无线数显温度计设计

无线数显温度计 摘 要 随着科学技术的发展，温度采集及显示在生活中被广泛使用。由于不同的环境对温度采集的方式有所不同，所以对于一定距离下的温度采集显得尤为不易。 本文运用基本的电子元件设计了一款集温度与无线数据显示于一体的适合工厂、企业与人民生活使用的无线数字显温度计。此温度计可将100m以外的温度信号以无线传输的方式送到显示终端进行数字量的温度显示。 此电路设计简单、成本低、易掌握、易操作、易观察。该无线数显温度计的设计包括电源电路、温度检测与发射电路、温度接收显示电路等电路。 论文中详细分析了电路的工作原理，并对元器件的参数、特性和元器件的如何选用作了详细说明，清晰地阐述了该电路的用途和发展前景。 论文最后还用Multisim软件进行了仿真，给出了仿真效果图，并最终制作成印刷电路板，通过调试该电路达到了设计的要求，性能稳定，控制效果良好。 关键字：无线；数字显示；温度检测 Abstract With the development of science and technology, temperature measurement and display are widely used in daily life. Because they do notCollected with the environment temperature differences in the way, so for a certain distance of the temperature measurement is particularly difficult. In this paper, the basic design of a set of electronic components and wireless data showed the temperature in one of the suitable factories, enterprises and people living with the wireless digital thermometer. This thermometer can be outside the 100m temperature signal to wireless transmission to the display terminal for digital temperature display. This circuit is designed to be simple, low cost, easy to grasp, easy to operate, easy to observe. The design of wireless digital thermometers, including power supply circuit, temperature detection and transmission circuit, the temperature receiver display circuit. Detailed analysis of the paper the working principle of the circuit, and the components of the parameters， characteristics and components of the detailed description of how to use and clearly explained the circuit uses and development prospects. Finally, the paper also used multisim simulation software, the simulation results map, and eventually made into a printed circuit board, through the commissioning of the circuit meets the design requirements, performance, stability, good control effect. Keywords: Wireless；Digital；Display；Thermormometer 目 录 摘 要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II 第一章　绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第一节 无线数显温度计的研究内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第二节 无线数显温度计的研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 第二章　无线数显温度计的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第一节 无线数显温度计设计方案的论证与比较．