温度报警器项目设计方案一、任务和要求：1、用压电瓷蜂鸣器作为电声元件；2、当温度在10℃至30℃围（允许误差±1℃）时报警器不发声响，当温度超过这个围时，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、设计框图三、所需仪器设备1、数字万用表一块2、双踪示波器一台3、直流稳压电源一台4、剪刀、镊子各一把5、面包板一块目录一.设计方案及思路 (5)1.1整体电路构思 (5)1.2设计方案一 (5)1.3设计方案二 (5)1.4方案的选择 (6)二.单元电路设计 (6)2.1.电源电路的设计 (6)2.2放大器电路的设计 (7)2.3窗口比较器电路的设计 (9)2.4、温度报警电路的设计 (10)三、电路的仿真图及装调和分析 (12)3.1电源的装调........................................................................‥ (12)3.2放大和比较电路的装调 (13)3.3报警电路的装调.....................................................................‥ (13)3．4整体电路的装调.....................................................................‥ (13)四、实验结果分析 (13)五、总结和体会.....................................................................‥ (15)六、参考文献 (15)七、附录........................................................................‥ (16)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℃围（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。

1.2设计方案一1.3设计方案二电路框图如下：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。

1.4方案的选择方案一：优点：电路图简单，理论上可以实现报警功能。

缺点：比较电路需从直流电源直接取样，所取电压的围大小不满足对温度变化所对应的电压变化围。

结论：不可行方案二：优点：通过放大电路的作用，能把对应的小电压放大到需要的电压围，可行性强。

缺点：相对于方案一电路较复杂结论：可行二、单元电路设计2.1.电源的设计设计2.1.1任务和要求直流稳压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1000uF的大电解电容作为滤波电路，采用固定式三端集成稳压器7812、7805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。

直流电源电路图2.1.2整流桥选择整流桥有两根输入交流线和两根输出直流线。

经过整流桥上正极M C7812经过稳压、滤波可提供一个+12V电压； +12V电压再经过MC7805后，经过稳压、滤波就可以提供一个+5V的电压。

整流桥负极接地。

整流桥的这样就可以给后面的系统提供工作电压了。

2.13.参数的计算（1）稳压管型号，输入电压和输入电流220v电网电压经过通用变压器T1降压至16V，16V交流电压经桥式电路整流，C1的滤波作用后变成直流电压，整流成直流的电压，需要+12v的电压，故选用7812型号；稳压管的压差6v左右，则输出12v左右，选用7805型号的，经过稳压管的消耗，稳压管的电压输出为+5v。

（2）故输入电压UI=12+3+0.6=15.6v，电源变压器的副边电压有效值：U2=15.6／1.2≈13v，所以变压器的输出电压取值是13v，输出电压是最大值是√2*13≈18v （3）滤波电容：C=1000uF～6000uF所以电解电容的参数：1000uF2.2放大器电路的设计（自己设计部分）2.2.1设计任务和要求设计一个10℃～30℃以外的温度报警器，需要用电压来代表温度，设1℃用2mv代替，那么在10℃～30℃则表示成20mv～60mv，即电源供的电压在20mv～60mv围以外的电路报警，而电源提供的电压为5v，与所取电压相差很大，这时需要将所取电压放大100倍，即2V～6V以外的电压电路报警，需设计一个放大器电路，对电压进行放大，为后续电路做好铺垫。

2.2.2设计原理用直流恒压源供电，为了满足增大输入电阻，减小输出电阻，以减少电源的阻消耗，提高电路的带负载能力。

所选运算放大器功耗低；输出电压与输入电压同相。

用一个可调电位器来模拟温度的变化。

2.2.3设计方案选运算放大器：LM324介绍：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。

它的特点是将4个功能独立的运放集成在同一个集成芯片里，这样可以大大减少各运放由于制造工艺不同带来的器件性能差异；采用统一的电源，有利于电源噪声的降低和电路性能指标的提高。

特点：1.短路保护输出 。

2.真差动输入级 。

3.可单电源工作：3V-32V 。

4.低偏置电流：最大100nA 。

5.每封装含四个运算放大器。

6.具有部补偿的功能。

7.共模围扩展到负电源 。

8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能。

具体设计原理：电压串联负反馈，同相比例放大。

UI UN UP ==(1))4(1)3(11)2(0UI R RF UO UP R RF UN R RF UO RF UNUO R UN ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-=- 得到上式表明uo 与ui 同相且uo 大于ui 。

电阻选择：因为电源电压为+5V ，应选择千欧级电阻，以满足输入电压毫伏级的要求。

放大器电路图：路分析：此电路是同相比例运算电路，电路引入了电压串联负反馈。

根据“虚短”和“虚断”,因为净输入电压为0，Up=UN=UI ，UO=（1+Rf/R ）=（1+99/1）Up=100Ui,即：U RR URV 1230)1(+=R 1（如电路总图图）处加一个+12v 的直流电压（即7812的输出端），通过滑动电位器R V 1来改变放大器的输入电压URV 1。

根据实验设计要求（当温度在10℃至30℃围（允许误差±1℃）时报警器不发声响，当温度超过这个围时，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）。

URV 1最大为12÷100000×1000=0.12v=120mvURV 1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）。

再经窗口比较器比较输出给后续电路。

2.3窗口比较器电路的设计（自己设计部分）窗口比较器电路图：由LM324中的两个运放组成1个窗口比较器，以12v为电源电压，经过60k、40k、20k 电阻的分压使窗口比较器的两个基准电压分别为2V、6V。

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D2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A输出都为低电平，即电压为0；若U0大于6v，则运放A输出为高电平，输出端接一个保护电阻经过D1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。

2.4、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 2TH6CV5U1NE555BUZ1BUZZERR110kR2100kC10.1uFC210uF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 ()••+=+C R R T T 445212ln2占空比 ：RR R R q 45542++=单频产生的波形如下图：2.4.2、高温报警电路R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1NE555R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U2NE555R160kR210kR310kR450kR550kC10.01uFC210uFC30.22uFBUZ1BUZZER高温报警采用双频报警，该部分用到了两片555定时器。