1つの選択トピックの背景
今日、電子システムの場合、通常の動作状態では温度検出が必要です。通常の温度範囲から外れると、対応する保護またはアラームアクションのためにシステムにフィードバックする必要があります。この主題は、温度の検出と表示、過熱範囲のアラーム、および回路に必要な電源の設計を解決する必要があります。この設計の指針となる考え方は、温度センサーが温度信号を電気信号に変換できるため、ウィンドウコンパレータを設計して、対応する制御信号を実行し、アラームおよび保護回路の目的を達成できることです。
2つの設計アイデア
まず、外部温度を温度センサーモジュールで処理し、温度信号を電圧信号に置き換えます。温度を表示する必要があるため、A / Dコンバーターとデジタルチューブで表示できます。ICL7107一体型ブロックは上記の表示要件を満たしています。温度警報システムでは、80℃以上30℃以下で音響光学警報システムが必要となるため、目的を達成するためにウィンドウコンパレータを設計することができます。同時に、温度が80℃を超える場合、特定のシステムの電源を遮断するために3秒の遅延が必要です。ウィンドウコンパレータの出力を収集でき、RC遅延回路とリレーを使用して遅延を制御してシステムの電源を遮断できます。
3つの実装スキーム
最初に、外部温度は温度センサーモジュールによって処理され、温度信号は電圧信号に置き換えられます。電圧信号はA / Dコンバーターとデジタルチューブによって表示されます。同時に、電圧信号が基準電圧信号のウィンドウコンパレータに入り、設定します。入力は、音と光の警報システムと遅延回路を制御できます。遅延回路が作動した後、システムの電源を遮断できるリレー制御システムがあります。
4モジュール回路1.DC
電圧安定回路
ICL7107モジュールのVccには5VDC電源が必要なため、5VDC安定電源を設定することで回路全体を実現できます。ユニットテスト回路と回路全体はすべて、5VDC安定化電源を出力することによって実現されます。
2.温度センサー回路と表示回路の代替回路およびその動作原理または機能の説明
Multisumには温度センサーモジュールがないため、ここでは電位差計を使用して
温度センサーの出力を置き換えます。温度センサーの代替回路
はR4とR5シリーズ分周器ループが温度センサーの出力を形成します。R4の電位を調整することにより、Viの電圧を0〜5Vで得ることができます。温度センサーの出力特性は（Vout = 10mV * T /℃）であるため、検出温度範囲それは0.3から0.8Vに対応する30から80℃であり、回路0-5Vの出力電圧範囲は要件を満たすことができます。
温度センサー回路とディスプレイ回路の代替回路コンポーネントの選択と計算：
消費電力と抵抗の定格電力を考慮して、ループ電流を5mA未満に制限し、R5は1KΩであり、部分電圧範囲に到達するにはR4をR5よりはるかに大きくする必要があります。 30kΩの電位差計を取ります。
3.比較回路の基準電圧回路
300mVと800mVの安定した基準電圧が必要なため、電位差計の分周回路で完成させることができます。
ユニットの回路図は、
R1、R2、R3の分周器回路で構成され、R1の電位を調整して、0.3Vと0.8Vの必要な基準電圧を出力します。
ループの場合、I *（R1 + R2 + R3）= 5V、I *（R2 + R3）= 800mV、I * R3 = 300mV、前の式を解くと、0.8R1 = 6.72R2 = 11.2R3、標準を取ります。計量値R3 =1,2KΩ、次にR2 =2KΩ、R1は20KΩになります。
4.比較回路回路
の機能は80度以上30度以下の警報であり、30度から80度の間で正常に動作するため、ウィンドウコンパレータを選択してその機能を実現することができます。
ユニット回路図
は、R4の電位を調整して異なる入力電圧を調整し、コンパレータに入ります。入力電圧がUHより大きいかULより小さい場合、出力は高く、そうでない場合、出力は低くなります。D1とD2はVo1とVo2を防ぎます。相互の影響、次の図はテストの結果です。
図に示すように、入力はULよりも低くなっています（XMM1は入力電圧Vi、XMM2は出力電圧Vo1、XMM3は出力電圧Vo2、XMM4は合計出力電圧Vo）
入力はUHよりも
低く、
分析に示されているようにULよりも高くなっています。この回路は、入力Ui> 0.8VまたはUi <0.3Vの場合、出力Uoがハイであり、入力UL <Ui <UHの場合、出力Uoがローであることを認識します。さまざまな温度範囲に対応するプリセットのさまざまな状態を完了します。
入力回路と基準電圧回路は上記と全く同じです。必要な機能の状態はウィンドウコンパレータで実現できるので、ウィンドウコンパレータを選択します。ダイオードD1とD2はVo1とVo2の相互影響を防ぎます。
5.遅延回路とリレー制御回路遅延回路は
、前の比較回路の出力Vo1によって制御されます。ここでの遅延回路は、RC遅延回路によって完成させることができます。
ユニット回路図
測定後、入力はVo1 = 3.496Vであり、ユニット回路テストはVccに置き換えられます。
回路が正常に動作しているとき、R6とC1は充電回路を形成します。C1の電圧が0から0.7Vまで充電されると、トランジスタQ2がオンになり、リレーEMR011B03の左端が非導通から導通になり、LED2が正常に動作してから消灯します。 、LED2を制御するためにリレーの電力に到達します。
遅延テストを図に示します。
多くのテストを行った後、LED電源がオフのときの遅延時間は2.9745秒で、理想的な3秒に非常に近い値です。
