温度报警器的设计与制作

课程设计任务书温度报警器的设计与制作一、任务和要求：设计并制作一个温度报警器，要求如下：1、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℃）时报警器不发声响，当温度超过这个范围内时，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附录3D；(2)当温度低于10℃时，报警器发出单频率声响，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、设计并制作本电路所用直流电源。

二、提示和参考文献（略）前言电子技术综合课程设计通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试完成的。

要完成一个课题将涉及许多方面的知识，包括理论知识（设计原理方法）和许多实际知识与技能（安装、调试与测量技术）。

它的开展是为了提高和增强我们学生对电子技术知识的综合分析与应用能力。

这对于提高我们学生的电子工程素质和科学实验能力非常重要，是电子技术人才培养成长的必由之路。

我们组此次课程设计任务要求是完成一个温度报警器的设计与制作，并实现当温度高于30℃时发出双频报警，温度低于10℃时发出单频报警的功能要求。

本设计中充分展示了模拟电子技术的优点，利用放大电路、窗口比较器进行温度的判定，再结合数字电子技术的优点，充分利用555定时器的功能来实现报警，将模电、数电紧密结合，综合应用，不但对知识有了更进一步的掌握，也极大地提高了动手能力，并让我对于实际电子产业有了初步的认识，对于以后的就业打下了一定的基础。

通过课程设计实现以下三个目标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。

即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法；第三，培养勤于思考的习惯，同时通过设计并制作电子产类品，增强学生这方面的自信心及兴趣。

本课程设计以电工电子技术的基本理论为基础，着重掌握电路的设计装调及性能参数的调试方法,本课程设计应达到如下基本要求：（1）综合运用电子技术课程中所学的理论知识独立完成一个实际应用电路的设计。

（2）通过查阅手册和参考文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。

（3）熟悉常用电子元器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。

（4）掌握电子电路的安装和调试技能。

（5）熟悉的使用各类数字电子仪器。

（6）学会撰写课程设计论文。

（7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

在温度报警器电路的课程设计中，得到指导老师的关心与鼓励，并且得到了许多同学的无私帮助，以及组员们的极力协作,在这里表示衷心的的感谢。

同时，因设计水平有限，设计论文中错误在所难免，恳请各位不吝指正。

目录课程设计任务书 (1)前言 (2)一、方案的论证与选择 (4)1.1 方案一 (4)1.2 方案二 (4)1.2.1 设计思路 (4)1.2.2 电路框图 (4)1.3 方案的对比与选择 (5)二、单元电路的设计 (6)2.1 多输出电源电路的设计及元器件选择 (6)2.2温度信号模拟及放大电路部分 (6)2.2.1温度信号模拟 (6)2.2.2放大电路 (7)2.3 比较电路部分 (7)2.3.1比较电路的基本原理： (7)2.3.2 比较电路的设计 (8)2.4、温度报警电路的设计 (9)2.4.1低温报警电路 (9)2.4.2、高温报警电路 (9)2.5 整体电路图 (10)三、电路的装调与分析 (10)3.1 电源电路的装调 (10)3.2 放大电路的装调与误差分析 (11)3.3 比较电路的装调与分析 (12)3.4 温度报警电路的装调与分析 (12)3．5 整体电路的装调 (12)四、总结和体会 (14)五．致谢 (15)附录A 整体电路图 (16)附录B原器件清单 (17)附录C.元器件管脚图及功能 (18)附录D参考文献 (20)一、方案的论证与选择 1.1 方案一电路框图如下:此电路理论上是可行的,温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，但由于电压变化微小很难调试与测量,因此此方案不可行。

1.2 方案二1.2.1 设计思路本次温度报警电路的设计我们用压电陶瓷蜂鸣器作为报警电路的电声元件，通过电压的变化来模拟温度的高低，以0℃为0mv ，温度每上升1℃，递增2mv ；由于变化的电压值较小，所以我们采用放大电路对其进行放大100倍，然后通过后级比较电路对电压进行比较，当温度在10℃至30℃范围内（允许误差±1℃）即电压在20mv 至60mv 时报警器不发声响，当温度超过这个范围时，即当接收到的输入电压（前级放大器的输出）小于2V （10℃时放大器输出为2V ）或者大于6V 时（30℃时放大器输出为6V ），输出高电平以驱动后级的发生报警电路报警器发出声响，并根据不同音调区分温度的高低，即当温度高与30℃时，报警器发出两种频率交换的“嘀—嘟”声响；当温度低于10℃时，报警器发出单频率声响；电路所需直流电源由5v 和±12v 的直流电压提供。

