电网电压异常报警器设计说明.doc

. . 一、任务技术指标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190250V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.基本原理日常生活中,我们不可避免地要用到家用电器等各种各样的电器设备。由于电网电压的波动,在较高的电压下很有可能使电器设备受到损坏,而在低压时电器设备不能正常工作。在这种情况下就需要有一个电压报警指示设备,其可以及时准确地对电网电压进行分段指示并对过、欠压进行指示报警,使用户可以放心的使用各种电器设备。该电路的设计原理是运用桥式电路先将电网上的交流电转换成直流电以提供采用信号,并通过稳压电路得到稳定度较高的直流电压为各种器件提供工作电压。比较电路可以使用集成电压比较器,也可以使用集成运算放大器搭成本设计使用集成电压比较器。报警电路既可以采用555芯片构成的自激多谐振荡器,也可以使用逻辑电路搭成环形振荡器本设计采用555芯片构成自激多谐振荡器。同时用逻辑电路控制报警电路和指示电路的工作。2.系统框图图1 系统框图三、具体设计1.模块分析1降压电路降压电路采用变压器直接变压,输出12V交流电。想用电容降压,但考虑到比较危险,所以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。2整流电路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。3 滤波电路电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端即负载电阻的两端,并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大,利用其充放电作用,使输出电压趋于平滑。本设计采用RC型滤波器进行滤波,并配合后级的电解电容和瓷片电容使输出的直流电压更加平滑,纹波电压更小。4 稳压电路稳压电路有稳压二极管型稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压器电路等类型。本着使电路简单化、高效化、稳定化的思想,本设计采用了集成稳压器型稳压电路进行稳压,为集成运放提供工作电压以及为比较器提供稳定的基准电压,保证了电网电压报警的准确性。5 采样电路采样电路的功能是从电网电压分压后采样当前电压,然后送至比较器进行比较,检测电压是否异常。本设计采用两个电阻分压采样。6 比较电路比较电路是由两组电阻降压后的6V电压分压后分别给比较器提供基准电压,改变此基准电压即可改变报警上下限电压的上下限为190V250V将采样电路采样到的电压与两基准电压分别进行比较,即可检测出电网电压是否异常,并输出相应信号驱动后级报警系统。设计时应当注意尽量不使运放的两输入端电压高于其电源电压。使用电压表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。7报警电路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。本报警电路可发出"嘀嘟"和"嘀嘀"两种声音报警。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。本设计要求超压报警使用"嘀嘟"声,欠压报警使用"嘀嘀"声。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,该报警器用逻辑驱动电路,来实现对报警器的驱动。具体的说就是经过集成电压比较器的比较,输出四个高低不同的电压,经过上面的逻辑电路后,在五个输出端只有一个输出端的输出是高电压,该高电压会根据不同情况驱动后面的电路进行工作。为了实现声光报警,电路中加入了不同颜色的发光二极管。当电路处于过压状态时,输出电压就会通过逻辑电路来驱动LED1使其发光,其他情况均相同。该逻辑控制的具体工作方式是,当电源电压高于250V时,两个电压比较器的输出电平分别为高、高。此时,通过逻辑控制电路使红色指示灯发光,报警器进行报警,电路处于超高状态；当电源电压处于190V到250V之间时,两个电压比较器的输出电平分别为高、低。此时,绿色指示灯发光,报警器不报警,电路正常工作。当电源电压低于190V时,两个电压比较器的输出电平分别为低、低。此时,紫色指示灯发光,报警器进行报警,电路处于过低状态。四、结论1、电路的设计原理是运用桥式电路先将电网上的交流电转换成直流电以提供采用信号,并通过稳压电路得到稳定度较高的直流电压为各种器件提供工作电压。2、比较电路可以使用集成电压比较器,也可以使用集成运算放大器搭成本设计使用集成电压比较器。报警电路既可以采用555芯片构成的自激多谐振荡器,也可以使用逻辑电路搭成环形振荡器本设计采用555芯片构成自激多谐振荡器。3、同时用逻辑电路控制报警电路和指示电路的工作。实践表明,一个电子装置,即使按照设计的电路参数进行安装,往往也难于达到预期的效果。因此,调试电子电路的技能对于从事电子技术及其相关领域工作的人员来说,是不可缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器和信号发生器。在该设计中本着安装一级调试一级的原则,对电路进行了认真的安装和调试。发现了很多问题,经过老师的指点,同学们的共同讨论,及时对安装电路所出现的错误进行了改正。逻辑控制电路的各芯片工作电源均由直流稳压电源提供,为9V。在调试中每连接一个芯片后,都要测量一下其输出是不是合理,然后再进行下一步,以便发现问题随时解决。该逻辑控制的具体工作方式设计大致如下：设计高电平为"1",低电平为"0",则当电源电压高于250V时,两个电压比较器的输出电平分别为高、高,即为1、1。此时,通过逻辑控制电路使红色指示灯发光,报警器进行报警,电路处于超过压状态；当电源电压在1当电源电压处于190V到250V之间时,两个电压比较器的输出电平分别为高、低即为1、0。此时,代表正常状态的绿色指示灯发光,报警器不报警,电路正常工作。当电源电压低于190V时,两个电压比较器的输出电平分别为低、低,即为0、0。此时,紫色指示灯发光,报警器进行报警,电路处于过低状态。设计要注意应用芯片的负载范围,从而选用相应的芯片来完成其功能。参考资料1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.：高等教育,2001.2 彭介华.电子技术课程设计指导M.：高等教育,1997.3杨欣.电子设计从零开始M.：清华大学,2005.4 孙梅生.电子技术基础课程设计.：高等教育,1998.5 阎石.数字电子技术基础M.：高等教育,2001.五、附录1.原理图2.仿真图3.元件清单名称规格数量备注变压器22012V1T1整流桥二极管1B1电阻1K3R4、R10、R11电阻10K5R3、R5、R7、R9、R13电阻30K1R1电阻47K1R2电阻100K1R12电阻150K1R6电位器51W8瓷片电容0.01u2C6、C8瓷片电容0.12C3、C4电解电容101C7电解电容1001C5电解电容2202C1、C2二极管1N41486D2C7三极管90142Q1、Q2集成稳压器78061U1集成运放LM3241U3时基电路NE5561U2压电陶瓷蜂鸣器1YD8 / 8