高频课程设计报告无线温度湿度报警器.docx
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高频课程设计报告无线温度湿度报警器
课题名称:
无线温度、湿度报警器
目录
1.引言3
2.方案设计4
2.1设计方案总概4
2.2设计思路5
3.单元电路设计5
3.1PT100的连接及其运放电路工作原理5
3.2HS1101与555的连接及其工作原理8
3.3比较器393芯片的管脚图及其工作原理10
3.4利用二极管制作的或门13
3.5利用继电器起到报警的作用14
4.总电路原理图16
5.安装和调试18
6.电子元件清单19
7.课程设计总结21
8.参考文献21
1.引言
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,人类不断研究,不断创新纪录,人们生活水平得到很大的提高,对生活环境的要求在不断的提高,因而对家庭的温度以及湿度做出了新的要求。
对于农业和副业的要求,温度和湿度的要求更是必不可少的,例如蔬菜大棚要求棚内温度和湿度必须是在恒定范围内的,不然就会导致植物生长不利;还有对于饲养动物的室内,温度和湿度也是有一定要求的,不然对动物的生长也会造成不利,本设计就是为了满足安防的需要而设计的电子报警系统。
这几年随着改革开放的不断深入以及我国经济的迅猛发展,人民的生活水平有了很大的提高。
许多疾病是因为我们平时的生活环境所造成的,例如冬天的时候,如果室内温度过低会导致感冒、发烧,而夏天如果温度过高的话会导致中暑等等。
湿度也一样,对于干燥和潮湿的人们的身体健康都是不利的。
因此,越来越多的家庭对生活环境十分关心。
目前,对搞农业和副业的厂商来说,更是起着不可忽视的作用。
该报警器适用于家庭,也适用于中小企业事业单位。
其特点是灵敏、可靠,一旦环境的温度湿度不符合要求,可以立即报警;该触摸式报警器设计时,应充分考虑温度和湿度范围这一问题,使得系统的功能有着良好的扩展性,可以针对不同的场合,对系统进行改进。
报警时可以发出声音,提醒主人及时改善温度和湿度。
本文通过对此例的研究制作,学习该报警器的工作原理和使用方法,根据此报警器可制作出用于不同范围的报警装置,并且学习电路图和电路板的设计和制作,了解各个元件的类别、工作原理和使用方法。
本文主要讨论该报警器装置的各个单元电路以及各个元器件的选择及其性质,分析个部分电路的具体作用,研究和分析整体电路的构造,对整体电路进行调试测试,学习电路板的设计以及元器件的焊接,掌握该报警器的作用和工作原理。
通过对该报警器的设计,对个部分单元电路的分析过程,这对今后从事电子行业是非常有益的。
2.方案设计
2.1设计方案总概
本设计主要是利用PT100和运放电路、湿度传感器HS1101与555相结合电路、比较器、或门以及利用继电器等设计并制作简单实用温度湿度报警装置。
本设计将研究组成温度湿度报警器的整个电路的性质和基本概况,学习简单实用温度湿度报警器的本质特征。
对此次设计做出概括分析,并进行改进处理,并通过书籍教材及网络信息查找相关资料。
温度传感器PT100实际上就相当于一个滑动变阻器,利用阻值的变化来调节输出电压,从而达到报警的作用。
对该报警器使用的元器件的内部构造和使用进行了分析。
对各元器件在电路中的作用进行分析研究。
同时在各个单元学习之后,进行了电路的绘制,通过此次设计制作,了解简单温度湿度报警器的制作过程。
2.2设计思路
温度湿度报警器可用以下电路线路来实现,如下方框图:
3.单元电路设计
3.1PT100的连接及其运放电路工作原理
PT100测温电路原理:
在温度传感器中铂测温电阻最稳定,测温范围也宽(-250℃-640℃).铂测温电阻是用高纯度的铂镍制成的温度传感器,它不像一般的热敏电阻的输出有很大的非线性。
因此,是非常受欢迎的温度传感器。
其测温电路的工作方式一般分为:
恒压方式和恒流方式。
按接线的方式的不同又可分为:
二线制、三线制和四线制方式。
本文介绍一种新型简单实用的恒流四线制的PT100测温电路,由于它不受接线电阻的影响,因此精度较高,特别适合于用在高精度的测温场合。
1、电路组成
下图为恒流四线制的PT100测温电路的原理图。
下面我们来分析它的工作原理。
LM324芯片原理图:
(1)、温度传感器PT100上流过1mA电流
T1为高精度的电压基准源TL431,产生参考电压Vref=2.500V,R5一般为1KΩ。
由于运算放大器U2的同相端接地,所以当R4取2.5KΩ时(同时。
忽略线性校正反馈电阻RP1),则流过R4(即流过温度传感器PT100)上的电流为2.500/2500=1(mA),即恒流方式工作。
(2)、消除温度传感器的偏压
PT100在0℃-640℃的温度特性为Rt=100(1+3.90802×10-3×t-0.580195×10-6×t2)Ω。
因此,在0℃时PT100将在Eout处产生-0.1V的电压降。
这样是不理想的,为此我们加了调零电路R3和RW1,以便调零。
(3)、跨度调节
在测温仪器中,不管测温范围多大,我们总是希望与温度对应的输出电压在0.00V-5.00V的范围内。
显然不同的温度范围,对应的电路参数是不一样的。
此即为跨度的含义。
为此我们设计了跨度调节电路,它由R1和RW2组成。
(4)、输出电压的计算公式
由于运算放大器U1的同相端接地,所以:
I1=Eout/R2
(1)
I2=Vref/(R3+RW1)
(2)
其中:
Eout=-Rt×0.001=-0.1(1+3.90802×10-3×t-0.580195×10-6×t2)V(3)
Vref=2.5V(4)
而I3=(0-Vout)/(R1+RW2)(5)
对元算放大器U1来说:
I3=I1+I2(6)
将
(1)、
(2)、(3)、(4)(5)代入(6)得到输出电压Vout为:
Vout=10-3×Rt×(R1+RW2)/R2-2.5×(R1+RW2)/(R3+RW1)=0.1×(1+3.90802×10-3×t-0.580195×10-6×t2)×(R1+RW2)/R2-2.5×(R1+RW2)/(R3+RW1)
(伏特)(7)
(7)式即为输出电压与温度t的关系式。
以下分析我们可以观察到R3+RW1为调零项,R1+RW2为跨度调节项。
2、参数的确定
我们设计的0℃-500℃的测温电路。
此时每度对应10mV输出,即10mV/℃。
(1)、t=0℃时,要求Vout=0.00V。
由(7)式可知:
Vout=0.1×(R1+RW1)/R2-2.500×(R1+RW2)/(R3+RW1)=0V显然此时只要保证R2/(R3+RW1)=1/25即可保证(3)式的成立。
这也说明了R3+RW1为调零项。
一般R2取1KΩ,则R3+RW1最小取2.5KΩ。
一般R3取15KΩ,RW1取20KΩ,以便调节。
(2)、t=500℃时,要求Vout=5.00V。
t=500℃时,Rt=280.90Ω.由(7)式可知:
Vout=0.001×280.90×(R1+RW1)/R2-2.500×(R1+RW2)/(R3+RW1)
将R2=1KΩ,R3+RW1=25KΩ代入:
则有:
5.00V=0.001×280.90×(R1+RW2)/1-2.500×(R1+RW2)/25
可得:
R1+RW2=27.64KΩ,R1+RW2为跨度调节项,一般R1取15KΩ,RW2取20KΩ,以便调节。
RW3为运放漂移调零电位器,RW3一般取10KΩ。
3、电路调节方法:
(1)、调零:
使用电阻箱作为假负载,取100.00Ω即PT100在0℃时的电阻阻值,按四线制联法接好电路。
调节RW1,使Vout=0V。
(2)、条跨度:
使用电阻箱作为假负载,取280.90Ω,PT100在500℃时的电阻阻值四线制联法接好电路。
,按调节RW2使Vout=5V。
(3)、重复过程
(1)、
(2)直到误差最小。
3.2HS1101与555的连接及其工作原理
线性频率输出式相对湿度测量电路如下图所示:
管脚图如下:
电源电压范围是VCC=3.5-12V.利用一片CMOS定时器TLC555,配上HS1101和电阻R2、R4构成单稳态电路,将相对湿度转换成频率信号。
输出频率范围是7351-6033Hz,所对应的相对湿度为0-100%。
当RH=55%时,f=6660Hz。
输出频率信号可送至下一级系统,测量并显示出相应的湿度值。
R3为输出端的限流电阻,起到保护电路的作用。
3.3比较器393芯片的管脚图及其工作原理
LM393芯片的管脚图如下(内部结构图如下):
LM393芯片的工作原理:
工作电源电压范围宽,单电源、双电源均可工作。
单电源:
2~36V,双电源:
±1~±18V;
消耗电流小,Icc=0.8mA;
输入失调电压小,VIO=±2mV;
共模输入电压范围宽,Vic=0~Vcc-1.5V;
输出与TTL,DTL,MOS,CMOS等兼容;
输出可以用开路集电极连接“或”门;
采用双列直插8脚塑料封装(DIP8)和微形的双列8脚塑料封装(SOP8)
LM393引脚功能排列表:
引出端序号
1
5
2
6
3
7
4
8
功能
输出端1
正向输入端2
反向输入端1
反向输入端2
正向输入端1
输出端2
地
电源
符号
OUT1
1N+
(2)
1N-
(1)
1N-
(2)
1N+
(1)
OUT2
GND
VCC
LM393主要参数表:
参数名称
电源电压
差模输入电压
共模输入电压
功耗
工作环境温度
贮存温度
符号
VCC
VID
VI
Pd
Topr
Tstg
数值
±18或36
±36
-0.3~VCC
570
0to+70
-65to150
单位
V
V
V
mW
℃
℃
电特性(除非特别说明,VCC=5.0V,Tamb=25℃)
参数名称
输入失调电压
输入失调电流
输入偏置电流
共模输入电压
静态电流
电压增益
灌电流
输出漏电流
符号
VIO
IIO
Ib
VIC
ICCQ
AV
lsink
IOLE
测试
VCM=0toVCC-1.5VO(P)=1.4V,Rs=0
----
----
----
RL=∞
VCC=15V,RL>15kΩ
Vi(-)>1V,Vi(+)=0V,Vo(p)<1.5V
Vi(-)=0V,Vi(+)=1V,VO=5V
最小
----
----
----
----
----
----
6
----
典型
±1.0
±5
65
0
0.6
200
16
0.1
最大
±5.0
±50
250
VCC-1.5
1.0
----
----
----
单位
mV
nA
nA
V
mA
V/mV
mA
nA
应用说明:
LM393是高增益,宽频带器件,象大多数比较器一样,如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合,则很容易产生振荡.这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时,输出电压过渡的间隙.电源加旁路滤波并不能解决这个问题,标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的.减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡.除非利用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡,如果输入信号是脉冲波形,并且上升和下降时间相当快,
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- 关 键 词:
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