温度报警器仿真要点
温度报警器器的设计要点
18.3V
整流桥输出
14.4
15.9V
6.小结
经过为期三周的课程设计，温度报警器的设计与制作终于完成了。我们从心底里都有一种成就感，虽然我们的些许成绩在那些DIY大牛眼里一文不值，在老师眼里可能也就是一场游戏，但对我们这些动手经验甚少的大三学生来说也算是一个可以会心一笑的成功。
本次课程设计中我们也遇到了一些困难，大致有以下几方面：一、初期我们对仿真软件还不太了解，会有一些操作上的困难。但是通过请教电子专业的同学我们基本上可以自己动手了，问题也就得到了解决；二、对电路的设计。通过老师的讲解，心里也只是有一个模糊的印象，但接下来通过上网查找发现了好多现成的方案，使得我们对电路的设计有了一个清楚的认识；三、电路的仿真运行。因为之前的电路是分为独立模块进行设计的，当我们把它组合在一起时发现了许多运行错误，发现大多是电源参数的错误，我们就单独给错误的地方加入信号源来代替我们所设计的电源模块供电，发现问题也解决了。故我们推测在实际连接中是不会有这些错误的，后来成品的成功也验证了我们的推测；四、实际组装电路中的问题。此时的问题基本上是由于我们的疏忽造成的，在通过与仿真模块一一对比过后将其排除，为此我们在有必要的地方都进行了电压测量与仿真结果进行对比。可以说至此我们才了解到仿真的重要之处。
1.方案论证与比较
1.1方案一
根据任务书要求及电路所需要实现的功能将温度报警器划分为三个模块：电源模块、比较模块、报警模块。此方案设计简单明了，但是实验要求的精度是可以区分1℃即2mv电压，运用此方案难以满足如此高精度的报警。故此方案不能用来设计此温度报警器。可将其模块划分如下图一。
图一方案一
1.2方案二
T2=R2·C1·㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+))
九年级物理温度报警器设计原理
九年级物理温度报警器设计原理以下是一个简单的九年级物理温度报警器设计原理：
1.传感器：使用一个温度传感器，例如热电偶或热敏电阻，来测量环境温度。
传感器将温度转换为电信号，通常是一个模拟电压或电流。
2.比较器：将传感器的输出与一个参考电压进行比较。
这个参考电压可以是一个固定的值，或者可以根据你想要触发警报的温度设定。
3.报警器：当比较器检测到传感器的输出超过参考电压时，它会触发一个报警器，例如一个喇叭或一个闪光灯。
4.电源：为整个电路提供电源，可以使用电池或交流电源。
这个设计的基本原理是，当环境温度超过设定的阈值时，传感器的输出将超过参考电压，比较器将触发报警器，以提醒用户温度过高。
请注意，这只是一个简单的设计原理，实际的温度报警器可能会使用更复杂的电路和传感器，以提高准确性和可靠性。
虚拟仪器实训报告
XXXXXXXXXXXX学院实训报告项目温度报警器系别电气系班级检测与质量控制学号 XXXXXXXXXXX姓名 XXXXXXXX ~ XXXX 年第 X 学期项目一：温度报警器一、实训目的熟悉DS18B20温度传感器的使用，掌握一线式数据传输的控制原理。
二、实训内容读取温度传感器的温度值并用7段发光数码管显示温度值，当温度值高于50度时红色发光二极管亮，温度值低于5度时黄色发光二极管亮，其它情况两个发光二极管都是灭的。
当测试不到温度时显示‘ER-1’。
三、实训器材安装有Proteus软件的计算机 1 台。
四、实训步骤1）在Proteus仿真环境下，绘制实现功能的原理图，原理图及仿真图如下图所示。
2）编写程序，程序实现的功能为: 每个数码管显示一个数字，并且黄色发光二极管和红色发光二极管是灭的。
3）编写程序。
程序实现的功能为: 读取温度传感器的温度值并在显示温度值，当温度值高于50度时红色发光二极管亮，温度值低于5度时黄色发光二极管亮，其它情况两个发光二极管都是灭的。
当测试不到温度时显示‘ER-1’。
实训中所要用到的元件如表所示。
元件名称搜索关键词元件序号数值备注电阻Resistor R1 10k电阻Resistor R1-12 0．5K电解电容器MINELECT1U63V C1 4.7μ陶瓷电容器CERAMIC22P C2、C3 22p晶振CRYSTAL X1 12MHz单片机AT89C2051 U14位八段数码管7seg-mpx4-cc VFD1温度传感器DS18B20 DS1发光二极管LED-RED D1发光二极管LED-GREEN发光二极管LED-YELLOW五、DS18B20简介DS18B20是DALLAS半导体公司最新单线式数字温度传感器，具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少、系统的抗干扰能力强等优点，适合于恶劣环境的现场温度测量,如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
温度报警器设计思路
555应用电路分类
555多谐振电路相关参数计算
• 用555定时器设计一个自由多谐振荡器 • 要求振荡周期T=1~10S，选择电阻、电容参数，并画出连
线图。最小振荡周期要求振荡周期T=1~10S，选择电阻、 电容参数，并画出连线图。解电路如图9-4所示，其振荡
二、设计方案及思路
• 1.1 整体电路构思
