温度报警器的设计与制作.doc
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1、温度报警器的设计与制作任务书一、任务和要求:设计并制作一个温度报警器,要求如下:1、 用压电陶瓷蜂鸣器作为电声元件;2、 当温度在10至30范围内(允许误差1)是报警器不发声响,当温度超过这个范围时,报警器发出声响,并根据不同音调区分温度的高低,即:(1) 当温度高于30时,报警器发出两种频率交替的“嘀嘟”声响,即加到蜂鸣器上的电压波形如资料中3D(2) 当温度低于10时,报警器发出单频声响,如资料中附录3D.3、 温度传感器输出电压可由直流信号源模拟,以0为0mv,温度每上升1,递增2mv;4、 设计并制作电路所用直流电源。二、提示和参考文献(略)前言此次课程设计是我上大学的第一次课设,为此
2、我对此又期待又有点担心,期待的是终于可以检验一下自己平时所学的理论知识,担心的是怕课设很难做,自己做不好。课设完成之后,让我对课设有了新的认识,“电子技术课程设计”是电子课程设计的实践性环节。是在我们学习了模拟电子技术和数字电子技术的基础上进行的综合性训练。让我对模拟电子技术和数字电子技术所学的理论知识有了一次“理论联系实际”的体会。同时也锻炼了我们的动手能力,让我学会了如何对一个新的实际问题,进行解决。首先,理解任务书,从中看出所要用到的知识模块,第二,提出方案,逐个设计所要用到的电路模块,第三,仿真,对所提出的方案,进行比较,选出最优的。第四,实物连接,并进行调试,最终完成课题。此次课程设
3、计我们组领到的课题是温度报警器的设计与制作,报警器在实际生活中很常用。平时人们为了保证生活生产的安全,当某一指标超过一定的安全限度时,就让其自动报警。比如各种防盗报警器、机动车用报警器、工业仪表用报警器、可燃气体报警器、温度报警器、防丢失报警器、停电、家用地震及各种报警器警示器等。报警器在平时的生活生产中应用很多,当从在安全隐患时,它可及时提醒人们,避免一些不必要的损失。制作报警器的电路很多,而此次我们是基于555定时器完成报警的。设计需要当在不同温度段时会发出单双频报警,基于555定时器修改电路图,就可实现。电子课程设计 用所学的理论知识结合相关经验,构成一个有效、可行、适用的、简单的电子系
4、统,来达到一个或多个实际需求的一种有目的的活动。它不同与实验室里的实验和科研,课程设计的目的是帮助我们综合运用所学的理论知识,把一些单元电路有机地组合起来,组成小的系统,使我们建立系统的概念;并使我们巩固和加强已学理论知识。并掌握一般电子电路分析和设计的基本步骤。电子课程设计要我们达到一下要求,第一:掌握常用元器件的检测、识别方法及常用电子仪器的正确使用方法。第二:掌握印制板的制作流程以及电路板的安装、布线、焊接等基本技能。第三:培养一定的独立分析问题、解决问题的能力。对设计中遇到的问题能通过独立思考、查阅有关资料,寻找解决问题的途径;对调试中出现的故障,能通过独立分析,找到故障发生原因及排除
5、办法。第四:通过课程设计培养我们树立经济观点、全局观点,同时培养我们实事求是的科学态度和一丝不苟的严谨作风。目 录课程设计任务书前言一、 方案的论证和选择1.1 整体电路构思1.2 方案一1.3 方案二1.4 方案的选择:二、单元电路设计2.1 报警器电路的设计 2.1.1电路原理图设计 2.1.2 元器件选择及参数计算 2.2 电源电路的设计2.3 放大电路的设计2.4 比较电路的设计 2.5 报警电路的设计三、电路仿真分析 3.1 仿真软件Multiuse 的介绍 3.2 报警电路的仿真 3.3 整体电路图初稿(仿真实现的总体电路设计图) 四、电路的装调和分析4.1 报警电路的装调4.2
6、报警电路的调试4.5 整体电路的调试 4.6 实验结果和分析 五、总结和体会参考文献附 录附录A 总体电路图附录B 元器件清单附录C 芯片的管脚图第一章 总体方案的设计与选择我们组课程设计的课题是温度报警器的设计与制作,要求设计一个电路,能实现当温度低于10时单频报警器,当温度高于30时双频报警,而当温度介于10与30之间时,报警器不报警。一 方案一由设计任务与要求知,所涉及的温度报警器能实现对温度变化进行比较,当温度在1030范围内不报警,在此范围外报警。由实验要求,温度传感器输出电压可由直流信号源模拟,以0为0mv,温度每上升1递增2mv,在实验过程中,20mv60mv这个范围几乎无法用手
7、去调节,因此直流信号源必须要经过一级放大电路才可以为下一级报警电路提供驱动,为了区分直流信号源的不同,报警电路必须有两种报警电路,当低于20mv时发出单频的报警信号,当高于60mv时发出双频的报警信号。综上所述,总体电路应分为四大部分:电源电路,放大电路,比较电路和报警电路。电 源 电 路放大 电 路比较 电 路报警 电 路二 方案二 方案二的设计与方案一的总体思路一样,只是里面的有的模块的设计思路改变,主要是报警器的设计思路改变。报警电路中的单频报警电路,可以用一片555定时器,也可以用两片555定时器,第二章 单元电路设计此次课程设计我们是四个人一组,每个人负责一个模块,我负责的是报警电路
8、模块,下面我将详细介绍其设计与原理。一 报警电路的设计 从任务书中看到报警要求是能实现当温度低于10时单频报警器,当温度高于30时双频报警,而当温度介于10与30之间时,报警器不报警。在这里我们利用CB555定时器(其管脚图及工作原理见附录一)实现报警,温度传感器输出的电压可由直流信号源模拟,以0为0mv,且温度每上升1,电压就递增2mv。音频报警电路的制作可以用CB555和电阻、电容组成,我们选用CB555集成定时器来制作多谐振荡器从而做出音频电路。2.4.1单频报警器的设计方案及选择1) 方案一:利用两片CB555定时器设计2) 工作原理由两个多谐振荡器连接构成,把第一个多谐振荡器的输出端
9、连接到第二个多谐振荡器的四端口即复位端,适当选用R、C的参数值,使第一个振荡器输出适当的振荡频率并驱动第二个多谐振荡器。当第一个多谐振荡器输出正弦脉冲时,第二个多谐振荡器有相应的音频信号输出,此时扬声器发声。当第一个多谐振荡器输出为低电平时,第二个多谐振荡器复位端工作,第二个多谐振荡器停止工作,扬声器不发声,所以其最后就发出“嘟嘟”的声音,完成单频报警。其电路图如下所示:图2.4.1.1单频报警电路方案二:图2.4.1.2单频报警电路方案三:利用一个多谐振荡器完成工作原理:图中555定时器和R1、R2及C2构成低频振荡器,音频振荡器,当控制端R为低电平时,低频振荡器不振荡,它的输出端Q为低电平
