电子信息系统综合设计报告(孙树)

电子与信息工程学院

电子信息系统综合设计报告

设计题目 铂电阻温度检测报警电路 组 员 孙树 专 业 电子信息科学与技术 班 级 123621 指导教师 方明

2015年5月

温度检测报警电路设计及实现

第一章 设计要求

1.1课程设计要求

1、设计任务和要求

① 检测温度范围为0º~100 º，采用箔电阻、精密电阻及电位器组成测量电桥作为温度传感器；

② 可设定报警温度上限值0º~100 º，我们选的是超过60摄氏度的时候报警； ③ 当检测温度超过设定上限值时，发出蜂鸣器报警声，要求报警声喃喃间断发声，频率约1Hz ；

2、任务分配：将该温度检测系统分为四个模块，由四个人分别完成一个独立模块。

第二章 系统组成及工作原理

2.1温度采集和放大

首先，通过温度传感器(PT100,I

2.2 信号的过滤

信号采集和放大处理好了，我们知道任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信号，所以这个时候要对这个信号进行过滤了，而我们需要的信号是一个变化很缓慢的信号，所以我们选择2阶低通滤波器，上限频率约为100HZ ，根据fh=1/2piRC，于是我们取R=5.1k，C=0.33uF.

2.3信号的控制

如图所示我们用到的是最普通的比较器，通过设定相应的阈值（0-5.6V 可调），然后与采集到的信号做比较，当大于设置的信号时输出低电平，当小于设置的信号输出高电平。其中跟随器是输出电压稳定，增加带负载的能力。

2.4蜂鸣器的驱动

根据设计要求当超过一定的温度时蜂鸣器要以1HZ 的频率响，因此我们选了一个周期为1秒的方波振荡器，根据公式我们选R3=1.39M，C=0.33uF.当温度超过设定的温度时，比较器输出低电平，有方波产生，蜂鸣器响，反之不响。

第三章 信号的采集及报警电路的设计

3.1温度采集检测

图 3-1 PT100实物图

pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的100即表示它在0℃ 时阻值为100

在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100

在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 PT100分度表

方案一： 1. 电路图

原理图

2. 参数的选择

由上图可知PT100的在100-200之间变化，而通过PT100的电流不能大于35MA ，所以我们选1K 的电阻来限流。 3. 工作原理和调试方法 （1）、调试方法：

当温度是0摄氏度的时候，调节200欧姆电位器，使从1、2出来的电压差为0， 并保持这个阻值不变。 （2）、工作原理：

随着温度升高，pt100的阻值也会随着温度的升高而增大，根据分压原理，从1出来的电势势必会比1处高，形成一定的压差，这样就把温度信号转化了电信号了。由于PT100总会存在一定的误差，理论上0摄氏度的是对应的阻值是100欧姆，而实际上是有误差的，我们在边上加一个可调电阻可以通过调节减少这个误差。

3.2蜂鸣器驱动模块

1. 设计原因

该系统是温度检测报警系统，当温度超过某个温度时，要通过一定去告知人们现在处于超温状态，所以我们通过去驱动蜂鸣器发出报警的声音来告知人们。 2. 设计原理

当运放的反相端输入高电平，由于这是个比较器电路因此输出的是就是低电平，这个时候（温度未超过设定的温度），三极管工作在截止区，蜂鸣器不会响，当反相端输入低电平，输出高电平，通过给电容充电，然后放电产生方波，这个时候在半个周期工作在截止，在另外半个周期工作在饱和，从而控制蜂鸣器以1HZ 的频率报警。

3. 参数的选择

如上面的仿真电路图1.3，产生的方波，周期接近一秒，根据公式T=2R3Cln(1+R2/R1),所以我们选择了R1=R2=10K,C=0.33UF,R3=1.39M。下图为蜂鸣器的驱动部分，其中二极管是防止基电极和射极电压过高的，我们选了放大倍数为100倍的三极管9013，电阻选10k 都是为让三极管不在截止状态时工作在饱和区。后因9013三极管丢失，我们选用同为NPN 的8050三极管来替换，驱动性能很好。