• 本次温度报警电路的设计我们用压电陶瓷蜂鸣器作为报警 电路的电声元件，通过电压的变化来模拟温度的高低，以 0℃为0mV，温度每上升1℃，递增2mV；由于变化的电压 值较小，所以我们采用放大电路对其进行放大100倍，然 后通过后级比较电路对电压进行比较，当温度在10℃至30℃ 范围内（允许误差±1℃）即电压在20mV至60mV时报警 器不发声响，当温度超过这个范围时，即当接收到的输入 电压（前级放大器的输出）小于2V（10℃时放大器的输 出为2V）或者大于6V时（30℃时放大器的输出为6V）， 输出高电平以驱动后级的发生报警电路，报警器发出声响， 并根据不同音调区分温度的高低，即当温度高于30℃时， 报警器发出两种频率交换的“嘀---嘟”声响；当温度低于 10℃时，报警器发出单音频率声响。
• 充放电时间为τ=RC
• 充电时间为
• T1=(R4+R5)·C4·㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+))
• 放电时间为
• T2=R4·C4·㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+))
• 此振荡电路的振荡周期为
• T=T1+T2=(R5+2R4)·C4·㏑((Vcc－Vt-)／(Vcc－Vt+))
一、任务和要求
• 1、用压电陶瓷蜂鸣器作为电声原件； • 2、当温度在10℃至30℃范围内（允许误差±1℃）时报警
温度报警器器的设计要点
温度报警器需要对温度这个变量极其敏感，本次试验中虽然采用直流信号源代替，但是实验所要求的2mv电压的精度是比较高的，简单的电路无法分辨出来，因此须将其放大进行比较，即可将此温度报警器按照分模块设计的方法分为电源模块、放大模块、比较模块、报警模块，可将其模块划分如下图二。
图二 方案二
1.3方案确定
通过对比方案一和方案二，发现方案一设计简单明了，但是实验要求的精度是可以区分1℃即2mv电压，最终发现运用此方案难以满足如此高精度的报警。温度报警器需要对温度这个变量极其敏感，本次试验中虽然采用直流信号源代替，但是实验所要求的2mv电压的精度是比较高的，简单的电路无法分辨出来，因此须将其放大进行比较，即需按照方案二将温度报警器的设置划分为四个模块，在方案一的基础上添加一个放大模块。鉴于此，本次实验采用方案二。
三、所需仪器设备
1、数字万用表 一块
2、双踪示波器 一台
3、直流稳压电源 一台
4、剪刀、镊子 各一把
5、面包板 一块
前 言
本次电子技术综合课程设计是专门针对所有开展电类教学大三学生的一次综合训练，它着重考察的是同学们对所学课程的分析与综合应用能力，让同学们切实感受到理论联系实际的重要性，让所有同学都有一个清醒的认识，也是为了培养同学们良好、严谨的科学态度，为以后的发展打下坚实的基础。
温度监测系统设计仿真与实现课程设计
R11.0kΩR21.0kΩR32kΩKey=A30%R42kΩKey=A70%R5510ΩR6510ΩR85kΩKey=A 32%C10.1µF V112 VR95.1kΩR103.3kΩR11220kΩR12100kΩC34.7µFU1OPAMP_5T_VIRTUALU2OPAMP_5T_VIRTUALU3OPAMP_5T_VIRTUALLED1LED2R75kΩKey=A82%C20.1µFXLV1Input探针1V: I:探针2V: I:1.电路设计及原理分析1.1设计任务通过Multisim 软件仿真精密双限温度报警仪设计，在老师点拨我们自学的基础上了解了运放的作用，用了比较器，震荡电路等知识，根据找到的电路图进行仿真，调试电路，明白了温度报警的意义。
1.2技术指标a.当温度在设定范围内时报警电路不工作；b.当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警；c.上下限低于报警led 用不同颜色；d.上下限可调；e.控温精度度 1℃f.监测范围 0.5℃1.3电路原理图图表 1 电路原理图1.4基本原理本课设选用热敏电阻作为温度感应元件。
热敏电阻的基本特性是温度特性。
由于热敏电阻是由半导体材料制成的，其中的载流子数目是随温度的升高按指数规律迅速增加的。
载流子数目越多，导电能力越强，其电阻率也就越小，因此热敏电阻的电阻值随着温度的升高将按指数规律迅速减小。
这和金属中自由电子的导电机制恰好相反，金属中的电阻值是随着温度的上升而缓慢增大的。
热敏电阻有正温度系数，临界温度系数与负温度系数之分，本实验所用的为负温度系数的热敏电阻,在较小的温度范围内，其电阻-温度特性曲线是一条指数曲线，可表示为RT=αeTβ式中，RT 为温度为T 时的电阻值，α与β为与半导体性能有关的常数，T 为热敏电阻的热力学温度。
本课设用的比较器器件是LM324，这是一个带有四个运算放大器的芯片，其管脚如图所示。
温度报警器的实训报告
一、实训目的通过本次实训，使学生掌握温度报警器的设计原理、电路搭建、程序编写和调试方法，提高学生动手能力和实际应用能力。
具体目标如下：1. 理解温度报警器的工作原理和电路结构。
2. 掌握使用DS18B20温度传感器测量温度的方法。
3. 学会编写单片机程序实现温度采集、显示和报警功能。
4. 提高电路调试和故障排除能力。
二、实训器材1. 单片机开发板（例如：51单片机开发板）2. DS18B20温度传感器3. 数码管显示模块4. 蜂鸣器报警模块5. 电源模块6. 导线、电阻、电容等电子元器件7. Proteus仿真软件8. 编译器（例如：Keil uVision）三、实训内容1. 温度报警器电路设计2. DS18B20温度传感器驱动程序编写3. 单片机程序编写4. 电路调试和故障排除5. Proteus仿真验证四、实训步骤1. 电路设计根据温度报警器的工作原理，设计电路原理图。
电路主要包括以下部分：单片机主控模块：负责温度采集、显示和报警控制。
DS18B20温度传感器模块：负责测量环境温度。
数码管显示模块：用于显示当前温度。
蜂鸣器报警模块：用于发出报警信号。
2. DS18B20温度传感器驱动程序编写DS18B20是一款数字温度传感器，其驱动程序需要实现以下功能：初始化DS18B20传感器。
读取温度数据。
转换温度数据为摄氏度。
3. 单片机程序编写单片机程序主要包括以下功能：初始化单片机系统。
读取DS18B20温度传感器数据。
将温度数据显示在数码管上。
判断温度是否超出设定范围，如果超出则触发蜂鸣器报警。
4. 电路调试和故障排除搭建电路后，进行以下调试步骤：检查电路连接是否正确。
使用示波器或万用表检测电路关键点的电压和波形。
编译程序并烧录到单片机。
运行程序，观察数码管显示和蜂鸣器报警情况。
根据实际情况调整程序参数，解决故障。
5. Proteus仿真验证使用Proteus软件对电路进行仿真，验证电路和程序的正确性。
温度计报警器实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过设计和制作温度计报警器，掌握以下技能和知识：1. 熟悉温度传感器的工作原理和特性；2. 掌握单片机编程及外围电路设计方法；3. 学会使用常用电子元件，如电阻、电容、二极管、三极管等；4. 培养实际动手能力和团队合作精神。
二、实训内容本次实训主要内容包括：1. 温度传感器的选择与连接；2. 单片机最小系统搭建；3. 温度采集与处理；4. 报警电路设计；5. 温度计报警器组装与调试。
三、实训步骤1. 温度传感器的选择与连接本次实训选用DS18B20数字温度传感器，具有高精度、高可靠性等特点。
将DS18B20传感器连接到单片机的数据线上，确保连接可靠。
2. 单片机最小系统搭建以STC89C52单片机为核心，搭建最小系统。
连接电源、晶振、复位电路等，确保单片机正常运行。
3. 温度采集与处理编写程序，读取DS18B20传感器的温度数据，并进行处理。
将温度值显示在数码管上，并实时更新。
4. 报警电路设计设计报警电路，当温度超过设定值时，触发报警。
本次实训采用蜂鸣器作为报警器，当温度超过设定值时，蜂鸣器发出警报声。
5. 温度计报警器组装与调试将温度传感器、单片机、报警电路等模块组装在一起，进行整体调试。
检查各个模块之间的连接是否正确，确保报警器能够正常工作。
四、实训结果经过本次实训，成功制作了一款温度计报警器。
该报警器能够实时监测温度，并在温度超过设定值时发出警报。
具体结果如下：1. 温度传感器正常工作，能够准确采集温度数据；2. 单片机程序运行稳定，能够实时显示温度值；3. 报警电路设计合理，能够在温度超过设定值时触发报警。
五、实训总结通过本次实训，我们掌握了以下技能和知识：1. 熟悉了温度传感器的工作原理和特性；2. 掌握了单片机编程及外围电路设计方法；3. 学会了使用常用电子元件，如电阻、电容、二极管、三极管等；4. 培养了实际动手能力和团队合作精神。
同时，我们也发现了一些问题，如：1. 温度采集精度受环境因素影响较大；2. 报警电路的响应速度有待提高。
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模拟电路基础课程设计报告
温度报警电路的设计与仿真
姓名：FD
学号：-----
背景与简介：
本项目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行检测，并根据实际的要求对温度进行控制。
例如，在醋和酒等的酿造生产中必须对发酵过程的温度进行检测与控制；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
是否合适农作物种植与生长；许多电子设备都有额定温度单位，没有合适的温度会使电子产品造成故障等等。
已知条件：
1．温度传感器
温度为25℃时，所有电阻的阻值为400Ω
温度每上升1℃，Rt的阻值下降0.01Ω
2．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2~10mA
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1.000V
3．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.由已知条件知：Rt与温度T的关系为：
Rt=400.25Ω-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399.25Ω与一个1Ω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，数字电压表的指示为0.000V,即Rt=400.25Ω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=399.25Ω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较器为窗口比较器。