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第二节 无线数显温度计设计方案的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第三章　无线数显温度计的原理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第一节 无线数显温度计温度检测发射电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 3.1.1 温度检测发射电路工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 3.1.2 温度检测发射电路的参数与器件选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第二节 无线数显温度计接收和温度显示电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 3.2.1 接收和温度显示电路工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 3.2.2 接收和温度显示电路的参数与器件选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第四章　无线数显温度计电路调试与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第一节 无线数显温度计电路调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 第2节 无线数显温度计电路总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 第五章　电源电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 第一节 直流稳压电源设计方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 5.1.1 直流稳压电源的设计方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 5.1.2 直流稳压电源的系统框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 第二节 直流稳压电源电路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 5.2.1 整流滤波电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 5.2.2 稳压输出电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 5.2.3 直流稳压电路原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 第三节 直流稳压电源电路参数与元件选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 5.3.1 直流稳压电源电路参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 5.3.2 直流稳压电源电路元件选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 第四节 直流稳压电源电路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.4.1 整流电路电路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.4.2 滤波电路电路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 5.4.3 稳压输出电路电路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 第五节 电源电路调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 第六节 电源电路设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 后 记．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 第一章　绪论 第一节　无线数显温度计的研究内容 无线数显温度计是一种常用的电子产品，它可将100m以外的温度信号以无线传输的方式送到显示终端进行数字量的温度显示。 本系统设计的是一个无线数显温度计。其要求如下： 1、可将100米外的温度信号以无线传播的方式送到显示终端； 2、以数字形式显示温度； 3、温度测量范围0.2~99.9℃； 4、具有检测，发射，接受和显示功能； 5、要求电路尽量简单实用，易于制作，经济实用； 6、阐述电路工作原理及组成； 7、说明元器件的选择及工作特性，相关参数； 8、根据实际情况做系统仿真并制作电路板调试。 第二节　无线数显温度计研究的意义 在我们现实生活和工业发展中由于工作条件的要求往往决定我们不能亲身去测量某一物体的温度，这时我们想精确的得到某个位置的温度变得很不容易，无线数显温度计可以使我们检测到离我们很远的物体的温度，它有利于控制，无线数显温度计体积小、设计简单、易操作、方便测量，有较好的发展前景。 