式からの遅延時間：T = R6 C1 ln（V0 / V0-Vbe）= 3s、容量を100uFとすると、R6 =130KΩを解くことができます。D3の機能は、コンデンサを充電して電源を切断した後、回路を保護するためにコンデンサの放電を増やすことです。トランジスタQ2はスイッチとして機能し、コンデンサが0.7Vに充電されるとトランジスタがオンになり、リレーが動作します。トライオードの消費電力を削減して正常に動作させるには、トライオードのコレクタ電流を0.3mA未満にする必要があります。式R7>（Vcc-Uces）/ Icmaxによれば、R7>9.3KΩが得られ、公称値は10kΩです。R8は発光ダイオードを保護する役割を果たします。発光ダイオードのターンオン電圧は1〜3V、電流は30〜50mAであるため、R8 <（Vcc-Uledmin）/ 30mA、R8>（Vcc-Uledmax）/ 50mA、40Ω<R8 <1.3kΩ、R8 =100Ωを取ることができます。
6.音響光学警報回路
NE555で構成されたマルチバイブレータは、電源を入れると方形波を出力してled1を点滅させ、ブザーが鳴って警報を発します。
回路をウィンドウコンパレータの出力に接続し、トライオードをスイッチおよびリレーとして使用して、反転およびプルアップ電圧を実現します。これにより、温度が80℃より高く30℃より低い場合にLED1が点滅し、ブザーが鳴ります。ビープ音。このユニットテスト回路は、Vccで直接テストされます。
出力波形図：
分析：出力波形が方形波であり、その周波数値が1 / 0.0065s = 153.84Hzと測定され、理論値f = 158.7Hzからわずかな誤差があることがわかります。
エラーの理由：①カーソルでテストしたところ、測定と読み取りにエラーがあります。エラーを減らすために、複数の測定値を平均化することができます。②容量がゼロ状態であるかどうかも波形に影響を与え、誤差の原因となります。各測定終了後、次の測定までに容量が完全に放電されていることを確認する必要があります。
ブザーの周波数が約200HZであることを考慮して、周波数調整を容易にするためにR13を10kΩの電位差計を選択します。R14を2KΩの抵抗、C2を1uFのコンデンサとします。次に、コンデンサC2の充電時間T1 =（R13 + R14）C2 ln [（Vcc-1 / 3Vcc）/（Vcc-2 / 3Vcc）]、コンデンサの放電時間T2 = R14 C2 ln [（Vcc-1 / 3Vcc）/（ Vcc-2 / 3Vcc）]、合計周期T = T1 + T2 = 0.0063sの場合、出力フラッシュアラーム回路の周波数はf = 1 / T = 158.7Hzです。
機械全体の回路図
によって実現される5つの機能：1。監視対象システムの温度を測定して表示できます。2。温度が30℃未満および80℃を超えると、発光ダイオードが点滅してアラームを発します。3。温度が定格値を超えると、特定のシステムの電源を遮断するために、アラームを点滅させ、3秒遅らせます。
システムの説明：マシン全体の回路図に従ってシステムを構築し、R4の電位を調整して入力電圧値を変更します。入力電圧が対応する電圧値である30℃UL = 300mVよりも低い場合、音と光のアラームシステムがオンになり、正常に動作します。入力電圧が80度のセルシウスUH = 800mVに対応する電圧よりも高い場合、音と光のアラームシステムが作動し、同時に遅延します。回路が動作を開始し、3秒の遅延の後、リレーはLED2の電源を切断するように制御します。
6つの故障解析
①遅延回路の試験時間誤差が比較的大きい。処理方法：マルチメータを使用して電圧変化特性をテストします。テスト後、次のテストまでにコンデンサ充電の両端の電圧が0に低下せず、大きな誤差が発生しました。放電回路に回路の順方向にダイオードを接続することで、充電回路に影響を与えず、放電速度を上げることができます。各テストの後、次のテストで容量がゼロであることを確認する必要があります。
②警報回路の点滅頻度。周波数を高く設定しすぎると、フラッシュが特定の周波数を超えているかどうかを人間の目で区別できず、回路パラメータを適切に設定する必要があることに注意してください。
③シミュレーションソフトウェアのシミュレーションが間違っているため、回路が正しいかどうかを確認してから、ユニット回路をマシンテスト全体に接続する必要があります。シミュレーションステップはシミュレーションソフトウェアの動作に影響します。
7つのまとめ
このコース設計を通じて、機能回路をユニットに分解して必要な機能を順番に実現し、さまざまなディスクリートコンポーネントを使用して必要な機能回路を設計することを合理的に検討することにより、温度監視の特定の問題を分析する方法を学びました。特定の機能については、実装できるさまざまなソリューションがあります。現時点では、合理的かつ具体的な方法で長所と短所を分析し、最適なソリューションを選択する必要があります。前後の回路を接続する際には、相互に影響を与えるかどうかを考慮する必要があり、影響を与える場合は、適切なカップリングエレメントを設計する必要があります。音響警報回路や遅延回路を設計する場合、回路の状態ごとに温度を変化させる必要があります。変化する場合、トランジスタはスイッチと見なすことができ、スイッチング機能を実現するために使用できます。音と光の警報回路は、LEDフラッシュとブザーの周波数である特定の出力周波数を持っている必要があるため、点滅機能を実現するために、NE555を使用して方形波を出力するマルチバイブレーターを形成することを検討する必要があります。遅延回路をデバッグする場合、オシロスコープで遅延時間を正確に測定することはできません。このとき、過渡解析を使用して波形を出力し、カーソルを介して非常に直感的かつ正確に遅延時間をテストし、実際の回路を使用して遅延をテストできます。テスト結果が正しいかどうかを確認するためにLED電源を遮断する実際の時間。
8つの参考文献
[1] TongShibai。「アナログ電子技術」。第4版