温度报警器设计报告

任务书

温度报警器的设计与制作

一、任务和要求：

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℃）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，并根据不同音调区分温度的高低。即： （1）当温度高与30℃时，报警器发出两种频率交换的“嘀—嘟”声响。 （2）当温度低于10℃时，报警器发出单频率声响。

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、设计框图

直流电源 温度模拟信号 放大比较电路 音频报警器

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

温度报警器的设计

前 言

电子技术综合课程设计是集电路分析、模拟电子技术、数字电子技术以及电路实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验等课程之后的一门理论与实践相结合的综合设计性课程。

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。

这次课程设计任务要求是完成一个温度报警器的制作，并实现当温度高于30℃时发出双音报警，温度低于10℃时发出单音报警的功能要求。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，充分利用单元电路的功能来实现报警，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。

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温度报警器的设计

（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）熟悉使用各类数字式电子仪器的规范使用方法。 （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。

（8）由于本次试验是分组完成，所以培养团结协作能力尤为重要。

在温度报警器电路的课程设计中，不仅得到了指导老师的关心和鼓励，而且得到了许多同学的无私帮助，在此表示衷心的感谢。

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设计方案

电路框图如下：

直流电源 温度模拟信号 放大比较电路 音频报警器

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温度报警器的设计

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：

图1 直流电源系统方框图

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。

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温度报警器的设计

TR1TR1(S1)V=25.0176U17812U1(VI)1V=49.7303VIVO3U27805U1(VO)V=12.02961VIVO3BR1C1C20.33u3300uFBRIDGEGND22C30.33uGNDC40.01uTRAN-2P2S 图Proteus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：

+12vR1100k31RV155%124U3:AR21kR3100k1110kLM324 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：U(10R)UR32RV1

，通过滑动电位器R来改变R处加一个+12v的直流电压（即7812的输出端）

V1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

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温度报警器的设计

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：

R与R要取合适的值，R应尽量小点，以提高电路的灵敏度。

1V1V1Ⅱ，窗口比较器电路 窗口比较器电路图：

+12v417%5U3:B7RV210k6LM32411D11N4733A50%RV310k1094U3:C8LM32411D21N4733A 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：

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温度报警器的设计 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。 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。 Ⅰ，低温报警电路 +5vR510k378RU4QDCC950.01uCVVCC4R4100k21uGNDC4TRTH61555BUZ2BUZZER 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，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发出单频声音报警。 此振荡电路的振荡周期为T占空比 ：qTT12R52RC44ln2 RR45R 2R54Ⅱ、高温报警电路 - 7 - 温度报警器的设计 +5vR78U5QDC310k10kR9BUZ1RVCC4874U6QDC375CVR8100kR1110kRVCCGND5TH6BUZZERCVC80.01u2TRR10100kNE5552GNDC510u1TRTH5556C60.01u1 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。 对于U5振荡电路的充电时间为： T1R7RC85lnTTVVVccVccTT 即高电平持续时间也就是低音的持续时间。 放电时间为： 0T 2R8C5ln0VV 即低电平持续时间也就是高音的持续时间。 TTT12RRR72RC85ln2 占空比：q77R 2R88当U5输出为地电平时对于U6振荡电路的振荡周期为 T0TT1f2R

9RC106lnVccVT1VCCVT10+R10C6lnV0VT1T1 高音振荡频率:

1T0当U5输出为高电平是U6振荡电路的振荡周期为：

TTTR'''0129RC106lnVVVVEE0T2T2+R10C6lnV0VT2T2

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温度报警器的设计

低音振荡频率:

f1T'0

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，此多谐振荡器工作，蜂鸣器发出“嘀—嘟”的双频声音报警。

三，电路仿真分析

3.1 仿真软件简介

本次电路仿真我们用的是Protues软件，Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，

Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真 革命性的特点 （1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。 3.2电路仿真

通过用Ptotues软件进行仿真，将各个模块连接好后进行仿真。电路图如下；

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温度报警器的设计

TR1U1BR117812VIVO3U27805U2(VI)V=12.02181VIVO3U2(VO)V=5.00522GNDC13300uFC20.33u20.001uBRIDGETRAN-2P2S2C3GNDR58VCCU4(R)V=0.05582114RU4QDC3710kRV217%C9RV2(3)V=2.05648576U3:B40.01uU3:B(OP)V=0.05582115CVR4100kR1100kR1(1)V=0.4720753110k21uGNDC4TRTH61D1111N4733ALM324555BUZ2BUZZERU3:A4U3:A(OP)V=11.0115RV159%2RV3RV3(3)V=6.02361109U3:C41110k50%R21kLM324D2D2(K)8V=5.284371N4733AABCDR3100k10kLM32411R10k8U5QDC37U5(Q)V=0.00250073R9810kU6QDC5CV37BUZZERBUZ1(1)V=0RVCC4BUZ15CVR8100kR1110kRVCC40.01U0.01u2GNDTRTH6R10100kNE5552GNDC51u1TRTH5556C60.01u1 仿真结果：

1，当温度低于10℃时发出单频报警输出波形如下：

2．当温度高于30℃时发出双频报警输出波形如下：

由于我们是第一次接触到电路仿真软件，所以操作上很不熟练，在选定元器件时费了很大的功夫，最后才从原器件库中选出了所需的元器件。

四、电路的装调和分析

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温度报警器的设计

本次课设四人一组，各尽其能，我们分了四个模块，有直流电源电路，放大电路，窗口比较器电路，单蜂鸣报警电路以及双蜂鸣报警电路。大家一起完成了四个模块的电路装调。 4.1电源的装调