第二章　无线数显温度计的设计方案 第一节　无线数显温度计设计方案的论证与比较 本论文讨论的是无线数显温度计的设计，为了更好的满足设计要求的需要，可采用如下两种方案。 设计方案一： 采用单片机控制并用数码管显示。 首先被测温度通过采集处理、模数转换将信号传输给单片机；然后，利用了具用抗干扰能力强的射频发射及接收模块实现远程无线双机通信；最后，在显示模块上显示测量的温度。但采用单片机控制时，单片机抗干扰比较弱，对环境要求比较高，特别是保护电路要设计好，电压稍微高一点就会烧芯片，不适合环境不好的场合。所以为了满足要求的需要，本论文采用的是用基本元器件组成与传感器相配合的电路。 设计方案二： 由基本元件组成电路，驱动器驱动数码管显示。 此方案的无线数显温度计由温度检测、发射部分和接收显示两部分组成。在温度检测和发射部分中由LM35做温度检测探头并完成温度到电压的转换，然后电压送至LM331进行电压和频率的转换，最后代 表 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为保证发射信号的质量，本论文采用性能稳定的成品发射模块CS901做信号发射输出电路。 由IC2输出的表示温度的频率信号经IC5送到发射模块的Q2进行调制，再通过发射模块向外发射信号。 3.1.2　温度检测发射电路电路参数与器件选择 本论文中温度检测与发射电路需要完成温度的检测与发射。所以在此模块电路中将用到的元器件有：LM35、LM331、二极管1N4148、CS901及一些电容、电阻和电位器。本论文对器件的参数、功能、选择作出了详细研究。 1、集成温度传感器LM35的选择 LM35系列是电压输出型集成温度传感器，它的输出电压与摄氏温度线性成比例，LM35不需要外部校准或微调就可以提供正负1/4℃精度，LM35的额定工作温度范围为-55~+150℃、电源电压+35V~-0.2V、输出电压为+6V~-1.0V、输出电流为10mA。此系列温度传感器体积小、集成性好符合本论文的要求。 在本论文中选用的是LM35系列的LM35D，它是一种输出电压与摄氏温度成正比的温度传感器，其灵敏度为10mV/℃；工作温度范围为0~100℃；工作电压为4-30V；精度为正负1；最大线性误差为正负0.5℃；静态电流为80µA，封装为TO-92。 2、电压频率转换电路LM331的选择 利用V/F转换器集成电路LM331，外接R、C元件可以组成电压-频率转换电路。输入电压0~10V，转换率为10KHZ/10V。此芯片也可组成频率-电压转换电路如图3-2所示。 LM331的U/f变化特性为10Hz/mV，非线性误差小，电源适应能力强，可使用单5V电源；U/f的转换范围宽，温度稳定性好，输出负载能力强，能同时兼容CMOS和TTL逻辑电平。在电路图中可知本报论文中用到的电阻与电容的大小是LM331应用电路中的固定搭配，由此可知LM331的应用方便了电路的设计。所以本论文选用的是LM331。 图3-2　LM331做成U/f转换电路 3、三极管的选择 在温度检测与发射电路中被LM331转换成的频率信号并不是很大，所以需要用三极管进行放大，8050是小功率三极管最大寄存器电流为0.5A，直流电增益10to60、功耗电流625mW、频率150KHZ。 4、发射模块的选择 为保证发射信号的质量，这里采用性能稳定的成品发射模块CS901做信号发射输出电路。 CS901：内部电路如图3-3所示。CS901是由SAW组成的超高频发射模块，电路型号为CS901。它以基本电路为基础增加了调制管 和电源滤波电路而成的。电容 和 组成电源滤波电路，防止电源干扰图 图3-3　CS901内部电路 并提高电路的稳定性。 和 组成调制电路，接在振荡发射管 的发射极。数据信号由 端输入，通过对 的控制，完成对发射信号的数字调制。该电路的发射载频等于SAW的谐振频率，为315MHz。由 输出的表示温度的频率信号经 送到发射模块的 进行调制，再通过发射模块向外发射信号。 第二节　无线数显温度计接收和温度显示电路 3.2.1　接收和温度显示电路工作原理 下图3-4为接收与显示的电路图 图3-4　接收与显示电路 下面将介绍接收与显示电路的工作原理 1、信号接收 信号接受、处理采用CS902接收模块。 2、温度(频率)显示 这实际是一个简易的频率计，通过检测接收模块的频率信号，来反映测温点的温度值。下面分别介绍几个主要部分的功能和工作原理。 1）10分频电路 由前面的分析可知，接收模块收到发射信号后，分离出表示温度量的频率信号，经IC1B整形处理，进入由IC2B构成的10分频电路。当环境温度再25.5℃是，输出的频率为2550Hz，也就是说在IC1B的4脚此时的输出频率为2550Hz，为简化后面电路的设计，温度显示部分我们采用的是3位显示，最大显示数据为999，同时考虑到一般温度显示精确到0.1℃就够用，所以这里对输入频率先进行10分频处理，使送入频率计的显示的频率为255Hz，配合小数点的选择，此时我们看到的显示就是25.5，正好与实际环境温度读数吻合。 2）时钟电路。 为简化电路，本论文直接从变压器的次级引入频率为10Hz的电网频率信号，经IC1C的整形、处理由其10脚输出50Hz的方波信号，再经IC2A进行10分频后得到5Hz的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 信号作为计数控制电路的时钟信号。