課程設(shè)計(jì)報(bào)告書溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)學(xué)院 電子與信息學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 課程編號 課程學(xué)分 起始日期

教師評語教師簽名：日期：成績評疋備注目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 選題背景 1\o"CurrentDocument"二、 方案論證（設(shè)計(jì)理念） 11、 設(shè)計(jì)題目要求 12、 總體設(shè)計(jì)方案 1設(shè)計(jì)思路 1設(shè)計(jì)方案 1方案論證與比較 2三、 單元電路設(shè)計(jì)3.1窗口比較器電路 33.2555多諧振蕩器電路 33.2三極管基本開關(guān)電路 4四、 整機(jī)電路整機(jī)電路圖 54.2 元件清單 7\o"CurrentDocument"五、 性能指標(biāo)的測量與分析 75.1電路測試 7測試使用的儀器 75.1.2指標(biāo)測試步驟、測量數(shù)據(jù)與分析 75.1.3 故障分析及處理 8\o"CurrentDocument"六、 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 9七、 參考文獻(xiàn) 10溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)一、選題背景設(shè)計(jì)制作一個測溫電路，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。若外界溫度t1，測溫裝置感所應(yīng)的溫度t（t>t1），加熱到t2：若t1<t<t2，電路以指示燈閃亮，但揚(yáng)聲器不報(bào)警；若t<t1或者t>t2，電路指示燈熄滅，同時揚(yáng)聲器報(bào)警，警報(bào)聲頻率為1kHz。二、方案論證（設(shè)計(jì)理念）1設(shè)計(jì)題目要求本課題要求設(shè)計(jì)制作一個測溫器，檢測并顯示環(huán)境溫度的變化。要實(shí)現(xiàn)的功能：假設(shè)常溫為 t1、經(jīng)加熱后的溫度為t2，當(dāng)測溫裝置感所應(yīng)的溫度t：t1<t<t2，電路以指示燈閃亮，閃爍頻率為0.5Hz，但揚(yáng)聲器不報(bào)警；t<t>t2，電路指示燈熄滅，同時揚(yáng)聲器報(bào)警，警報(bào)聲頻率為1kHz。應(yīng)解決的主要問題：為完成上述課題所要求的功能，重點(diǎn)在于：如何將不同區(qū)間的溫度轉(zhuǎn)化成我們所需要的電壓或電流信息，進(jìn)而通過這些信息實(shí)現(xiàn)不同溫度區(qū)間的功能的實(shí)現(xiàn)；對揚(yáng)聲器和電路指示燈不同頻率的控制。應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求：對溫度信號的準(zhǔn)確獲取；對揚(yáng)聲器和電路指示燈的頻率的準(zhǔn)確控制；各電路模塊的整體配合。本課題在于檢測環(huán)境中的溫度變化，可準(zhǔn)確地運(yùn)用于環(huán)境溫度的檢測。2．1設(shè)計(jì)思路使用窗口比較器進(jìn)行對電壓信號的篩選，使用555振蕩器控制蜂鳴器和指示燈的閃爍頻率，使用反相器對高低電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2．2提出方案滿足上述設(shè)計(jì)功能可以實(shí)施的方案很多，現(xiàn)提出以下幾種方案：2．2．1方案一①原理方框圖（圖1）窗口比較器②原理通過窗口比較器使電路分為兩部分，一部分直接連接 555多諧振蕩電路，控制蜂鳴器響應(yīng)，另一部分通過反相器接555以及指示燈，使之滿足一下條件。當(dāng)t1<t<t2時，比較器輸出低電平，使用三極管的基本開關(guān)電路輸出高電平，，使振蕩器工作，指示燈閃爍；而蜂鳴器所接 555的RD端為低電平，不工作。當(dāng)t<t1或者t>t2時，比較器輸出高電平， 接入555的RD端，蜂鳴器響；而指示燈所接555的RD端為低電平，指示燈不工作。2.2.2方案二①原理方框圖（圖2）555多諧振蕩器窗□比較器蜂鳴器 指示燈圖2方案二原理圖②原理先將溫度變化轉(zhuǎn)化成的電壓變化輸入 555多諧振蕩器，在555多諧振蕩器的輸出端使用窗口比較器,對輸出信號進(jìn)行判斷，并選擇使蜂鳴器工作或者指示燈工作。2.3對各方案進(jìn)行可行性分析、比較，選出最佳方案。方案一在實(shí)行起來可以分步完成每個部分的電路，最后再一起進(jìn)行調(diào)試。先使用窗口比較器，可以準(zhǔn)確區(qū)分電壓的不同，并使用兩個 555多諧振蕩器進(jìn)行頻率的設(shè)定，比較方便。

