温度报警器 课程设计

一、任务技术指标
设计一个环境温度监测报警电路，通过对温度报警电路的设计、安装和调试，掌握温度报警电路的工作原理和运算放大器在实际电子电路中的应用。
基本要求：
1.当温度在15℃～30℃范围内（允许误差±1℃百度文库时，报警器不发声。
2.当温度高于30℃时，报警器发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。
3.当温度低于15℃时，报警器发出间歇式声响。
运用multisim软件进行仿真，得出波形图，达到预期效果。
参考资料
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
2.系统框图
图1系统框图
三、具体设计
1.总体设计电路
图2总体设计电路
2.模块设计
⑴含有热敏电阻的桥式放大电路
①测温电桥
图3测温电桥
如上图所示，R ，R ，R ，R ，R ，及R 组成测温电桥，其中R 是温度传感器。其呈现出的阻值与温度成线形变化关系且具有温度系数，而温度系数又与流过它的工作电流有关。为了稳定R 的工作电流，达到稳定其温度系数的目的，设置了稳压管。RW可决定测温电桥的平衡。测温电桥的输出电压为△U=U -U 。
图6输出报警器
⑷系统调试和测量
①差动放大器
运放调零。将A、B端对地短路，调节R 使U =0。
去掉A、B端对地短路线。从A、B端分别加入不同的两个直流电平。
当电路中R =R ，(R +R )=R 时：
在测试时，要注意加入的输入电压不能太大，以免放大器输出进入饱和区。
②桥式测温放大电路
将差动放大电路的A、B端与测温电桥的输出端相连，构成一个桥式测温放大电路。
②差动放大电路
图4差动放大电路
如图所示，由集成运放及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压△U按比例放大。其输出电压当R =R ，(R +R )=R 时：
可见差动放大电路的输出电压U 仅取决与两个输出电压之差和外部电阻的比值。R 用于差动放大器调零。
⑵滞回比较器
差动放大器的输出电压U 输入及集成运放组成的滞回比较器。
图5滞回比较器
滞回比较器单元电路如上图所示,设比较器输出高电平为U ,输出低电平为U ，
参考电压Ur加在反相输入端。门限宽度为：
门限宽度的大小可通过调节的比值来调节。
⑶输出报警器
利用滞回比较器输出的电压作为输入的信号穿入报警器中，利用一般的双音报警器电路来作为报警用。其基本的电路如下图所示，并调节报警电路的电阻，电容的不同值来是报警器发出不同的声音。
然后，把它们的比较结果作为输入进差动放大电路，进行一定倍数的电压放大，在把差动电路的输出作为滞回比较器的输入，这是为了稳定以下输出，把稳定的信号输入报警器中。这样就可以制作出来一个完整的温度报警器。
温度报警器由感知外部温度的桥式测温电路，差动放大电路，滞回比较器及报警器组成。测温电路由电阻组成，其中有一个就是对环境温度有感应的热敏电阻，它和其他电阻组成一个支路，另外还要有两个支路，都是用定值电阻组成的，事先就把相应的温度转换相应的电压，从而用不同阻值的电阻分压，这样就可以产生两个固定的温度，可以作为温度的上下限。然后，把它们的比较结果作为输入进差动放大电路，进行一定倍数的电压放大，在把差动电路的输出作为滞回比较器的输入，这是为了稳定输出，把稳定的信号输入报警器中。这就是一个完整的温度报警电路。
4.可用5～15V直流稳压电源供电。
5.在保证性能的前提下，尽量减少功耗，降低成本。
二、总体设计思想
1.基本原理
温度报警器是通过对温度有一定的感应的电阻的阻值的变化，转变为相应的电压的变化，从而通过一系列的电路产生相应信号，输入报警器，从而报警器发出不同的声响。
设计电路的时候，首先要有一个能够测外界温度的电路，测温电路用电阻组成，其中有一个就是对环境温度有感应的热敏电阻（要知道它的温度系数），它和其他电阻组成一个支路，另外还要有两个支路，都是用定值电阻组成的，事先就把相应的温度转换相应的电压，从而用不同阻值的电阻分压，这样就可以产生两个固定的温度，可以作为温度的上下限。
在室温下使电桥平衡。在实验室室温条件下，调节RW，使差动放大器输出为0。温度系数K。
K=
3.仿真及仿真结果分析
图7仿真电路
⑴当温度低于15℃时发出单频报警输出波形如下：
图8温度低于15℃时发出单频报警输出波形
⑵当温度高于30℃时发出双频报警输出波形如下：
图9温度高于30℃时发出双频报警输出波形
当温度在15℃～30℃范围内（允许误差±1℃）时，报警器不发声。当温度高于30℃时，报警器发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。当温度低于15℃时，报警器发出间歇式声响。
四、结论
通过这次课程设计，制作出温度报警器。温度报警器通过控制由感知外部温度的桥式测温电路，差动放大电路，滞回比较器使其温度在图书范围内进行报警功能。例如15℃～30℃范围内（允许误差±1℃）时，不发声。当温度高于30℃时，报警器发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。当温度低于15℃时，报警器发出间歇式声响。可用5～15V直流稳压电源供电。