如下图所示为报警电路实测方波波形，周期接近1S, 与理论计算相差不大，可行。

实测波形

仿真波形

第四章 电路及系统调试

4.1 组装调试

1. 直流电源的装调

鉴于直流电源部分是从220V 高压转换过来，电路装调有一定危险性，以及考虑到器件的重复利用率不高，故直接使用直流稳压电源来调试。电源如下

首先通过中间两个按键设置为串联跟踪模式，之后如图接线，注意将右路的负极连接至左路的正极后，还需将5V 的GND 和其连接，以使其全部共地。调节主电源电压调节旋钮至12V 即可，则左路负极为-12V, 右路正极为12V 。 2. 温度检测放大电路的装调

选用一个PT100，两个1k Ω电阻和一个200Ω电位器组成测量电桥作为温度传感器；选用一个LM324中的三个集成运放，两个1k Ω、两个390Ω、两个20k Ω电阻和1个10k Ω电位器组成放大电路。

问题 组装过程中由于LM324管脚多，易于弄错，有接错管脚的现象发生。 故障排除 仔细核对检查各管脚所对应的集运放和输出电路，并用万用表测试其输入和输出电压。

最后，通过改变电位器数值至最大阻值10k Ω，经万用表的测量，放大倍数约为60。与理论计算相差不大，故电路可行。 3. 滤波电路的装调

选用两个5.1k Ω、一个1k Ω电阻，两个0.33μF 电容和一个LM324中的一个集成运放，组成一个二阶低通滤波电路。

滤波电路起到对信号过滤作用，其所用元器件较少且电路连接较为简单，基本上没什么问题。

4. 控制比较电路的装调

选用一个510Ω、一个1k Ω电阻，LM324中的两个集成运放，一个10k Ω电位器，一个5.6V 稳压管和一个发光二极管，接好比较电路。

这部分电路连接也较为简单。最后，通过改变放大电路中10k Ω的电位器阻值，并用万用表测得电压跟随器的输出电压在0~5.6V变化；通过改变与比较器相连接的10k Ω电位器阻值，控制电压值来控制报警温度。 5. 驱动报警电路的装调

选用三个10k Ω、一个1M Ω、1个390k Ω电阻，一个0.33μF 电容，LM324中的一个集运放，一个IN4007二极管，一个8050三极管和一个蜂鸣器，连接好驱动蜂鸣器电路。注意三极管引脚，拱形朝外，从右往左分别是e,b,c.

4.2 总系统调试

（1）、将PT100放入冰水混合物中，调节电桥中的电位器使U3的电压为0伏，并一直保持R1的阻值不变。

（2）、将 PT100放入刚加热完的热水中，保持U4的电压为5.6伏（可调的最大的电压），调节电位器R2使U3的电压为5.6伏。

（3）、我们的温度报警系统是在温度超过60摄氏度的时候报警，因此我们的调试过程是，先将温度加热到60摄氏度，调节电位器R3直至让蜂鸣器发声。

参考文献

[1]华成英. 模拟电子技术基本教程. 北京:清华大学出版社,2006 [2]康华光. 电子技术基础模拟部分. 北京:高等教育出版社,2006 [3]邱关源, 罗先觉. 电路.5版. 北京:高等教育出版社,2006

[4]邓谦, 刘清平, 张琦, 黄丽贞. 电子技术实践2－《低频电子线路》实验指导书. 昌:南昌航空大学信息工程学院电子实验实践中心(自编),2010

南

附1元器件清单：

附2部分元件介绍：

1. lm324简介：

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1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。LM324的引脚排列见图3-4。

2. 参数描述：

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附3整体电路图：

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附3设计实物图：

实物正面图

实物背面图

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