由于这里的5Hz的时钟信号是决定本电路测量精度的关键，所以对于电网频率不是很稳定的地区，也可采用独立的50Hz时钟源为电路提供计数脉冲。 3）计数控制端和输出显示电路。 这是本电路的核心之一，实际上它是一个标准的频率计电路。大多数频率计是通过检测单位时间（通常取1s）内脉冲的个数来反映被测信号的频率。下面分析其工作原理。 这里主要由IC5(CD4553)、IC6(CD4511)、D6~D8、Q2~Q4等组成计数、显示电路。CD4553是一片三位BCD计数器，该计数器的特点是只有一组BCD码输出端，但通过内部分时控制可形成三位十进制数字显示。三个负沿触发的BCD计数器一同步工作方式级联，每个BCD计数器输出端都有一个四位锁存器，通过10脚闭锁使能端（LE）的控制，对计数结果加以储存或转送；LE为高电平时，执行锁存；LE为低电平时，执行送数。锁存器与多路转换器配合，完成三组BCD计数器计数值的分时输出（Q0~Q3）。数字选择输出（DS1~DS3）提供与分时输出同步的控制 信号，用以形成动态显示方式，低电平有效。即当DS1为低电平时，计数结果输出Q0~Q3通过多路转换器取得的是个位的计数值；当DS2为低电平时，取得的是十位的计数值；当DS3为低电平时，取得的是百位的计数值。 DS1~DS3在任一时刻只有一个为低电平，并周期循环，形成一个三位时序信号。芯片内部设置了一个扫描振荡器，用来产生扫描时钟脉冲，通过扫描器驱动多路转换器完成分时输出。扫描振荡频率可由芯片第3、4交所接的电容来设定，作为内部时钟；或由4脚直接输入外部时钟。在12脚的计数输入端设置了脉冲整形电路，因此对输入计数脉冲的边沿无特殊要求。第11脚是时钟抑制端Dis，当Dis端为高时，将输入计数脉冲禁止，从而保留原来的计数值。13脚为复位端MR，当MR为高时，扫描振荡被禁止 ，扫描器被复位，数字选择输出端DS1~DS3均输出高电平使显示器消隐，同时还将三组BCD计数全部清零。第14脚为溢出端O.F。当三组BCD计数器的计数值由“999”变为“000”时。O.F输出一个正脉冲，这主要用于级联。IC6为BCD—七段译码，驱动三个共阴的数码管。R7~R13、R14为数码管各字段和小数点的限流电阻。 由IC4（CD4017）组成时序控制电路，以完成频率计电路必需的1s闸门、数据锁存、刷新、清零等过程。 电路的工作过程：当时钟脉冲到来时，IC4开始计数。从图1中IC4的第一个脉冲开始分析，此时IC4的7脚（Q3）输出高电平，由C4、R3组成的微分电路使IC5被复位，同时IC2B的复位端15脚为高电平“1”，使IC2B各输出端为低电平“0”状态，无频率输出。随后IC4的进位端12脚为低电平，则IC5的时钟抑制端11脚也为低电平，时钟抑制失效，计数闸门被打开。同时，IC2B的9脚也为低电平，由前面的分析可知，IC2B此时会将10分频后的频率信号由14脚送至IC5的计数输入端12脚，1秒钟（5个IC4的14脚的脉冲）后，IC4的12脚变回高电平，IC5的时钟抑制恢复工作，将输入计数脉冲禁止，计数闸门被关闭，同时保留计数值。0.2秒后，IC4的2脚变为高电平，兼IC1A反相后，使IC5的闭锁使能端10脚为低电平。当LE为低电平时，执行送数；反之，执行锁存。下图为CD4553的外部引脚图如图3-5，CD4017工作时的波形图如图3-6。 图3-5　CD4553外部引脚图 图3-6　CD4017工作波形 3.2.2　接收和温度显示电路电路参数与器件选择 本论文接收和温度显示电路中有分频电路、时钟电路、计数电路、输出显示电路。本论文应用了以下几种芯片来完成接收与显示电路的功能。 1、施密特触发器CD4093的选择 无线数显温度计中接收模块收到发射信号以后，分理处表示温度量的频率信号需经过整形处理才能进入10分频电路，所以需要一个整形装置。 本论文采用的是CD4093，CD4093是由四个2输入端施密特触发器组成的，它的主要功能是对脉冲波形整形，使脉冲的前沿后沿更陡直。CD4093还就有翻转特性，外接R、C电路时还可形成单稳态、双稳态多谐振荡器。 CD4093的工作参数为： 直流供电电压：-0.5to+18VDC 输入电压：0.5toVDD+0.5VDC 25℃15V时：静态工作电流4.0uA 2、分频电路CD4518的选择 在本电路中为了方便设计采用的显示电路为3位显示，考虑到一般温度精确到0.1℃，为方便读数本论文采用了十分频电路。本论文用于分频的电路为CD4518。 CD4518是一个双BCD同步加计数器，它的10脚ENABLE端做计数脉冲输入，9脚CLOCK端成为计数使能端。当9脚为低电平时，10脚输入下降沿使计数器加1；当9脚为高电平时，10脚脉冲不引起计数。另外，15脚需要保持低电平状态，电路才会正常工作，因为15脚为清零端R，当R端上加高电平或正脉冲时，计数器各输出端清为低电平状态。很好的满足了电路要求。外部引脚图如图3-7所示 CD4518的参数为： 电源电压：-0.5~18V； 输入电压：-0.5-VDD+0.5V； 输入电流：±10mA； 存储温度：-65℃~150℃； 图3-7　CD4518引脚图 3、时序控制电路组成元件CD4017的选择 本论文中时序控制电路完成频率计电路必须的1s闸门、数据锁存、清零等过程。 CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。 