电路处理之后，最终其输出电压U0=(Ui-2.732)*2,因此就将热力学温度转换成摄氏温度。若当前温度为0 ℃，则此时输出电压为（2.732-2.732）*2=0V；若当前温度为10 ℃，则此时输出电压为（2.832-2.732）*2=0.2V；若当前温度为20 ℃，则此时输出电压为（2.932-2.732）*2=0.4V。

3.2.2 A/D转换模块

图4

首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC 变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

3.2.3主控部分AT89C51

图5

电路介绍：这时模拟信号被转化为数字信号送入到单片机8951中进行内部计算。由P1口输出到74LS244，P1口作为输出口时，若CPU输出1，Q=1，Q*=0，场效应管截止，P1口引脚的输出为1；若CPU输出0，Q=0，Q*=1，场效应管导通，P1口引脚的输出为0。P1口由于有内部上拉电阻，没有高阻抗输入状态，称为准双向口。作为输出口时，不需要在片外接上拉电阻。P1口“读引脚”输入时，必须先向锁存器写1。

3.2.4 段驱动及数码管显示部分（SR410561K共阳极）

图6

电路介绍：74LS244由2组、每组四路输入、输出构成。每组有一个控制端G。由控制端的高或底电平决定该组数据被接通还是断开。它仅仅是一个缓冲驱动器而已，用于增强你的信号带负载能力。从主控芯片输入的信号转化为二进制信号。G端接低电平，两组数据接通，从输出端送到四位数码管内读取数据并显示。3.2.5 位驱动和键盘输入部分：

图7 位驱动

图8 键盘输入

电路介绍：位驱动利用三级管的开关特性，被8051的片选端输入到三极管是否处于饱和区和截止区。键盘输入是用于输入某固定温度值，通过KEY1，KEY2，KEY3，KEY3输入到主控芯片8951中的25,26,27,28脚，使在外界温度低于或高于这个温度由主控芯片产生信号由16,17脚牵引到陶瓷蜂鸣器和电机模块。

3.2.6 高温报警及电机控制部分：

图9

电路介绍：从主控芯片16,17脚接收到信号通过简单电路分别使陶瓷蜂鸣器发出响声和电机转动。

3.3 总原理图

3.4 仿真组装与调试

当温度传感器

在焊接的过程中，为保证焊点牢固、接触良好与美观，不存在虚焊、假焊，在焊接前要用刀、断锯条或砂纸刮去或打光引脚引线上的油污、氧化膜或漆，直至露出光亮干净的表面，之后涂上松香溶液，其上搪一层锡。焊接时应掌握好温度及时间，焊接时间一般在3～5秒。若焊接时间过短，焊锡未与焊件充分浸熔易产生虚焊、假焊；时间过长，则将烫坏印制板的铜箔或元件。电烙铁温度过低，焊点表面粗糙、无光泽、呈豆腐渣状。焊接时，烙铁头应同时紧贴引脚或引线头及印制板上的焊盘铜箔，当焊点温度升至焊锡熔点时，焊锡熔化即自动流到引线与铜箔间，形成锥状光滑焊点，之后迅速移开烙铁。焊锡未完全凝固前，不能移动或摇动被焊元器件。焊锡可事前熔在烙铁头上，亦可在烙铁贴在焊点加热时将其送入。

各元件焊接完毕，焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。这一阶段的调试是调试的第一部分即断电调试,步骤如下:

3.4.1 短路检测

系统电路焊接完成后，必须进行短路检测。检测方法简单，选用合适的万用表欧姆挡，用红黑表笔接电路板的+5V电源的正负极，如果存在充放电现象（即电阻指示从大到小再到大或从小到大），最后电阻稳定在一个适当的位置。则基本可排除系统短路现象。如果无充放电现象或电阻值稳定在很小的值，则说明系统可能存在短路故障，不能通电实验，必须对系统进行仔细的排查，直至解决。3.4.2原理正确性确认

不同的电路有不同的工作原理。因此必须针对具体电路进行具体分析。本设计的硬件电路原理设计在前面电路设计中已得到验证，为正确。

3.5关键元器件介绍