方案二首先用555多諧振蕩器將輸入電壓轉(zhuǎn)化成頻率，但是由于指示燈和蜂鳴器的頻率要求不同,在之后的電路中難以達(dá)到頻率要求，將窗口比較器接在多諧振蕩器的輸出部分也比較復(fù)雜。因此，選擇方案一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。三、單元電路設(shè)計(jì)1窗口比較器電路3.1.1窗口比較器電路及其工作原理或功能說明窗口比較器具有兩個門限電平，可以檢測輸入模擬信號的電平是否處在給定的兩個門限電平之間。在元件選擇與分類，或?qū)ιa(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視與控制時， 窗口比較器（圖3）是很有用的。當(dāng)輸入電壓Ui>URh時，Ui>LRl,所以集成運(yùn)放Ai的輸出Uoi=+LOm,A的輸出Uo2=-Uom。使得二極管D導(dǎo)通D2截止,穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓uo=+U。當(dāng)輸入電壓Ui<LRl時,uI<LRh,所以集成運(yùn)放A的輸出Uo=-U°MA2的輸出Uo2=+L0Mb使得二極管D2導(dǎo)通D截止,電流通路如圖所標(biāo)注，穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓uo=+U。UrlVUiVLRh時,uo=Uo=-Uom所以D和D2均截止，穩(wěn)壓管截止,u0=0。山和百分別為比較器的兩個閾值電壓，設(shè)“H和Uk均大于零，則傳輸特性如圖4所示。圖3窗口比較器 圖4傳輸特性3.1.2窗口比較器電路元件的選取與計(jì)算（元件標(biāo)號見整機(jī)電路）R（20度）=12.2kQR（70度）=2.0kQ取R1=8.2kQ，可得R6:R7:R8=3:1:2。因此取R6=3kQ，R7=1.1kQ，R8=2kQ。3.2多諧振蕩器電路3.2.1多諧振蕩器電路及其工作原理或功能說明由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖5所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1,R2對電容C充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān)。充電時間常數(shù)T充=（R1+R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)T放=R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo。為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一圖5555多諧振蕩器 圖6振蕩器波形3.2.2多諧振蕩器電路元件的選取與計(jì)算（元件標(biāo)號見整機(jī)電路）T=C（R1+2R2ln2;f=1/T.蜂鳴器：f1=1kHz;T1=1ms所以C1（R11+2R12=1.44e-3，取3=10nFR1仁R12=47@。指示燈：F2=0.5Hz;T2=2s所以C3（R15+2R16=2.88，取C3=10uFR15=R16=100@。3.3三極管基本開關(guān)電路3.3.1三極管基本開關(guān)電路及其工作原理或功能說明負(fù)載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位居三極管主電流的回路上，輸入電壓則控制三極管開關(guān)的開啟與閉合動作，當(dāng)輸入電壓大于開啟電壓時，三極管呈開啟狀態(tài)時，有基極電流流動，使集電極流過更大的放大電流，因此負(fù)載回路便被導(dǎo)通，而相當(dāng)于開關(guān)的閉合，此時三極管乃工作于飽和區(qū)，集電極電壓接近 0;當(dāng)輸入電壓為低電壓時，三極管呈閉合狀態(tài)，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負(fù)載亦沒有電流，而相當(dāng)于開關(guān)的開啟，此時三極管乃工作于截止，集電極電壓接近電源電壓。