传感器原理课程设计.docx
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传感器原理课程设计
XX工学院
课程设计报告
课程名称：
传感器原理课程设计
系（院）：
电子工程学院
专业：
测控技术与仪器
班级：
测控091
姓名：
xxx
学号：
xxxxxxxx
评语：
成绩：
签名：
日期：
热敏电阻测温报警器
绪论
传感器原理课程设计是大学生必须掌握的重要实践，是基于电子线路，电路，传感器原理等课程的综合性项目，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课程、电子电路设计、电路仿真、组装、调试和编写总结报告等实践内容。
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。
一方案的构思和设计
1.1设计主要任务：
（1）设计出由热敏电阻构成的测温电路，包括信号调理电路。
（2）由运算放大器构成的比较器比较实测温度与设定温度，超限报警。
（3）设计报警电路，电源供电电路
1.2设计要求：
（1）温度测量范围20℃～＋100℃。
（2）测温分辨率不低于0.1℃。
（3）温度大于30℃报警。
1.3设计思路
首先根据报告要求我们要设计的是一个热敏电阻构成的测温电路测温电路由敏感元件、转换元件和测量电路构成，测量电路选用电桥，辅助电源选用直流电源。
敏感元件使用负温度系数热敏电阻。
转换元件可使用负温度系数热敏电阻将温度转换成电量。
测量电路科选用电桥。
电桥法方便、准确。
辅助电源选用12伏特直流稳压电源、220交流电源
1.4工作原理
当温度上升时，负温度系数热敏电取得阻电阻阻值减小，电桥不平衡，输出电压量减小，送给比较放大器，当送给比较放大器的电压量低于给定值时，比较放大器输出电压为低电平，晶闸管关断，原来被短路的报警回路工作，电路灯亮、铃响，报警电路报警
二单元电路的设计
2．1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。
2.2测温电桥的设计
首先查阅负系数热敏电阻的温度系数表
负温度系数热敏电阻温度与阻值对应关系表
计算公式：
Rt=R*EXP（B*（1/T1-1/T2）（单位K）
说明：
1、Rt是热敏电阻在T1温度下的阻值；2、R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值；3、B值是热敏电阻的重要参数；4、EXP是e的n次方；5、这里T1和T2指的是K度即开尔文温度，K度=273.15（绝对温度）+摄氏度；
20
62.67662906
21
59.87032366
22
57.20742334
23
54.67976121
24
52.27968049
25
50
26
47.83398213
27
45.77530309
28
43.81802537
29
41.95657214
30
40.18570343
更具要求应设计测温电路使得小于20℃或者大于30℃警报，所以20和30度是的电阻值是临界点分别取62k和40k.所以采用了一个100K的滑动变阻器
根据公式
根据表中的数据计算可以得到
U5（20℃）=1.666V
U5（30℃）=2.395V
即可算出通过测温桥路的输出电压。
仿真电路如图
2.3窗口比较电路的设计
如果要判别输入信号电压ui是否进入某一定范围，则可以用图1（a）所示的窗口比较器来进行判别。
该窗口比较器是由一个反向输入差动任意电平比较器和另一个同相输入差动任意电平比较器适当地组合而成。
假定UREF1>UREF2，则当uiUOM，D1导通，D2截止，输出电压uo=+UOM；当UREF2>ui>UREF1时，A1和A2的输出都是?
UOM，D1、D2都截止，输出电压uo=0；当ui>UREF2时，A1输出为?
UOM，A2输出为+UOM，D1截止，D2导通，输出电压uo=+UOM;其电压传输特性如图1（b）所示。
由图中传输特性可知，当输入电压ui处于UREF1和UREF2之间时，输出为0，而当输入电压的值处于UREF1和UREF2之外时，输出为+UOM。
注意：
在图1（b）电压传输特性电路中，运算放大器的输出端不能直接相连，因为图1（D1、D2用IN4148，R=1k）当两个运放输出电压的极性相反时，将互为对方提供低阻抗通路而导致运算放大器烧毁。
根据设计要求，当比较器输入电压大于2.395V或小于1.666V时产生报警，即在UI=6V或UI=2V时输出电压产生跳变，所以选择用窗口比较器
R11,R12,R13,R14起分压作用。
将1.666V和2.395V设定为两个阈值电压.
1）当输入UI﹥2.395V时，B运放输出为低电平，C运放输出为高电平。
2）当输入UI﹤1.666时，B运放输出为高电平，C运放输出为低电平。
3）当输入2V﹤UI﹤6V时，B,C运放均输出高电平
注意事项：
稳压管D2、D3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D2、D3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报警电路
报警电路采用了EDR201A05继电器作为触发开关（低电平触发），采用了600HZ的蜂鸣器和5V_1W的灯泡。
连接成电路后分别接到两个运放的输出端，只要输出低电平继电器触发电路蜂鸣器报警灯泡闪烁。
三电路的仿真分析
3.1仿真软件介绍（multisim）
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
本次试验使用的是NIMultisim。
NIMultisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NIUltiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。
是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。
Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。
3.2整体电路的仿真
四原件清单表
序号
名称
数量
备注
1
变压器
1
220v——22v
2
电压表
3
3
LM324AD
2
4
EDR201A05继电器
2
5
蜂鸣器
2
6
1N4733A稳压管
2
7
灯泡
2
8
电阻
1
1.4kΩ
9
电阻
1
2kΩ
10
电阻
1
8kΩ
11
电阻
1
8.6kΩ
12
电阻
3
10KΩ
13
电阻
4
20Ω
14
滑动变阻器
1
100KΩ
17
电压源
若干
五设计总结
通过本次课程设计，我深入的了解了课程设计的过程对于一些仿真软件比如multisim,protuse.等等都有了一定的了解。
更加重要的是在设计的过程中学到了许多的东西，在设计开始之前我翻阅了许多的资料有以前学过的书本，也有一些没有学过的，还有我也参照了一些网上的资料，在这个过程中我学会了如何去搜集对自己有用的资料，资料改如何归纳整合变成自己的动。
这些对自己将来的学习和工作都是很有帮助的。
另外之前学习专业课的时候书上讲的那些电路和元器件都是基于理论的，虽然了解但是并不会使用，通过这次的学习后我多这些元器件可以说是了如指掌，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。
参考文献
[1]董尚斌电子线路
（一）北京：
清华大学出版社2006.10
[2]阎石数字电子技术基础北京：
高等教育出版社2006.5（2011.5重印）
[3]李英顺.现代传感检测技术.北京:
中国水利水电出版社,2009.
[4]刘爱华传感器原理与应用技术北京：
人民邮电出版社2010.11（2011.6重印）
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