电网电压异常报警器设计.docx
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电网电压异常报警器设计.docx
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电网电压异常报警器设计
东北石油大学课程设计任务书
课程低频与数字电路课程设计
题目电网电压异常报警器设计
专业电子信息工程姓名学号
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容:
设计一个电网电压异常报警电路,掌握电网电压异常报警电路的工作原理。
基本要求:
1.用压电陶瓷蜂鸣片作为电声元件。
2.设电网电压的正常波动范围为190~250V(单相交流有效值),在此范围内,报警器不发声。
3.当电网电压高于250V(误差不超过±5V)时,报警器发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。
4.当电网电压低于190V(误差不超过±5V)时,报警器发出间歇式声响。
主要参考资料:
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2001.
[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:
高等教育出版社,1997.
[3]孙梅生.电子技术基础课程设计[M].北京:
高等教育出版社,1998.
完成期限2010年7月31日
指导教师
专业负责人
2010年7月22日
一.任务技术指标
1.用压电陶瓷蜂鸣片作为电声元件。
2.设电网电压的正常波动范围为190~250V(单相交流有效值),在此范围内,报警器不发声。
3.当电网电压高于250V(误差不超过±5V)时,报警器发出两种频率交替的“滴—嘟、滴—嘟”声响。
4.当电网电压低于190V(误差不超过±5V)时,报警器发出间歇式声响。
二.总体设计思想
1.基本原理:
降压电路采用变压器直接变压,输出12V交流电。
曾想用电容降压,但考虑到比较危险,故最后采用变压器变压。
采用转换效率高,漏磁少的变压器,以减少整机功耗。
整流电路一般分为半波和全波整流。
全波整流与半波整流相比,在相同的变压器的副边电压下,对二极管的参数要求是一样的,并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点,因此得到相当广泛的应用,其中桥式整流最为常用。
鉴于以上优点,本设计采用了桥式整流。
交流电190--250经整流滤波后的直流电压大约在266-350V左右;
R1和R2为1瓦的电阻.分压后能得到6--8V的直流电压;
当电压低于6V时,U3的4脚与地开路(因为:
6V=(1+ R4/R5)2.5 );
当电压高于8V时,U4的4脚与地短路(因为:
8V=(1+ R6/R7)2.5 );
因此,U3的4脚用于欠压输出,"高电平"有效;U4的4脚用于过压输出,"低电平"有效;
关于报警电路:
用555吧,用2片555做2个音长不一样的2种报警(如:
嘀.嘀.嘀.嘀 和 嘀-嘀-嘀-嘀-);
最后用U3和U4的4脚分别控制555的4脚完成.
当输入电压为220V时,通过变压器变成低电压,再经过整流桥的作用,将交流电变成直流电,再稳压芯片的作用下,将电压稳定,用滤波电容将低频振荡除掉,接着进入电压比较器,电压比较器能够分辨电压的高低,调试电位器,如果电压高于250V,电流经过三极管放大产生嘀嘟-嘀嘟的警报声,如果电压低于190V,则发出间歇性声响.
555时基电路是一种多用途的数字——模拟混合集成电路,利用它能极方便的构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器等。
由于它使用方便,故本电路使用555组成报警电路。
由比较电路的输出信号来控制其发声类型,以区别电压异常是过压或欠压。
2.系统框图:
图1电网电压异常报警系统组成框图
三、具体电路设计:
1.原理图:
综合以上设计,并做好各模块电路的接口设计,就得到了电亚电压异常报警器的总图,如下(图2)
图2原理图
2模块设计
(1)电源电路
本设计采用变压器式电源。
本电路后级要由稳压芯片稳压后给集成运放供电(供电电压为6V)以及给比较器提供基准电压,并且要在稳压前取样电压的变化,为了方便起见,选择稳压值的二分之一作为采样电路在电网电压为220V时的电压。
图2电源电路
(2).比较电路
由于本设计为上下限报警,所以用LM324搭成两组比较器分别用作上限和下限比较。
二极管D4~D6起到保护运放LM324的作用,使得运放两输入端电压差不致过高。
有电网采样到的电压分别与上下限基准电压比较,高于上限则给超压报警电路一个信号输出,反之,低于下限则给欠压报警电路一个信号输出。
上下限的基准电压可由下列公式计算得到:
U上=电网电压上限×分压比;U下=电网电压下限×分压比。
分压比是指正常电网电压下采样电压与正常电网电压的比值。
本设计中,电网电压上限为250V,下限为190V,正常电网电压下采样电压为3V,代入上述公式得:
U上=3.41V;U下=2.59V、
图3比较电路