CD4017的电气参数： 电源电压范围：3~18V； 输入电压范围：-0.5-VDD+0.5V； 输入电流：±10mA； 存储温度：-65℃~150℃ 4、计数显示电路CD4553、CD4511的选择 本论文最后要将计数输出的温度显示到数码管上，所以本论文选择的计数器CD4553、驱动器CD4511。 CD4553是一片三位BCD计数器，该计数器的特点是只有一组BCD码输出端，但通过内部分时控制可形成三位十进制数字显示。它采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从 而实现扫描显示方式。 CD4553的电气参数： 直流供电电压：-0.5to18V； 输入电流：±10mA； 输出电流：+20mA； CD4511是BCD-7段译码器，有较强的驱动能力，4511每笔段最大输出电流可达25mA，可直接驱动数码管和其它器件。LE输入端分别检测显示、亮度调节、存储或选通一BCD码等功能。下图3-8为4511驱动数码管的电路图。 图3-8　CD4511数码管驱动电路 CD4511的电气参数为： 电源电压：-0.5~18V； 输入电压：-0.5-VDD+0.5V； 输入电流 ：±10mA； 存储温度：-65℃~150℃； 5、三端正稳压器CW7805的选择 本论文中需要对变压后的电压进行稳压CW7805三端正稳压电路。应用范围广可提供5V的输出电压，输出电流38mA。在电源部分将有详细介绍。 6、数码管的选择 本论文中数码管用于显示温度。本论文使用的数码管为共阴极型数 码管。本论文选的是4位一体共阴极数码管MY3641AH。 7、接收模块CS902的选择 信号接受、处理采用CS902接收模块，CS902内部电路见图3-9所示。 图3-9　CS902内部电路 CS902工作电压为5V，静态电流4mA，它为超再生接收电路，接收灵敏度为±105dBM，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。主要技术指标见表3-10 表3-10　CS902主要技术指标 CS902主要技术指标 通讯方式 调幅AM 工作频率 315MHz/433MHz 频率稳定度 ±20kHz 接收灵敏度 ±105dBM 静态电流 ≦5mA 工作电流 ≦5 mA 工作电压 DC5V 输出方式 TTL电平 第四章　无线数显温度计电路调试与总结 第一节　无线数显温度计电路调试 无线数显温度计连好线接上电源就可以进行调试了。 1、温度检测和发射部分 在6V电压下，通常这部分电路的工作电流为10mA。可以用数字万用表2V挡测量IC1的输出端电压，并记下读数。随后，用数字万用表的20kHz频率挡测量IC2的第3脚的输出频率，记下读数。正常情况下两个读数应接近。如，测得IC1的脚为0.255V，即255mV，IC2的3脚的频率读数应为2.55kHz。如有差别可调整R4校准。发射部分一般无需调整。 2、接收和温度显示部分 该部分电路的调试很简单，下面分别介绍。首先，断开所有电路，检测电源部分电压是否为6V。恢复电源，用数字万用表的20kHz的频率挡测量接收模块的信号输出端（即DATA端），应该有和IC2的3脚同样的频率读数，否则说明接收模块工作不正常。随后，可用数字万用表的2kHz频率挡检查IC1C的10脚频率是否为50Hz。以上如果都正常，只要接线无误，电路即会正常工作。正常时接收电路工作电流为25mA。 最后，可以用这款无线数显温度计与一般的酒精或水银温度计进行对比测量实验。在调整良好的情况下，一般误差不会大于±0.5℃。但由于LM35D本身的封装原因，加之扫描时间间隔的影响，其显示的温度会稍有滞后，这属正常现象。所以在进行调试或对比实验时，应在被测温度相对稳定后再进行调整和 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 。表4-1为这款无线数显温度计对比测试情况分析，无线距离为30m。 表4-1　无线数显温度计对比情况分析表 DT9208数字万用表温度计 2.5 15.3 5.5 22.0 25.8 20.5 17.5 21.0 405 36.2 水银 温度计 2.3 15.2 5.6 21.8 25.2 20.0 16.9 20.1 4.3 35.9 无线数显温度计 2.8 15.8 5.9 22.3 25.6 21.0 17.1 2.05 4.6 36.4 由以上的调试数据可以得出如下结论： 本论文设计的无线数显温度计性能稳定、精确度高、产生的误差较小、能很好的满足本论文的需要，并能很好的满足人民生活的需要。 第二节　无线数显温度计设计总结 本论文设计的无线数显温度计相对之前的设计较难，经过同组人员的不懈努力解决了所有问题，并完成了此次任务。 拿到课题后首先读课题进行了仔细深入的分析，设计图不同的电路原理图，综合各个电路的优缺点，最后确定为本论文中的设计原理。本论文中包含温度检测与发射电路，结收与显示电路等等，其中对某些芯片并不是很熟悉，通过与老师沟通，和网上查阅资料，最终完成了本设计。 在本次设计中我们遇到了很多问题，在问题中发现了自己的不足，是自己真正意识到在以后的学中，要理论联系实际，把理论知识应用到实践中，只有理论与实践相结合才能更好的运用学到的知识。 第五章　电源电路的设计 第一节　直流稳压电源设计方案 直流稳压电源一般有串联型稳压电源、开关型稳压电源、三端稳压型稳压电源。 