1.2.2 电路框图根据整体构思，所设计电路分为四个模块：直流电源、信号放大电路，比较电路和报警电路。

该温度报警器电源部分主要由220~16V变压器、整流电桥、三端稳压器7812、7805等元器件组成，为温度模拟信号、放大比较电路、音频报警器等部分提供所需要的稳定直流；温度模拟信号部分以一个滑动变阻器和定值电阻通过滑动变阻器阻值的变化来模拟温度信号；放大比较电路部分利用LM324组成一个放大器将较小的温度模拟信号放大100倍后，再通过LM324组成的一个窗口比较器电路模拟温度变化范围的上下限（10℃时放大器输出为2V，30℃时放大器输出为6V），分别为后级音频报警器提供高低电平；音频报警器有两部分组成，单频率部分和双频率部分，利用NE555计时器组成振荡器产生方波以实现温度低于10℃时蜂鸣器发出“滴——滴”的单频声音，而高于30℃时蜂鸣器发出“滴嘟——滴嘟”的交替的双频声音。

1.3 方案的对比与选择方案一理论上是可行的,温度传感器输出电压可由直流信号源模拟，但由于电压变化微小很难调试与测量, 方案二完全克服了方案一的缺点，增加了放大电路部分，方便调试与测量，经过对比分析，选择方案而进行设计与制作。

二、单元电路的设计2.1 多输出电源电路的设计及元器件选择电源电路组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压。

电源变压器选择输出U1=16v的变压器；整流电路采用桥式整流电路；滤波电路中的电容耐压值U2>1.2U1，1.2U1=1.2*16v=19.2,考虑到实际领取电容的耐压，采用耐压值为25v的电容；稳压采用7812、7912、7805芯片。

电路中所用到的元器件有；16v的变压器、整流桥一个、2200uF的电解电容2个、4.7uF的电解电容3个、3.3uF的陶瓷电容5个、LM7805一个、LM7812一个、LM7912一个；多输出电源电路图如图1：图12.2温度信号模拟及放大电路部分2.2.1温度信号模拟本设计中用和电位器模拟温度信号，温度传感器输出电压由直流信号源模拟，以0℃为0mv，温度每上升1℃，递增1mv.2.2.2放大电路放大器电路如图2：图2此电路是同相比例运算电路，电路引入了电压串联负反馈。

该设计中利用LM324和、组成放大倍数为100的放大器将温度模拟信号20～60mv，放大为2～6V2.3 比较电路部分2.3.1比较电路的基本原理：当输入电压U1大于Urh时，必然大于Url，所以集成运放A1的输出U01=+Uom，A2的输出U02=-Uom。

使得二极管D1导通，D2截止，电流通路如图中实线所示，稳压管Dz工作在稳压状态，输出电压U0=+Uz。

当U1小于Url时，必然小于Urh,所以A1的输出U01=-Uom，A2的输出U02=+Uom。

因此D2导通，D1截止，电流通路为虚线所示，Dz工作在稳压状态。

U0仍为+Uz。

当Url<U1<Urh时，U01=U02=-Uom,所以D1和D2均截止，稳压管截止，U0=0V。

其中Urh和Url为阀值电压，且都大于零。

通过以上三种电压比较起的分析，课得出如下结论：在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能情况。

通常用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。

电压传输特性的三要素是输出电压的高，低电平，阀值电压和输出电压的方向。

输出电压的高低电平决定于限幅电路。

2.3.2 比较电路的设计比较电路如图3：图3当 时导通，截止，稳压管工作在稳压状态，截止；当 时截至，导通，稳压管截止，工作在稳压状态； 当 时截至，导通，稳压管截止，工作在稳压状态；因为在实际电路中电阻值存在误差，因此=10K 的电位器，,，，都选用5V 的稳压二极管。

2.4、温度报警电路的设计根据任务与要求，要有两种不同的报警声音，因此我们设计两种报警电路，单频报警电路和双频报警电路。

音频报警电路的制作可以用NE555和电阻、电容组成，我们选用555集成定时器来制作多谐振荡器从而做出音频电路。

2.4.1低温报警电路R4DC7Q 3G N D1V C C8TR 2TH 6CV5U1555C10.01uC210uR1100kR210kBUZ1BUZZER图42.4.2、高温报警电路图5高然温报警采用双频报警，该部分用到了两片555定时器。

U5的作用是控制高低音的持续时间，高电平持续时间即为电容C的充电时间，低电平持续时间即为电容C的放电时间；U6的作用是将高音与低音转换成频率后输出。

2.5 整体电路图整体电路见附录A三、电路的装调与分析在进行完电路的设计和理论计算之后，我们就开始制作各部分电路，进而分步调整，最后进行整体电路的调试，虽然经过了完善的理论计算但在实际制作时仍出现了很多的问题。

3.1 电源电路的装调选用22V~16V的变压器，一个LM7812一个LM7805，1000uF电解电容一个，小电容若干个，接好电源电路，在接电源的过程中我们遇到了如下问题：用万用表测量从LM7812输出的电压值没有达到12V,经过仔细的检查发现电路接通后LM7812发热，最后我们判断该三端稳压器是坏的，不能使用。

问题解决：然后我们更换了一个新的LM7812，接通电源再次测量结果输出12V,满足要求。

重新测量时发现+12V和5V 都能正常输出，而-12V却无法输出。