选用22V~16V的变压器，一个LM7812一个LM7805，2200uF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,

故障排除：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。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，电源制作完成。 4.2放大和比较电路的装调

选用1个LM324中的3个运放，1个1k、2个10K,2个100K的电阻，还有三个10k的滑动变阻器，2个5V稳压管，

在这部分电路的装调过程中遇到如下问题：

问题1：接通电源后改变电位器比较输出电压无变化。

故障排除：仔细检查电路发现由于面包板插孔密集而使一条导线没有联通，调整后输出正常。

问题2：当改变电位器时比较输出高低电平不稳定。

故障排除：由于电位器自身电阻的不稳定性和面包板插孔与导线接触不良导致，这个问题无法避免。

问题3：输出端稳压管输出电压没有高电平。

故障排除：经检查发现输出端稳压管前端所接保护电阻阻值太大而导致其分压较多，所以稳压管没有起到稳压作用，更换较小电阻后输出正常。 4.3报警电路的装调

单频控制电路是由一块NE555组成，双频报警控制电路的主要元器件是两块NE555。将以上模块连接在一起就构成了所要求功能的温度报警电路。

在这部分电路装调过程中我们遇到了两个问题：

问题1：电路连接好后调节温度模拟电位器超出30℃温度时高温双频不报警。

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温度报警器的设计

故障排除：经检查发现555定时器外部所接充放电电容没有接在相应的位置上，所以导致蜂鸣器没有声音。改变接法后可以发声。

问题2：高温报警发声与所要求的声音不同。

故障排除：由于555定时器振荡周期和频率由其外部所接电阻和电容决定，所以通过计算后得到了更合理的参数，更换了电阻与电容后发出的声音即为“嘀---嘟”的报警声。

4．4整体电路的装调

通过上面电路的的连接检查整体电路无误后接通电源，然后通过电位器模拟温度变化；1，当温度低于10℃时发出“嘀———嘀”的单频报警：

2．当温度高于30℃时发出“嘀———嘟”的双频报警。

六、总结和体会

电子技术综合课程设计是基于数模电的课程设计，是学习电子技术的一个重要环节。本次课程设计的流程大体为：课程设计动员大会、指导老师分配小组课设任务、各小组进行审题分析并设计电路，指导老师审图通过后领取元器件、试验测试调试、指导老师检验实验结果。

本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。设计的过程中遇到过挫折和困难，当我们发现电路连接完却不能正常运行时大家都很沮丧，但我们又立刻振作起来，与别组同学进行了探讨。课程设计时很累，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。同时我认为我们的工作是一个团队的方式进行的，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。而用实际器件搭建电路，培养了我们学生分析问题、解决问题

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温度报警器的设计

的实践能力。在本次课程设计中受益匪浅，为将来的学习，毕业设计以及工作打下坚实的基础。

总之，通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅。同时，让我明白：这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获，正所谓“实践是检验真理的唯一标准”。

2、参考文献

1） 《数字电子技术基础》第五版主编：阎石 高等教育出版社 2） 《模拟电子技术基础》第四版主编:童诗白 华成英 高等教育出版社 3）《电子设计从零开始》 主编：杨欣 王玉凤 刘湘黔 清华大学出版社2005年

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：

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温度报警器的设计

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 5——控制电压 2——触发 6——门限(阈值） 3——输出 7——放电 4——复位 8——电源电压Vcc

555定时器的电路如图所示。它由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，

则比较器C1的参考电压为

，加在同相端；C2的参考电压为

，加在反相端。

是复位输入端。当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时，

=1。

，u12>

时，C1输出

u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u11>

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温度报警器的设计

为低电平，C2输出为高电平，即输出端u0为低电平。

当u11<

，u12<

=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，

时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，

，u12>

基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。当u11<时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 综上所述，可得555定时器功能如表所示。 输入 复位0 1 1 1

附录B.元器件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - 15 -

输出 u11 × ><< u12 × ><> 输出u0l 0 1 1 保持 晶体管T 导通 导通 截止 保持 名称 变压器 桥式电路 LM7812 LM7805 LM324 555 蜂鸣器 电解电容 电容 电容 电容 电阻

数量 1 1 1 1 1 3 2 1 5 2 3 4 备注 220v——16v 1000μF 0.22μF 10μF 0.01μF 100KΩ 温度报警器的设计

13 14 15 16 17

附录C.总体电路图

电阻 电阻 电位器 电源插头 导线 6 1 3 1 若干 10KΩ 1KΩ 10KΩ - 16 -

温度报警器的设计

TR1 U1 BR1 C1 3300uF78121 DNG2U2 7805 DNG2 VI C2 VO 3 1 VI 0.33u C3 VO 3 C7 0.01u0.33u TRAN-2P2S BRIDGE U4 R C3 C Q V DC 7 5 CV 842 R5 10k R4 100kR1 100k%71 4 U3:B 7C9 0.01u 4RV2 10k 6 511 C41uD1 1N4733A53% RV1 10k 2 3 1LM324 DNTRG TH 6 1 555 R2 1k 11 U3:A LM324 %05BUZ2 4 U3:C 8BUZZER B C D A10kR3 100kRV3 1010k 9 11LM324 D2 1N4733A 84 R9 R R C3 C Q V DC 7 5 CV D N 2 6 TR G TH 0.01U 0.01u 1 NE555 U5 10k 8R8 100k R11 10k R C3 C Q V DC 7 5 CV 42 U6 BUZ1 R10 100kBUZZER C5 10u DNTRG TH 6 1 555 C6 0.01u - 17 -