5.1.1　直流稳压电源的设计方案 方案一：串联型稳压电路 串联型直流稳压电源属于直流稳压电源的一种在电源应用非常广泛。在串联稳压电路当中虽然电路特性优良，但调整管串联在负载回路里是它的根本弱点。对于输出低电压大电流的场合，效率非常低，晶体管的发热和散热变成了问题，这使得电源体积变大。针对以上问题我们便选择三端稳压型稳压电路。 方案二：三端稳压型稳压电路 将串联型直流稳压电路加以改革便成为三端稳压型直流电源。 根据设计任务要求，本论文的电压调整率和电流调整率的指标均很高，尤其是要求电路有过电压和过热保护功能。若用分立元件的方案能满足以上要求的电路一定很复杂，否则难以满足要求，所以应用集成稳压器，本论文采用了三端稳压型电源。 三端稳压型稳压性直流电源电路简单、性能好、成本低、故障少，一般在设计直流稳压电源时多采用三段稳压型直流电源。 5.1.2　直流稳压电源的系统框图 变压器电压整流滤波后的电压是不稳定的电压，在电网电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大。所以，整流滤波后，还须经过稳压电路，才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。在这里我们就用串联型稳压电路对其进行稳压。以下是直流稳压电路的系统框图如图5-1： 图5-1　系统框图 上图便是设计一个稳压电源的基本思路，上图体现了设计一个文本压电源的基本步骤，本文详细介绍了整流电路、滤波电路、及稳压电路的一般方法并介绍了其相应电路的功能、参数与元件选择较好的满足了论文的需要。 第二节　直流稳压电源电路分析 图5-2　直流稳压电源 本论文将要研究的直流稳压电路如上图所示。本论文将详细介绍各个部分的电路 5.2.1　整流滤波电路 1、整流电路： 整流可以把交流电利用二极管的单向导通特性变成直流电，常用的 整流电路有单向半波整流、桥式整流、倍压整流等本论文用的是单项桥式整流电路。 单相桥式整流电路有变压器、四个整流二极管和负载组成。它属于全波整流电路。整流过程：在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。在负载上能得到一个单一向的电压如下图5-3所示。 图5-3　单相桥式整流电路 单项桥式整流电路指标： （5-1） （5-2） 2、滤波电路： 整流后，输出电压在方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持输入正弦波波形。输出电压起伏较大为了得到平滑的电压波形必须采用滤波电路以改善输出电压脉动性。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、LC滤波等。 滤波的原理：当负载开路时( )时，设电容无能量储存，输出电压从0开始增大，电容器开始充电。一般充电速度很快，当 时， 达到 的最大值即 （5-3） 此后，由于 下降，二极管处于反向偏置而截止，电容无放电回路，所以 保持在 的数值上，其波形如图5-4所示。当接入负载后前半部分和负载开路时相同，当 从最大值下降时，电容通过 放电，放电的时间常数为 （5-4） (5-5) 在实际中为了保证输出电压平滑，是脉动成分减小，电容C的容量选择应满足 其中T为交流电周期。使用单相桥式整流滤波电路时的直流电压一般为 （5-6） 图5-4　整流滤波后的输出波形 5.2.2　稳压输出电路 整流滤波后得到的直流输出电往往会随时间的变化而变化，所以在整流滤波电路后边加一级稳压电路已获得稳定的直流输出电压。常见的稳压电路有硅稳压电路、串联型晶体管稳压电路、和开关式稳压电路。本论文研究的是硅稳压电路与集成稳压。 硅稳压电路是依靠稳压管的反向特性，即反向击穿电压的微小变化引起电流的较大变化并通过限流电阻的电压调整来达到稳压目的的。 1、稳压管的选择 可根据下列条件选择稳压管： (5-7) (5-8) 当 增加时，都会使稳压管的 ，所以电流选择应该较大些。 输入电压的确定输入电压 高， 大，稳定性好，但损耗大，一般 (5-9) 2、限流电阻的选择 选限流电阻主要根据定阻值和功率 的阻值在 最小和 最大时流过稳压管的电阻最小，此时电流不能低于稳压管最小稳定电流。 (5-10) (5-11) (5-12) (5-13) 3、集成稳压器的选择 固定三端稳压器有正电压输出稳压器和负电压输出稳压器。常用的三端稳压器有7800系列，型号00代表输出电压的稳定值分别为5、6、9、 12、15、18、24V。 按电流的大小不同又分为CW78（最大输出电流1~1.5A）、CW78M00系列（最大输出电流为0.5A）和CW78L00系列（最大输出电流为100mA）本文应用的是集成稳压器CW7805输出固定的+5V电压它的封装形式为TO-220。最大输出电流为1.5A、输出电压为5V、热过载保护、短路保护 输出晶闸管安全工作区保护 由于本文要求为可调电路所以将会对此三端稳压器进行改革后面将会详细说明。 5.2.3　直流稳压电路工作原理 此稳压电路经变压器电压以后整流桥将会对其进行整流得到 经电容滤波后得到 此时得到的是较于平滑的直流电。此处经三端稳压器进行稳压将电压稳定在5V不可调。为得到可调电压本论文将三端稳压器接成了可调输出，即接上了可调电阻和可调电位器。 硅稳压管为上边提供-5V电压。使的可调输出从0V开始 第三节　直流稳压电源电路参数与元件选择 5.3.1　直流稳压电源电路参数 本论文要求电源达到的技术标准为： 1、输出电压 （1） （2） ,连续可调。 