温度检测及控制电路

本科课程设计（论文）

温度监测及控制电路

学 院 信息工程学院 专 业 测控技术与仪器

（光机电一体化方向）

年级班别 2011级（1）班 学 号 学生姓名 指导教师 郑莹娜、刘伟

年12 月

日

2013 27

广东工业大学课程设计任务书

题目名称 学 院 专业班级 姓 名 学 号

温度检测及控制电路 信息工程学院

测控技术与仪器专业 光机电一体化方向11（1-2）

一、课程设计的内容

1、设计内容

（1）详细分析集成运算放大器构成的差动放大器工作原理及调零过程； （2）把测量得到的数据输入Matlab，用Matlab画出测温放大电路温度 －电压关系曲线及比较器电压传输特性曲线；

（3）详细分析电路中滞回比较器的电压传输特性对温控电路的作用和影 响； （4）计算差动放大电路的电压放大倍数，计算所实现电路的滞回门限宽 度；

（5）详细分析测温电桥的工作原理； （6）分析如何设定温度控制点。

2、电路仿真

根据温度检测及控制电路工作原理，选用相应软件实现电路的仿真， 并画出电路各点的信号波形，观察电桥输出、差动放大器输出及比较器输 出信号随温度的变化趋势。

3、使用Protel绘制电路原理图，布局PCB板，使用热转印或者曝光方法 制作电路板，根据系统原理图及所选择的元件及参数，购买相应元器件，完 成电路焊接、调试。

二、课程设计的要求与数据

1、完成温度检测及控制电路的设计与制作；

2、讨论与分析，制作与调试，演示与答辩，提交设计报告。

三、课程设计应完成的工作

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1、电路原理图设计； 2、电路工作原理分析； 3、电路参数计算与分析； 4、电路原理仿真； 5、电路制作、调试； 6、撰写设计报告； 7、实物演示与答辩。

四、课程设计进程安排

序号 1 2 3 4 5 6 课程设计各阶段内容 布置设计安排；讲授设计内容；说明设计要求 方案设计、分析与比较 确定方案和电路参数，理论计算、分析与仿真 绘制电路原理图；电路制作、调试； 撰写设计报告； 实物演示、答辩、成绩评定 地点 待定 实验楼1-412 实验楼1-412 实验楼1-412 实验楼1-412 实验楼1-412 起止日期 13．12．23 上午 13．12．23 下午 13．12．24 13．12．25 13．12．26 13．12．27

五、应收集的资料及主要参考文献

1. 张国雄等编。测控电路，机械工业出版社，2001.8.

2. 赵负图主编，现代传感器集成电路，人民邮电出版社，2000.1. 3. 刘征宇主编，线性放大器应用手册，福建科学技术出版社，2005.1. 4. 蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005.7. 5. 自编，测控电路设计型实验任务书.

发出任务书日期：2013年12月20日 指导教师签名： 计划完成日期： 2013年12月20日 系主任签名： 主管院长签名：

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一、摘要

温度监测及控制电路的电路方案很多，经全部组员查找的资料、讨论、分析和比较，我们最终确定了本方案。

本方案由桥式测温放大电路、差动放大器电路、滞回比较器电路、报警控制电路和电源电路五部分组成。主要功能是巧妙地实现了实时温度的监测、报警和控制，即在热敏电阻小于报警温度（上限温度）时，电路自动加热；当热敏电阻达到或超过报警温度时后，电路自动报警（红灯亮）并且自动切断对热敏电阻的加热；断开加热后，热敏电阻温度慢慢降低，当温度到达下限温度（红灯灭），电路又重新开始给热敏电阻加热，如此反复，热敏电阻将保持在一定的温度区间（上下限温度之间）。

在满足基本功能的前提下，尽量使电路简单，反应快速。从方案设计、分析，比较确定方案，到确定参数，理论计算分析，以及电路原理图的绘制，电路板的焊接调试，最后的撰写设计报告，我们小组各成员一起协商讨论，分工合作，最终圆满地完成了本次的课程设计。

关键词：监控，报警，自动，热敏电阻

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目录

广东工业大学本科生课程设计（论文）任务书………………………………2 一、摘要 …………………………………………………………………………4 二、引言 …………………………………………………………………………6 三、设计目的与意义和任务分析…………………………………………………7 1、设计目的与意义 …………………………………………………………7 2、任务分析 …………………………………………………………………7 3、设计原理分析 ……………………………………………………………7 四、芯片与模块介绍 ……………………………………………………………9 1、芯片NE555 …………………………………………………………… 9 2、KD9561语音芯片…………………………………………………………10 3、元器件型号的选择与分析……………………………………………… 10