(3).报警发声电路:
本设计要求超压报警使用“嘀嘟……”声,欠压报警使用“嘀——嘀……”声。
实现这两种声音报警有多种方法,最为常用的是使用制作成成品的音乐IC。
但是为了练习使用555时基电路,本设计采用555作为发声电路的核心。
由于两种声音均需两块555构成,故选用一片内含两块555电路的NE556芯片。
为了节约成本,将两种声音发生电路整合到一起,使用比较电路输出的信号作为控制两种声音切换,其电路图分别为图4和图5。
图4图5
(4).电路仿真与调试
电路的仿真是在仿真软件EWB(multisim)9.0中完成的,电路参数均选的是默认参数。
电源电路仿真与调试
由于本设计使用了集成稳压芯片,其稳压性能比较理想,所以调试较为简单。
仿真时只需使用电压表工具测试各点工作电压是否正常。
首先将输入电压设为交流220V,然后测量整流滤波后的电压是否为直流12V,测量并调整采样点电压为3V。
测量7806输出是否为稳定的6V输出。
将输入电压分别设为交流190V和250V,测量整流滤波后电压,与理论值比较大致相当。
测量采样点电压并与理论值比较,应与理论值相符。
测量7806输出电压,大致为6V,有细小的偏差,稳压效果较好。
比较电路仿真与调试
本设计中比较电路应用了输入保护电路,用于保护比较器。
但在正常情况下两输入端电压差不足以令保护二极管导通,所以两输入端电压应与不加保护时相差不大,故仿真调试时可直接计算。
使用电压表工具测量两个基准电压点的电压,调节可变电阻W8,使上下限电压分别为3.41V和2.59V,观察此时可变电阻的接入值,与理论计算相差不大,为3.17K。
将输入电压增大,直到比较其两输入端电压差大于0.7V,是用电压表工具测量两输入端电压,始终为0.7V,保护电路设计成功。
报警发声电路仿真与调试
将报警发声电路在EWB中连接好,注意NE556管脚的排布方式。
电路连接好后首先给“嘀嘟……”声控制输入端加一个高电位的信号,输出端使用示波器和speaker工具。
运行电路,观察示波器显示波形,为高低两种频率相间的方波(方波形状有些失真)。
运行一段时间后(看工作区下面的运行时间,1秒左右即可),停止运行,并双击speaker工具,打开面板,单击play按钮,使用耳机监听发出的声音,调整两组555的振荡频率,重复上面的工作,直到从耳机里听到的声音与要求大致相符。
将“嘀——嘀……”声控制输入端选通,使用上面的方法调试“嘀——嘀……”声。
整机调试
将以上各部分连接起来,确保无误后运行仿真,调整输入端电压使其高于上限或低于下限,电路发出相应的报警声。
至此,方针与调试完毕。
四、结论
经过十天的努力,我终于完成了我的课程设计任务。
取得这一成绩还要感谢各位辅导过我的老师,他们为我的课程设计提出了很多意见和建议,使我的课程设计得以改进,促使我最终完成了课程设计任务。
还有那些关心我的同学,他们给我提供了好多有用的资料供我参考。
在设计过程中,我发现有很多东西都是老师在课上讲过的,譬如说电路的电源电路、稳定电路等。
电路中比较难的部分就是报警部分,因为需要报警器发出两种频率交替的声响。
总体看来,我基本上完成了课程设计任务书上的要求,完成了课程设计任务。
通过这次电子设计实验,我明白了很多事情,做事情都不要气馁,即使自己开始对此一点都没有头绪,也不要害怕,要勇于面对困难,去查资料,问同学,问老师,时间长就会对此有思路了.这次实验也给我留下了很深的印象,这在我以后的工作和学习之中会有很大的帮助,最后非常感谢这些天陪伴我们的老师,谢谢你们对我们的辅导与帮助!
.
五、附录
1.仿真图
2.元器件清单
名称
规格
数量
备注
变压器
220-12V
1
T1
名称整流桥
二极管
1
D1
电阻
200K
1
R1
电阻
4.7K
1
R2
电阻
1K
4
R3R5R7R8
电阻
1.4K
1
R4
电阻
2.2K
1
R6
电阻
500
1
R9
电阻
560
1
R10
二极管
TL431
1
U1
二极管
TL431
1
U2
集成稳压器
7806
1
U3
集成运放
LM324
1
U4
集成运放
LM7805CT
1
U5
压电陶瓷蜂鸣器
1
YD
东北石油大学
课程设计
课程低频与数字电路课程设计
题目数字温度计的设计
院系电子科学学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
2010年7月31日
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
低频与数字电路课程设计
题目名称
电网电压异常报警器设计
学生姓名
学号
指导教师姓名
职称
副教授
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规范,图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识,对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语:
指导教师:
2010年8月1日
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- 电网 电压 异常 报警器 设计