以上两组直流电源不同时使用。 2、输出电流 3、电压调整率 。 4、电流调整率 。 5、电路保护 要求电路具有过电流、过电压和过热保护功能。 5.3.2　直流稳压电源电路元件选择 直流稳压电源有以上电路参数，所以在其元件选择时对其参数也有一定的要求。下面将介绍元件的选择 1、择硅桥的耐压为 (5-12) 硅桥的额定电流为 (5-14) 根据以上两条可选用500mA/50V的硅桥 2、波电容 EMBED Equation.3 有上面介绍可知桥式整流滤波电容为 (5-15) 式中，T为交流电网电压的周期， 若取 则有 (5-16) 所以选取 为3300uF/25V的铝电解电容。 3、确定外接取样电阻 EMBED Equation.3 CW7805接成可调输出时需要外接取样电阻和可调电阻。CW7805静态工作电流典型值为3.2mA此时电流会随输出电压的变化而稍有变化为减小 对输出电压的影响，一般可使取样电流 若取 则 (5-17) 取 4、可调电位器 当 的下端不接-5V辅助电源而接地时，有理论分析可得 (5-18) 所以取 即可。 5、 的选取。电路中 是为了减小纹波，消除自激振荡而设立的，在稳压器远离滤波电路的、波纹要求小的场合必须接入 ，在无自激振荡的情况下，亦可不接 。此处电容值一般选取 (5-19) 6、三端稳压器的选择 三端固定输出稳压器CW7805，其输出电流有100mA、500mA、1A、1.5A和3A以上电流之分。本课题选择的为1A的塑封三端集成稳压器其电参数为 输入直流电压　 输出直流电压　 电压调整率　 电流调整率　 波纹抑制比　 输入输出、最小电压差　 最高输入电流　 静态工作电流　 第四节　直流稳压电源仿真 5.4.1　整流电路仿真 本文通过整流桥进行整流整流后 (5-20 = (5-21) 仿真图如下图5-5所示 图5-5　整流电路仿真 5.4.2　直流稳压电源滤波电路仿真 整流后，输出电压在方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持输入正弦波波形。输出电压起伏较大为了得到平滑的电压波形采用滤波电路以改善了输出的波动性，如图5-6为滤波电路仿真图 图5-6　滤波电路仿真 5.4.3　直流稳压电源稳压输出电路仿真 本文要求的电压输出分固定、可调两部分。 输出部分的工作原理为当开关S投向“固定”时，此时稳压电路就是一个输出电压为+5V固定输出的直流稳压电路； 当转换开关S投向“可调”时，此时输出电压为： （5-22） 式中， 为所用集成器稳压器标称输出电压值，此处为 ； 为硅稳压管辅助-5V稳定电压。加稳压管的目的是为了可调输出能从0V开始； 为集成稳压器的静态工作电流； 为适应固定输出改为可调输出而设置的外接取样电阻和电位器。 因 ，故输出电压可改写成 显然 与 成正比，即在 时输出电压为 ；随着 阻值增大，输出电压亦提高，实现了输出电压从0V起调的可调电压输出。 （5-23） 仿真如下图（5-7）~（5-9）所示 图5-7　Rp最小时输出电压的大小 图5-8　Rp最大时输出电压的大小 图5-9　Rp拨到固定端时输出电压的大小 第五节　电源电路调试 接上电源与变压器对电路进行调试，发现变压器易发热，经过查阅资料得知了能使电路中有短路的地方，改正后发现电路中的限流电阻很容易烧烧坏。对电路进行分析得出电阻烧坏的原因为电流过大，电阻阻值太小，将电阻变大后经过调节与实验得到了理想的电压范围，调试成功。得到的参数满足论文的要求。 第六节　电源电路设计总结 通过电源部分地设计我感觉学到了很多，首先拿到题目后不再是盲目的去找电路图，现在学会了自己首先分析，分析题目的要求和设计应满足的功能然后去找相关的资料，有了自己的想法会使电路更加合理。 找到原理图后在仿真，画Protel图的时候学会了 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 画图，并在电路的焊接过程中掌握了电子的工艺要求。然我意识到实践的重要性。 在电路的调试过程中学会了用数据分析电路的性能，并且能找到误差可能出现的原因，此次设计将以前学过的知识运用到实践中是我怕温顾了以前的知识点，并且学到了许多新的，此次设计在对我以后的学习有很大的影响。 参 考 文 献 1　裴植桐，尹常勇．电子技术．北京：高等教育出版社，2004 2　张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计．北京：电子工业出版社，2004 3　卿太全，李萧，郭明琼．常用数字集成电路原理与应用．人民邮电出版社，2006 4　黄继昌，郭继忠，张海贵，范伦才．数字集成电路应用300例．人民邮电出版社，2002 5　谢淑如，郑光钦，杨渝生．protel pcb 99 se 电路板设计．北京：清华大学出版社，2002 6　王克义，李洁．电子技术与数字电路．北京：北京大学出版社，1996 7　童诗白，华成英,．模拟电子技术基础．第三版．北京：高等教育出版社，2001 8　黄继昌，传感器工作原理及应用实例．北京：人民邮电出版社，1998 9　王汝琳，王永涛．红外检测技术．北京：化学工业出版社，2006 后 记 在本论文的成文过程中，我首先要感谢我的指导老师王宇红王老师，她在我们本次毕业设计中为我们提供资源，悉心指导我们写毕业论文，孜孜不倦的纠正我们论文中的格式错误，是我们写出了规范的论文。