圖7三極管基本開關(guān)電路3.3.2三極管基本開關(guān)電路元件的選取與計(jì)算 （元件標(biāo)號見整機(jī)電路）在輸入高電平的時候，三極管導(dǎo)通，為了使輸出為低電平，應(yīng)該使壓降足夠大，因此R4要足夠大，我選取R4=62kQ。為了防止R3分壓太大，影響高電平，因此R3應(yīng)該選取較小的電阻，我選取R3=1kQ四、整機(jī)電路4.1整機(jī)電路圖臺臺-R=_i8S±』JgB=主T」9-會&an臺IIIB蚩昱3圖8整機(jī)電路圖4.2元件清單R1=8.2kQC1=10nFR2=mf58熱敏電阻C2=100nFR3=1kQC3=10uFR4=62kQC4=100nFR6=3kQD1二極管R7=1.1kQD35.1V穩(wěn)壓管R8=2kQD43V穩(wěn)壓管R10=1kQD5二極管R1仁47kQR12=47kQR15=100kQR16=100kQR18=1kQD65.1V穩(wěn)壓管此外，還有Lm3241個,三極管90141個，5552個，蜂鳴器1個，綠色發(fā)光二極管1個,以及8V電源。五、性能指標(biāo)的測量與分析對研究過程中所獲得的主要的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行定性或定量分析，得出結(jié)論和推論5.1 電路測試5.1.1測試使用的儀器直流電壓源，示波器，萬用表。5.1.2指標(biāo)測試步驟、測量數(shù)據(jù)與分析表1熱敏電阻降溫常溫加熱比較器輸出7.9V0.011V7.5V集電極電壓0.019V7.9V0.022V蜂鳴器響不響響指示燈不閃爍閃爍不閃爍頻率1.1khz0.54hz1.1khz

結(jié)果分析：正常溫度下，窗口比較器輸出低電平，經(jīng)過反相器之后變成高電平，燈光閃爍模塊啟動；當(dāng)溫度不在指定溫度范圍內(nèi)時，比較器輸出高電平，此時燈光閃爍模塊停止運(yùn)行，音頻報(bào)警模塊啟動，蜂鳴器工作。指示燈工作波形仿真（圖9）圖9指示燈波形仿真分析：工作頻率0.54Hz，工作周期1.85s蜂鳴器工作波形仿真（圖10）圖10蜂鳴器波形仿真分析：工作頻率1.1kHz，工作周期0.909ms。5.1.3故障分析及處理在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)窗口比較器輸出高電平時，指示燈和蜂鳴器都在工作，用萬用表測量，發(fā)現(xiàn)反相器的輸出電壓有0.3V，使555多諧振蕩器工作了，為了讓反相器輸出電壓接近 0，增大集電極電阻的阻值，最終使用了62kQ的電阻，使輸出接近0。發(fā)光二極管直接接多諧振蕩器的輸出，發(fā)現(xiàn)會燒壞二極管，因此查找了資料，綠色LED的工作電壓為3V左右，所以選擇3V的穩(wěn)壓二極管與1k的電阻串聯(lián)，并將指示燈并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管兩端。三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我扎實(shí)了自己的數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)的知識。由于是第一次做這種課程設(shè)計(jì)，在開始看到題目的時候完全不知道從哪里入手，沒有任何思緒，于是去網(wǎng)上找到了一些溫度報(bào)警器的原理圖，還有一些溫度報(bào)警器電路的設(shè)計(jì)思路及方法。然后，我自己便有了一些對本電路的設(shè)計(jì)方案，再結(jié)合上學(xué)期學(xué)習(xí)的模電與數(shù)電課程，對于我想要達(dá)到的要求，參考課本找到了相應(yīng)的電路。再分別對應(yīng)不同的要求，比如頻率要求，溫度要求，來計(jì)算參數(shù)，最后將不同分工的電路連接在一起，在multisim上先進(jìn)行了仿真，也讓我更加熟悉了這個軟件的使用。雖然電路圖設(shè)計(jì)好了，但是在面包板上做的時候也出現(xiàn)了不少困難，首先，元件并不是完全按照要求的，因此測試的時候有很大的誤差，為了達(dá)到要求，不得不更換元件，因此最后使用的元件與計(jì)算的值有部分不同。而實(shí)驗(yàn)時小的錯誤經(jīng)常會被