10、,因此,高频振荡器也不振荡,蜂鸣器不发出声音。当控制端R为高电平时,低频振荡器产生矩形波周期为秒数量级,既Q点的波形如(a)所示,这个矩形波的占空比q可通过调节R1、R2来实现,当B为高电平时,音频振荡器产生方波,使蜂鸣器发出声音。电路图如下所示:图2.4.1.3单频报警器3)方案选择及参数计算从理论上讲,此三种方案均行的通,但是第三种方案无论从设计思路还是实际价值上讲都比较合理,而且第三种方案简单,便于我们学生调试,因此我们选择第三种方案。由图2.4.1.3单频报警电路计算知,其电容C1的充电时间T1和放电T2如下:T1=(R1+R2)C(Vcc-1/3Vcc)/(Vcc-2/3Vcc)=(
11、R1+R2)C2=(10k+100k)10uf2=0.76sT2=R2C(0-2/3Vcc)/(0-1/3Vcc)=R2C2=100K10uf2=0.689s该电路的振荡周期为T=T1+T2=0.76+0.689=1.449s其输出脉冲的占空比为:q=T1/T=0.76/1.449=0.522.4.2双频报警器的设计方案及选择1)工作原理:利用两片CB555定时器完成,当第一个多谐振荡器输出为高电平时,第二个多谐振荡器外接的参考电压就高,RC电路就充放电时间长,输出方波信号的周期也长,输出音频信号的频率低,当第一个多谐振荡器输出为低电平时,第二个多谐振荡器的外接的参考电压低,RC电路充放电时间
12、短,输出方波信号的周期也短,输出音频信号的频率高。随着第一个多谐振荡器输出的方波信号变化,第二个多谐振荡器输出的信号频率随着产生变化,输出“滴嘟”的声音。2)方案图2.4.1.4双频报警器双频报警器我们只设计出这一种方案,所以就是用这种电路。3)参数计算双频报警电路使用两片555定时器,其周期和占空比的计算超出所学理论知识的范围,这里不做计算。二 电源的设计三 放大电路的设计:方案的论证及选择设计一个1030以外的温度报警器,需要用电压来代表温度,设1用2mv代替,那么在1030则表示成20mv60mv,即电源供的电压在20mv60mv范围以外的电路报警,而电源提供的电压为5V,与所取电压相差
13、很大,这时需要将所取电压放大46倍,即以0.94v2.276v外的电压电路报警,在电路的选择中,我们组选用的是用芯片LM324组成的同相比例放大电路。2.2.2电路组成 放大电路电路图如下:2.2.3原理分析及参数选择因为该电路为同相比例放大电路且放大倍数Au=46,根据同相比例方电路的放大公式:V=(1+Rf/R1)VI可知放大倍数Au的大小即为式中的1+Rf/R1的大小,则电路中的R1、Rf起到放大倍数的作用。1+Rf/R1=Au=46 得Rf46R1选取R1=1k Rf=45k经过计算知道流进放大器的电流大小比集成运放LM324的最大输出电流小,而且又比输入偏执电流大得多,因此这组电阻能
14、正常工作。四 比较电路的设计第三章 电路仿真分析3.1仿真软件的介绍此次课程设计我们使用的仿真软件是Multisim的最新版本,现在还在免费试用阶段,功能很强大。Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim,可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器,能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验
15、证,从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成,完善了具有强大技术的设计流程,从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。Multisim的特点: (1)直观的图形界面:整个操作界面就像一个电子实验工作台,绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上,轻点鼠标可用导线将它们连接起来,软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似,测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。 (2)丰富的元器件库:Multisim大大扩充了EWB的元器件库, 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件,且用户可通
16、过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型,还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。 (3)丰富的测试仪器: 除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外,Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是:所有仪器均可多台同时调用。 (4)完备的分析手段:除了EWB提供的直流工作点分析、 交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真 分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外,Multisim 新增了直流扫描分析、批
17、处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等,基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。 频谱(5)强大的仿真能力:Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真,也可进行数模混合仿真,尤其是新增了射频(RF) 电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因,仿真结果可随时储存和打印。 3.2报警电路的仿真3.2.1单频报警电路的仿真1)仿真过程仿真时我们下载好Multisim软件,然后进行安装。进入Multisim软件后,根据前面设计好的电路图连接,从Multisim软件的工具栏中选择需要的元器件,比如电阻,555定时器,电解电容,蜂鸣器等,一一列出来之后,在进行连线
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