4、R5、R3、1K电流计算 ……………………………………………………11 5、R2、C2的延时时间……………………………………………………… 11 6、C2的作用 …………………………………………………………………11 7、电路图 ……………………………………………………………………13 五、心得体会………………………………………………………………………15 附录 …………………………………………………… ……………………… 16 附录A 课程设计小组名单 ……………………………………………… 16

附录B 组内成员分工情况…………………………………………………16 参考文献……………………………………………………………………………16

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二、引言

在现代化的工业生产中，越来越多的电子机器被应用到人们的生活工作和学习中，这些电子机器给人们的生活带来了很多方便，但同时这些的机器也造成了很多意外，很多人因此失去了家人，因此而受伤等等。

在电子产品越来越受欢迎的时代，安全成为了我们急需解决的问题。在享受着电子产品带来的方便的同时，我们同样面临着威胁，面临着生命财产安全的威胁。

很多电子产品都有它的奇妙之处，对于对这世界充满好奇心的人们来说，这无疑是很值得探讨的，然而，基于它的安全问题，很多人望而却步，小孩子对世界的很多事都是充满着好奇心的，然而由于很多家长担心他们的安全问题，并不会随随便便让他们接触有关电的东西，因为怕触电，其实可以说是不让他们接触一些在家长看来是有危险地东西，因此，这就抹杀了很多小朋友童年的好奇心，甚至改变了他们的一生，因此，安全是一个我们急需解决的问题，既保护人生安全也保护电路的安全。也因此，安全成了如今电子产品所必须考虑的一个问题，也因此，各式各样的保护电路应运而生。

在本次的设计中，主要就是设计一个指触保护及报警电路，主要目的是用于保护人们在触碰到电风扇的金属片时不至于触电，同时发出报警声，以吓跑小朋友，或者让有视力障碍的人听到，以达到保护的作用。

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三、设计目的与意义和任务分析

1、设计目的与意义

《测控电路》课程设计是测控电路课程体系的一个重要环节，是按照《测控电路设计与实践》教学大纲要求所进行的重要实践教学内容，是引导学生把基础理论与实际应用相结合的一个必不可少的中间环节。通过本次设计，要求学生利用所学的基础理论，从设计步骤、设计表达、实际电路调试等方面，全面掌握相关NE555定时的设计与调试技术，培养学生综合运用所学知识进行工程设计的能力，包括动手能力，独立思考能力，以及分析和解决工程实际问题等的能力，理论联系实际，学以致用。

2、任务分析

设计一个电风扇的保护及报警电路，其要实现的功能如下：

当有人接触电风扇的金属网的时，电风扇停止转动并且发出报警声，在人手离开金属罩之后约几秒钟时间，风扇恢复转动。

3、设计原理分析

（1）原理图如下：

（2）原理图分析如下：

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该电路由555时基电路、无触点开关电路、报警模拟电路和电源电路四部分组成。并由5V电源供电，电风扇DJ选择5V工作的小风扇。

当没人触及风扇的金属网罩TP时，时基电路555的③脚输出低电平，晶体管BG1导通，控制VT1导通，从而有电流通过风扇电动机DJ，使DJ旋转。其旋转速度取决于DJ两端的电压。同时，VT1可以选用电流稍大的三极管或者场效应管，4.7K电阻如果不能使三极管VT1饱和导通，可以选择更小阻值，如1K。 当有人触及风扇金属网罩TP时，则555的③脚输出高电平，使BG1管截止,迫使VT1截止，从而使风扇停转，同时③脚电平还使BG2管导通，触发狗叫声集成电路NS5608工作，其输出信号经BG3放大后推动扬声器Y发出报警声。 如果没有NS5608，可以选择其他语音模块，比如说从电子生日蜡烛中拆下来的唱生日歌的语音模块。

另外，当手离开金属网罩时，经1.1*R2C1的时间延迟后，555翻转复位，③脚输出低电平，从而风扇开始正常工作。

注：本电路巧妙地实现了电风扇的保护和报警，尤其有趣的是：当小孩的手触及金属网罩时，风扇立即失电的同时还发出一阵狗叫声，以警告小孩不要再去触摸；当手离开金属网罩约几秒钟后，电扇自动复电开启。

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四、芯片与模块介绍

1、芯片NE555 引脚结构如下：

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 a. NE555的特点有：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极 广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输

出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 b.引脚说明如下：

Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。

Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘

电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

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Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的

高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个

低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳

定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3

VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON

时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏

特(最小值)至+16伏特(最大值)。 c.主要参数特性如下： 供应电压4.5-18V 供应电流3-6 mA

输出电流225mA (max)

上升/下降时间100 ns d.NE555的相关应用:

单稳类：定延时、消抖动、分（倍）频、脉冲输出、速率检测等； 双稳类：比较器、锁存器、反相器、方波输出及整形等；

无稳类：方波输出、锁存器、影响报警、玩具、电控测量、定时等。 2、KD9561语音芯片 引脚及连接图如下：

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实现功能如下：

3、 元器件型号的选择与分析 元器件列表如下： 名称 型号规格 数量 电阻 100K 1个 10K 3个 5.1K 1个 电容 50u 1个 0.01u 1个 三极管 8050(NPN) 3个 9012 (PNP) 1个 芯片 NE555 1块 KD9561 1块 电机(MOTOR) 1个 蜂鸣器 1个 电位器 100K 1个 开关 1个 发声芯片9300 1个 元器件说明如下：

其中，BG1型号为9015，BG2型号为8050，BG3型号为8550，VT1型号为8550。

对于9012主要参数：50V，0.5A，625mW，150MHZ，HFE=64-202 对于8050，其参数为PCM=1W，ICM=1.5A，VCEO=25V，FT=190KHz； 对于8550，其参数为PCM=1W，ICM=1.5A，VCEO=25V，FT=190KHz。

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4、R5、R3、1K电流计算

在电风扇保护警报电路中，由NE555的特性可知，

在人未触碰到金属网罩TP时，芯片输出端3输出低电平，记为0V，此时BG1导通，即有电流通过R5，有

VccIR5==12/10=1.2mA

R5此时VT1导通，有

VccI==12/0.27=44.44mA

R此时R3截止，过R3电流为0；

当人手触碰到TP时，555输出端3输出高电平，为5V，此时BG1，VT1截止，可得过R5,4.7K电流为0，此时BG2导通，可得

IR3=U/R3=12/10=1.2mA

5、R2、C2的延时时间

有电路原理可以知道，当人手离开金属网罩时，时延

t=1.1*R2C1=1.1*100*1000*10*10-6=1.1s。

6、C2的作用

由电路原理图可以看到，电容C2接NE555芯片的控制端5，由前所示的555引脚功能说明得知，555芯片的控制端这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

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7、电路图

a.电风扇指触保护及报警电路接线原理图

B.实物图

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c.PCB图

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五、心得体会

通过这次的课程设计,让我知道了合作的真谛，感悟到团结协作的高效率，明白了以团体为单位完成一项任务的重要性。同时，我的知识也得以增长，同学们之间的友谊得以增强。

同学们之间的默契配合，在保证大家的休息时间前提下，也能完成任务，确保每个人都能以最充沛的精力迎接设计挑战。

团队之间的相互帮助，确实有力地解决了此次设计的诸多问题。比如这次设计继电器因电压过小而不能断开开关的情形，大家经过查阅相关资料，相互讨论，试行每种方案，问题最终得以解决。如此一来，既节省了时间，又加强了队伍之间的相互沟通。

问题的解决方案不可能总是一蹴而就，这次设计原材料的购买就能体现这一点。本次设计内容所需材料虽然不多，但是需要买全，买对，却不是一件容易的事。我们有好几次因为所购买器件不齐或者是购买错误而往返于南亭与宿舍之间，归根究底，还是由于专业知识缺乏以及经验不足所致，以后有待加强。 多动手，少说话。此次设计原理图简单，看起来不难，但是后来经PCB板制作过程，发现制作PCB这个活儿确实不容易。可能之前制作PCB板的机会较少，导致我们制作起来很不熟练。经过这次课程设计，我们对PCB制作的理解又更进了一层。

课程设计是继理论学习的一个重要的过程，在这个过程中，我们不仅能收获知识，还能加强同学们之间的沟通，增进大家的友谊。期待以后的课程设计会学到更多东西并且有所创新。

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附录

附录A 课程设计小组名单： 选题名称：温度监测及控制电路 姓 名 1 班级 电子邮箱 姓 名 2 班级 电子邮箱 姓 名 3 班级 电子邮箱 11光测（1）班 11光测（1）班 11光测（1）班 学 号 联系电话 学 号 联系电话 学 号 联系电话 附录B 组内成员分工情况：

1、全部组员一起完成电路的初步分析、设计； 2、全部组员一起完成电路图的仿真； 3、全部组员一起购买元器件；

4、全部组员一起完成PCB版的制作； 5、全部组员一起合作调试； 6、各自完成报告。

参考文献：

1. 张国雄等编。测控电路，机械工业出版社，2001.8.

2. 赵负图主编，现代传感器集成电路，人民邮电出版社，2000.1. 3. 刘征宇主编，线性放大器应用手册，福建科学技术出版社，2005.1. 4. 蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005.7. 5. 自编，测控电路设计型实验任务书.

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