再次，我要感谢带领我们完成毕业设计的陈老师，陈老师一直非常耐心、用心的像我们传授分析问题的方法、完成一个设计基本的方法流程、和设计过程中应注意的问题，直到制好电路板，陈老师知识的渊博为我的此次毕业设计提供了很多意见和指导。同时，我也感谢这三年来教过我的老师们，他们不仅仅教给我专业知识，还教会我很多处世的道理。当然，我也感谢我的同组同学，是我们一起努力完成此次毕业设计，感谢设计中对我的包容、帮助还有关照。我相信，你们对我的帮助和教育，在我今后的工作中也会是一种鼓励和支持，一种坚强的后盾，一种前进的动力。 三年的大学生活，因为有你们而精彩，这将是我一生美好的回忆！ � EMBED AutoCAD.Drawing.16 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED AutoCAD.Drawing.16 \* MERGEFORMAT ��� � EMBED AutoCAD.Drawing.16 ��� 3 _1234567926.unknown _1234567943.unknown _1234567959.unknown _1234567975.unknown _1234567983.unknown _1234567987.unknown _1353326709.unknown _1353330000.dwg _1234567989.unknown _1234567990.unknown _1234567991.unknown _1234567988.unknown _1234567985.unknown _1234567986.unknown _1234567984.unknown _1234567979.unknown _1234567981.unknown _1234567982.unknown _1234567980.unknown _1234567977.unknown _1234567978.unknown _1234567976.unknown _1234567967.unknown _1234567971.unknown _1234567973.unknown _1234567974.unknown _1234567972.unknown _1234567969.unknown _1234567970.unknown _1234567968.unknown _1234567963.unknown _1234567965.unknown _1234567966.unknown _1234567964.unknown _1234567961.unknown _1234567962.unknown _1234567960.unknown _1234567951.unknown _1234567955.unknown _1234567957.unknown _1234567958.unknown _1234567956.unknown _1234567953.unknown _1234567954.unknown _1234567952.unknown _1234567947.unknown _1234567949.unknown _1234567950.unknown _1234567948.unknown _1234567945.unknown _1234567946.unknown _1234567944.unknown _1234567935.unknown _1234567939.unknown _1234567941.unknown _1234567942.unknown _1234567940.unknown _1234567937.unknown _1234567938.unknown _1234567936.unknown _1234567930.unknown _1234567932.unknown _1234567934.unknown _1234567931.unknown _1234567928.unknown _1234567929.unknown _1234567927.unknown _1234567907.unknown _1234567915.unknown _1234567922.unknown _1234567924.unknown _1234567925.unknown _1234567923.unknown _1234567920.unknown _1234567921.unknown _1234567918.unknown _1234567911.unknown _1234567913.unknown _1234567914.unknown _1234567912.unknown _1234567909.unknown _1234567910.unknown _1234567908.unknown _1234567897.unknown _1234567903.unknown _1234567905.unknown _1234567906.unknown _1234567904.unknown _1234567899.unknown _1234567901.dwg _1234567902.dwg _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown