温度报警器仿真

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1、-模拟电路根底课程设计报告温度报警电路的设计与仿真*：FD*：-背景与简介：本工程的目标是设计一个温度监测与报警电路。人们的生活与坏境温度息息相关，物理、化学、生物等科学都离不开温度，太阳能热水器、电力、石油、农业大棚经常需要对环境温度进展检测，并根据实际的要求对温度进展控制。例如，在醋和酒等的酿造生产中必须对发酵过程的温度进展检测与控制；许多太阳能热水器中，需要通过温度检测来控制其水泵运作；在农业大棚中，通过温度检测来判断是否适宜农作物种植与生长；许多电子设备都有额定温度单位，没有适宜的温度会使电子产品造成故障等等。条件：1温度传感器温度为 25时，所有电阻的阻值为 400温度每上升 1，R

2、t 的阻值下降 0.012数字电压表：2V 满量程，3 位半3发光二极管：正常发光时正向电流为 210mA设计要求：1温度为 0时，数字电压表的指示为 0.000V-2温度为 100时，数字电压表的指示为 1.000V3温度低于 30或高于 40时，点亮发光二极管报警4温度监测与报警误差2分析：1.由条件知：Rt 与温度 T 的关系为：Rt=400.25-0.01T ;由于 Multisim12.0 软件里面没有热敏电阻，根据上面的关系式，把 Rt 替换成一只 399.25与一个 1的电位器串联，从而模拟由于温度改变引起的 Rt 的阻值变化。2.根据设计要求 1 和 2：温度为 0时，数字电压

3、表的指示为 0.000V,即 Rt=400.25时，电压表示数为 0.000V;温度为 100时，数字电压表的指示为 1.000V,即 Rt=399.25时，电压表示数为 1.000V；3.根据设计要求 3：温度低于 30或高于 40时，点亮发光二极管报警，即电压小于 0.3V 或大于 0.4V 时，输出逻辑高电平，使发光二极管应导通；则此时显然因选用的比拟器为窗口比拟器。4.根据设计要求 4：温度监测与报警误差2，则所选用运放应具有低失调。系统方案设计与仿真：一：系统框图信号放 大传感器比拟器局部-信号采集电压表显示报警二：单元电路1传感器分析得到：热敏电阻的阻值：Rt=400.25-0.0

4、1T ;用一只 399.25与一个 1的电位器串联来代替，从而模拟由于温度改变引起的 Rt 的阻值变化。图 1 传感器局部2信号放大电路由于采样信号为双端输入，共模量大，差模量小的信号，而系统需要的信号为差模信号，所以应采取 CMR 高的差分放大电路，并且应具有低失调，零点漂移，放大倍数稳定准确的特点。经查阅多种运放芯片手册以及做电子设计竞赛中用过的常用运放，先选用了 OP07，但仿真发现误差最大时超过 1.5mV，虽然也能满足工程+-2的指标要求(即要求到+-20mV)，但为了追求更高的精度和指标。最终选择了 INA163，INA163 是一种低噪声，低失真的仪表放大器。经仿真发现误差最大时

5、也不超过 0.2mV,下为INA163数据手册的局部资料放大器元件参数分析与计算：要使 0时为 0V，100时为 1.000V；而在 25时差模输入信号为 0，分析知放大局部的输出与输入差模信号不是直接的 K 倍关系，而应叠加一个直流偏移。-设放大局部放大倍数为 a,放大直流偏移b mV；建立方程组0时差模信号为：-781uV;则：-781a/1000mV+b=0;(1)100时差模信号为：2.346mV; 则：2.346amV+b=1000mV;(2)联立12式解得：a=319.795 倍；b=249.76mV;根据 INA163 的芯片手册：式中 Rg 为 3 和 12 直接的外接反应电阻

6、； 根据所需放大倍数，从而算得 Rg=18.8 设计出放大级的电路如下图 2 放大局部3电压显示电路可选方案有方案一：Icl7107,ICL7107 是一块应用非常广泛的集成电路。它包含 3 1/2 位数字 A/D 转换器，可直接驱动 LED 数码管，从而显示电压值，且精度能到达设计要求。方案二：用数字万用表直接显示，显然也能到达设计指标。由于 multisim 里面没有 icl7107 系列芯片，icl7107 是功能复杂的专用芯片，因此没有可以替换的单个芯片，只得选取方案二。图 34比拟器电路-采用两个 LM311 组成窗口比拟器，输出端通过 10K 的上拉电阻接到 Vcc。通过外部电压设

7、定门限值，使当输入电压 ui 在 0.3 到 0.4V 之间时输出逻辑低电平mV 级别，ui 低于 0.3 或高于 0.4V 时，输出高电平约为 4.5V，二极管有一点压降。经仿真，发现门限值和输出效果十分准确。5报警电路采用发光 LED 报警，工程要求正常发光时正向电流为 210mA，先设定 LED 的正常工作电流为 5mA.由于比拟器的输出的驱动能力较弱，采用一只常用 NPN 型管 2N3904 对发光二极管进展驱动。当Uo=0 时，三极管截止，LED 不亮；当 Uo 输出高电平时，三极管工作，LED 亮；从而实现报警。图 4 报警局部6.温度报警器全局电路图图 5 温度报警器全局电路图三

8、：仿真结果由于对整体进展仿真，已经相当于对每个单元进展仿真了，就没有把每个单元单独隔离出来仿真了设计每个单元时已经历-证过其正确性。对电压表显示和发光报警局部的仿真：1温度为 0时,调节滑动变阻器 使 Rt=400.25仿真：结果为 :数字万用表示数 697.593uV, led 亮温度低于 30，报警；2温度为 100时,调节滑动变阻器 使 Rt=399.25结果为 :数字万用表示数 1.001V, led 亮温度高于 40，报警；3温度为 10时,调节滑动变阻器 使 Rt=400.15结果为 :数字万用表示数 900.758mV, led 亮温度低于 30，报警；4温度为 25时,调节滑动

9、变阻器 使 Rt=400结果为 :数字万用表示数 750.607mV, led 亮温度低于 30，报警；5温度为 31时,调节滑动变阻器 使 Rt=399.94结果为 :数字万用表示数 350.48mV, led 不亮 温度在 30 到 40之间，不报警；6温度为 35时,调节滑动变阻器 使 Rt=399.9结果为 :数字万用表示数 300.493mV, led 不亮温度在 30 到 40之间，不报警；7温度为 37时,调节滑动变阻器 使 Rt=399.88结果为 :数字万用表示数 390.475mV, led 不亮 温度在 30 到 40之间，不报警；8温度为 41时,调节滑动变阻器 使 R

10、t=399.84结果为 :数字万用表示数 420.474mV, led 亮温度高于 40，报警；-(9) 温度为 80时,调节滑动变阻器 使 Rt=399.45结果为 :数字万用表示数 840.691mV, led 亮温度高于 40，报警；（10）温度为 90时,调节滑动变阻器 使 Rt=399.35结果为 :数字万用表示数 960.834mV, led 亮温度高于 40，报警；分析： 仿真结果均到达设计要求。四：结论设计工程成功，到达所有设计指标。1 温度为 0时，数字电压表的指示为 0.000V.实际为 697.593uV2 温度为 100时，数字电压表的指示为 1.000V.实际为 1.001V并且温度在 0 到 100之间变化时，数字电压表的指示十分准确，最大 误差小于 0.2mV.3 温度低于 30或高 40时，点亮发光二极管报警.能准确报警4 温度监测与报警误差2实际误差0.02总结：通过本课程设计工程，认识到实际运用中芯片选型的重要性，在电子设计中，芯片选型也是一个关键，本工程中 OP07 和 INA163 仪放精度差了不少。然后就是 multisim 软件的缺陷，很多专用芯片在元件库中都没有，实际做电路是也不一定做仿真分析。其次，本工程中传感器太理想，实际生活中不太可能，各种元件的阻值也不可能准确，所以计算机仿真出来的结果和实际制作出来的也会有所差距。