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
二：单元电路
1．传感器
分析得到：热敏电阻的阻值：
Rt=400.25Ω-0.01T ;
用一只399.25Ω与一个1Ω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 传感器部分
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，放大倍数稳定精确的特点。
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
也能满足项目+-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也不超过0.2mV,下为INA163数据手册的部分资料
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，分析知放大部分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。
设放大部分放大倍数为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（1）（2）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直接的外接反馈电阻；
根据所需放大
倍数，从而算得
Rg=18.8Ω设
计出放大级的电
路如下
图2 放大部分
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，且精度能达到设计要求。
方案二：用数字万用表直接显示，显然也能达到设计指标。
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3）
4．比较器电路
采用两个LM311组成窗口比较器，输出端通过10K的上拉电阻接到Vcc。
通过外部电压设定门限值，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，项目要求正常发
光时正向电流为
2~10mA，先设定LED的正常工作电流为5mA.
由于比较器的输出的驱动能力较弱，采用一只常用NPN型管2N3904对发光二极管进行驱动。
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 报警部分
6.温度报警器全局电路图
图5温度报警器全局电路图三：仿真结果
由于对整体进行仿真，已经相当于对每个单元进行仿真了，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验证过其正确性）。
对电压表显示和发光报警部分的仿真：
（1）温度为0℃时,调节滑动变阻器使Rt=400.25Ω
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=399.25Ω
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=400.15Ω
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,调节滑动变阻器使Rt=400Ω
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=399.94Ω
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=399.9Ω
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=399.88Ω
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Rt=399.84Ω
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=399.45Ω
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=399.35Ω
结果为 :数字万用表示数 960.834mV, led亮（温度高于40℃，报警）；
分析：仿真结果均达到设计要求。
四：结论
设计项目成功，达到所有设计指标。
1温度为0℃时，数字电压表的指示为0.000V.（实际为697.593uV） 2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精确，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：
通过本课程设计项目，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，本项目中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，本项目中传感器太理想，实际生活中不太可能，各种元件的阻值也不可能精确，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。