溫度報警器仿真

1、14模擬電路基礎(chǔ)課程設(shè)計報告溫度報警電路的設(shè)計與仿真 姓名：FD學(xué)號：- 背景與簡介：本項目的目標(biāo)是設(shè)計一個溫度監(jiān)測與報警電路。人們的生活與壞境溫度息息相關(guān)，物理、化學(xué)、生物等科學(xué)都離不開溫度，太陽能熱水器、電力、石油、農(nóng)業(yè)大棚經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進(jìn)行檢測，并根據(jù)實際的要求對溫度進(jìn)行控制。例如，在醋和酒等的釀造生產(chǎn)中必須對發(fā)酵過程的溫度進(jìn)行檢測與控制；許多太陽能熱水器中，需要通過溫度檢測來控制其水泵運作；在農(nóng)業(yè)大棚中，通過溫度檢測來判斷是否合適農(nóng)作物種植與生長；許多電子設(shè)備都有額定溫度單位，沒有合適的溫度會使電子產(chǎn)品造成故障等等。已知條件：1溫度傳感器 溫度為25時，所有電阻的阻值為400 溫度

2、每上升1，Rt的阻值下降0.012數(shù)字電壓表：2V滿量程，3位半3發(fā)光二極管：正常發(fā)光時正向電流為210mA設(shè)計要求：1溫度為0時，數(shù)字電壓表的指示為0.000V2溫度為100時，數(shù)字電壓表的指示為1.000V3溫度低于30或高于40時，點亮發(fā)光二極管報警4溫度監(jiān)測與報警誤差<±2分析： 1.由已知條件知：Rt與溫度T的關(guān)系為：Rt=400.25-0.01T ; 由于Multisim12.0軟件里面沒有熱敏電阻，根據(jù)上面的關(guān)系式，把Rt替換成一只399.25與一個1的電位器串聯(lián)，從而模擬由于溫度改變引起的Rt的阻值變化。2.根據(jù)設(shè)計要求1和2：溫度為0時，數(shù)字電壓表的指示為0.

3、000V,即Rt=400.25時，電壓表示數(shù)為0.000V;溫度為100時，數(shù)字電壓表的指示為 1.000V,即Rt=399.25時，電壓表示數(shù)為1.000V；3.根據(jù)設(shè)計要求3：溫度低于30或高于40時，點亮發(fā)光二極管報警，即電壓小于0.3V或大于0.4V時，輸出邏輯高電平，使發(fā)光二極管應(yīng)導(dǎo)通；則此時顯然因選用的比較器為窗口比較器。4.根據(jù)設(shè)計要求4：溫度監(jiān)測與報警誤差<±2，則所選用運放應(yīng)具有低失調(diào)。系統(tǒng)方案設(shè)計與仿真：一：系統(tǒng)框圖傳感器比較器信號放大部分信號采集報警電壓表顯示二：單元電路1傳感器 分析得到：熱敏電阻的阻值： Rt=400.25-0.01T ;用一只399.

4、25與一個1的電位器串聯(lián)來代替，從而模擬由于溫度改變引起的Rt的阻值變化。 圖1 傳感器部分2信號放大電路 由于采樣信號為雙端輸入，共模量大，差模量小的信號，而系統(tǒng)需要的信號為差模信號，所以應(yīng)采取CMR高的差分放大電路，并且應(yīng)具有低失調(diào)，零點漂移，放大倍數(shù)穩(wěn)定精確的特點。經(jīng)查閱多種運放芯片手冊以及做電子設(shè)計競賽中用過的常用運放，先選用了OP07，但仿真發(fā)現(xiàn)誤差最大時超過1.5mV，雖然也能滿足項目+-2的指標(biāo)要求(即要求到+-20mV)，但為了追求更高的精度和指標(biāo)。最終選擇了INA163，INA163是一種低噪聲，低失真的儀表放大器。經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)誤差最大時也不超過0.2mV,下為INA163數(shù)據(jù)

5、手冊的部分資料 放大器元件參數(shù)分析與計算： 要使0時為0V，100時為1.000V；而在25時差模輸入信號為0，分析知放大部分的輸出與輸入差模信號不是直接的K倍關(guān)系，而應(yīng)疊加一個直流偏移。設(shè)放大部分放大倍數(shù)為a,放大直流偏移b mV；建立方程組0時差模信號為：-781uV; 則： -781a/1000mV+b=0; (1)100時差模信號為：2.346mV; 則： 2.346amV+b=1000mV; (2)聯(lián)立（1）（2）式解得：a=319.795倍； b=249.76mV;根據(jù)INA163的芯片手冊：式中Rg為3和12直接的外接反饋電阻； 根據(jù)所需放大倍數(shù)，從而算得Rg=18.8 設(shè)計出放

6、大級的電路如下 圖2 放大部分3電壓顯示電路 可選方案有 方案一：Icl7107,ICL7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，從而顯示電壓值，且精度能達(dá)到設(shè)計要求。 方案二：用數(shù)字萬用表直接顯示，顯然也能達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。 由于multisim里面沒有icl7107系列芯片，icl7107是功能復(fù)雜的專用芯片，因此沒有可以替換的單個芯片，只得選取方案二。 （圖3） 4比較器電路采用兩個LM311組成窗口比較器，輸出端通過10K的上拉電阻接到Vcc。通過外部電壓設(shè)定門限值，使當(dāng)輸入電壓ui在0.3 到0.4V之間時輸出邏輯低電平（mV級別）

7、，ui低于0.3或高于0.4V時，輸出高電平（約為4.5V，二極管有一點壓降）。經(jīng)仿真，發(fā)現(xiàn)門限值和輸出效果十分準(zhǔn)確。5報警電路采用發(fā)光LED報警，項目要求正常發(fā)光時正向電流為210mA，先設(shè)定LED的正常工作電流為5mA. 由于比較器的輸出的驅(qū)動能力較弱，采用一只常用NPN型管2N3904對發(fā)光二極管進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)Uo=0時，三極管截止，LED不亮；當(dāng)Uo輸出高電平時，三極管工作，LED亮；從而實現(xiàn)報警。 圖4 報警部分6.溫度報警器全局電路圖 圖5溫度報警器全局電路圖三：仿真結(jié)果 由于對整體進(jìn)行仿真，已經(jīng)相當(dāng)于對每個單元進(jìn)行仿真了，就沒有把每個單元單獨隔離出來仿真了（設(shè)計每個單元時已經(jīng)驗證過

8、其正確性）。對電壓表顯示和發(fā)光報警部分的仿真：（1）溫度為0時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=400.25仿真：結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 697.593uV, led亮（溫度低于30，報警）； （2）溫度為100時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.25結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 1.001V, led亮（溫度高于40，報警）；（3）溫度為10時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=400.15結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 900.758mV, led亮（溫度低于30，報警）；（4）溫度為25時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=400結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 750.607mV, led亮（溫度低于30，報警）；（5）溫度為3

9、1時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.94結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 350.48mV, led不亮（ 溫度在30到40之間，不報警）；（6）溫度為35時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.9結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 300.493mV, led不亮（溫度在30到40之間，不報警）；（7）溫度為37時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.88結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù)390.475mV, led不亮（ 溫度在30到40之間，不報警）；（8）溫度為41時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.84結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 420.474mV, led亮（溫度高于40，報警）；(9) 溫度為80時,調(diào)節(jié)滑動變阻器

10、 使Rt=399.45結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 840.691mV, led亮（溫度高于40，報警）；（10） 溫度為90時,調(diào)節(jié)滑動變阻器 使Rt=399.35結(jié)果為 :數(shù)字萬用表示數(shù) 960.834mV, led亮（溫度高于40，報警）；分析： 仿真結(jié)果均達(dá)到設(shè)計要求。四：結(jié)論設(shè)計項目成功，達(dá)到所有設(shè)計指標(biāo)。 1溫度為0時，數(shù)字電壓表的指示為0.000V.（實際為697.593uV） 2溫度為100時，數(shù)字電壓表的指示為1.000V.（實際為1.001V） 并且溫度在0到100之間變化時，數(shù)字電壓表的指示十分精確，最大 誤差小于0.2mV. 3溫度低于30或高40時，點亮發(fā)光二極管報警.（能準(zhǔn)確報警） 4溫度監(jiān)測與報警誤差<±2（實際誤差<±0.02）總結(jié)： 通過本課程設(shè)計項目，認(rèn)識到實際運用中芯片選型的重