温度报警器的设计与制作

一、任务和要求：

① 将被测温度（0～100 ℃ ）转换为电压值； ② 小于10℃或大于30℃声、光报警 （LED亮）； ③ 可采用箔电阻组成测量电桥； 二、设计框图

三、所需仪器设备

1、模拟电子试验箱 一台 2、数字万用表 一块 3、双踪示波器 一台 4、直流稳压电源 一台 5、剪刀、平口起子、镊子 各一把 6、面包板 一块

一、设计方案及思路

1.1整体电路构思

本次温度报警电路的设计我们用led灯作为报警电路的电元件，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led灯不亮，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led灯发光。

电路所需直流电源由5v和12v的直流电压提供。 1.2设计方案

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。其中直流电源由变压器、整流桥、滤波电路、稳压器组成； 放大器的设计采用集成运放放大；对于比较器我们选择窗口比较器，通过电压的变化可以模拟实现高温低温。 报警电路有单双频之分，选用555定时器作成多谐振荡器，以分别实现单双频报警。

二、单元电路设计

1、直流电源电路设计

直流稳压5V,12V电源的设计，输入交流电220v（峰值312v）50hz。

稳定直流电源设计的一般思路是让输入电压交流电220v（峰值312v）50hz先通过电压变压器（降压到合适的数值，如16v），，再通过整流网络（将正弦波电压转换为直流脉动电压（直交流成分均有）），然后经过滤波网络（减小电压的脉动），最后经过稳压网络（使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻的影响）。

采用整流桥实现整流的目的，以2200uF的大电解电容作为滤波电路，采用固定式三端集成稳压器7805、7812来稳定输出电压。

如下图所示，220V（幅值311V）50Hz交流电经变压器220:16输出两组独立的16V交流电，经整流桥、大电容滤波后分别经过集成稳压块7812与7805作用得到+12、+5V的直流输出电压。稳压电源组成如图1所示：

电源变压器：将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。

模拟直流电源电路图 2.2放大和比较电路的设计 Ⅰ、放大器电路 放大器电路图：

此电路是同相比例运算电路，电路引入了电压串联负反馈。 该电路的放大倍数为：

R1处加一个+12v的直流电压（即7812的输出端），通过滑动电位器RV1来改变放大

器的输入电压URV1。根据实验设计要求（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时，报警器发出声响。以0℃为0mv，温度每上升1℃，递增2mv）即低于20mv报警（単频），20mv-60mv不报警， 高于60mv 报警（双频）。

URV1经过LM324放大100倍后，就变为0~1.9v报警（単频），2v~6v不报警，6.1v~10v报警（双频）。再经过窗口比较器…

注意事项： R1与RV1要取合适的值，RV1应尽量小点，以提高电路的灵敏度。 Ⅱ，窗口比较器电路

由LM324中的两个运放组成1个窗口比较器，以12v为电源电压，通过调节电位器RV2、RV3来确定窗口比较器的两个基准电压，使分别为2V、6V，调节好后使其稳定不再变化。

放大器的输出电压U0与两个基准电压进行比较，若U0小于2v，则B运放输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D15v稳压管使输出电压稳定在5v；若U0在2v与6v之间，则运放B与C输出都为低电平，即电压为0；若U0大于6v，则运放C输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D15v稳压管使输出电压稳定在5v。 注意事项：

稳压管D1、D2的作用是稳定窗口比较器的输出电压，但前提是窗口比较器的输出电压必须大于稳压管D1、D2的稳压值。运放输出端所加保护电阻不应过大否则稳压管将起不到稳压作用。

2.3、温度报警电路

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。 1.低温报警电路：

此电路中4端口接窗口比较器的D1稳压输出，4端口为一个复位端，当D1为高电平（温度低于10℃即放大电路输出电压小于2v）时，led灯发光。 2. 高温报警电路：

高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然后输出。

根据参数计算公式可得，双频的高低音持续时间以及高低音频率只与和555外部连接的电容C和电阻有关，因此我们可一通过改变555外部电路的电容和电阻的大小来控制多谐振荡电路的振荡周期从而控制蜂鸣器发出声音的高低和频率。 U6的4端接D2端稳压输出电压，当D2为高电平（温度高于30℃即放大电路输出电压大于6v）时，led灯发光。

三．电路仿真分析

通过用Ptotues软件进行仿真，将各个模块连接好后进行仿真。 仿真结果：

1，当温度低于10℃时发出报警输出波形如下：

2．当温度高于30℃时发出报警输出波形如下：

五、附录

附录A.元器件管脚图及功能 1）W7805、W7812管脚图

将正面对着自己，管脚在下，圆孔端在上，左中右三却分别是123脚。 它们的1、2脚是电压输入端，1接电源正，2接地。 它们的2、3脚为电压输出端，3接电源输出，2接地。

78xx系列稳压器的最大输出电流为1.5A，最大输入电压为40V。 2）LM324 的管脚图：

LM324是四运放集成电路，LM324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。它采用14脚双列，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用上图左所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。V-也可接地，即LM324可以单电源工作。 3）555定时器

1——地 GND 2——触发 3——输出 4——复位 5——控制电压 6——门限(阈值） 7——放电 8——电源电压 555定时器功能如下表所示

附录B.元器件清单

1. 变压器 1 220v——16v 2. 桥式电路 1

3 LM7812 1 4 LM7805 1 5 LM324 1 6 555 3

7 电解电容 1 1000μF 8 电容 5 0.22μF 9 电容 2 10μF 10 电容 3 0.01μF 11 电阻 4 100KΩ 12 电阻 6 13 电阻 1 14 电位器 3 15 电源插头 1 16 导线 若干 10KΩ 1KΩ 10KΩ