【正文】 關(guān)的從業(yè)人員也會(huì)越來越緊缺。因此此課題不論是對自己的就業(yè)還是對我國電網(wǎng)電壓 報(bào)警器的發(fā)展都有非常現(xiàn)實(shí)與積極的意義。最終選定了以 LM324 為比較器和分壓電阻構(gòu)成采樣電路，以 555 芯片構(gòu)成報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過對比選擇選定最終選定了以 LM324 為比較器和分壓 電阻構(gòu)成采樣電路，以 555 芯片構(gòu)成報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方案。 調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試幾步來進(jìn)行。在軟件調(diào)試中出現(xiàn)整合工作不協(xié)調(diào)等問題。 設(shè)計(jì)完成后對設(shè)計(jì)中所遇到的問題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、以及自己的想法進(jìn)行總結(jié)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 交流電網(wǎng)電壓的正常波動(dòng)范圍為 190V～ 250V（單相交流有效值），在此范圍內(nèi)，報(bào)警器不發(fā)聲。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 電網(wǎng)電壓異常報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案論證 硬件部分方案論證 總方案的選擇 方案一 ： 采用 ARM、 CORTEX 等作為核心器件，這些微處理器都有低功耗的優(yōu)點(diǎn)，其中 ARM 是能帶可裁剪操作系統(tǒng)，可帶顯示屏，在工業(yè)控制領(lǐng)域尤為普遍； CORTEX 是32位的單片機(jī)；在民用上用得很多，在工業(yè)領(lǐng)域不能普及，由于不能設(shè)計(jì)成人機(jī)界面。 方案二： 采用運(yùn)算多片放大器芯片 LM324 構(gòu)成比較電路，然后采用通過穩(wěn)壓電路的電壓作為基準(zhǔn)電壓，將獲得的電網(wǎng)電 壓的二次電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。 構(gòu)成框圖： 12V～ 12 V 6V－ 220V～ 波動(dòng)電壓 方案一： 降壓電路采用蓄電池電源最為常用，但其使用時(shí)間短，提供電壓有限，受其體積限制 , 由于本設(shè)計(jì)要求不使用外部電源供電。變壓降壓電路 整流電路 穩(wěn)壓 MCU 采樣電路 A/D 芯片 報(bào)警電路 降壓電路 整流濾波 穩(wěn)壓 比較電路 報(bào)警電路 采樣電路 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 器式電源較為普遍，制作簡單，使用也很安全，但是其體 積較為笨重，轉(zhuǎn)換效率較低干電池電源。 圖 其輸出波形為： 圖 比較分析 全波整流，就是對交流電的正、負(fù)半周電流都加以利用，輸出的脈動(dòng)電流，是將交流電的負(fù)半周也變成正半周，即將 50Hz 的交流電流，變成 100Hz 的脈動(dòng)電流 。 50Hz 的交流電經(jīng)半波整流以后，輸出的是 50Hz 的脈動(dòng)電流。而用兩個(gè)二極管，可以實(shí)現(xiàn)將交流電所有波型全部轉(zhuǎn)換成單一方向的電流，所以叫全波整流。全波整流的電路在通常變壓器中常 被采用。 方案一： 采用電容濾波電路 圖 電容濾波電路較簡單，輸出直流電壓較高，紋波較小，它的輸出特性較差。 電感能濾波還可以這樣來理解：由于電感的直流電阻很小，交流阻抗（ X=ω L）較大，且諧波頻率愈高，阻抗愈大。這樣便減少了輸出電流及輸出電壓的脈動(dòng)成分?？梢?，電感濾波適用于負(fù)載電流比較大以及負(fù)載變化較大的場合。 復(fù)式濾波電路 為了進(jìn)一步提高濾波效果，可將電感和電容組成復(fù)式濾波電路，常用的有 RCπ形 、LCπ形、 LCr 形復(fù)式濾波電路。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 表 各種濾波電路的比較 根據(jù)該表我們選擇方案一，即電容濾波電路 方案一： 采用穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路。 方案一與方案二比較：穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器電路等類型。故采用方案二 . 方案一 ：由于本設(shè)計(jì)為上下限報(bào)警，所以用 LM324 搭成兩組比較器分別用作上限和下限比較。 由于本設(shè)計(jì)為上下限報(bào)警，所以用兩個(gè) F741 搭成兩組比較器或者用 LM324 成兩組比較器分別用作上限和下限比較均是可行的而鑒于使用 LM324 只需一片即可故選用LM324，采樣電壓通過滑動(dòng)變阻器分壓獲得。RLRRL? ≈ ≈ 二極管沖擊電流 大 小 大 大 小 帶負(fù)載能力 差 強(qiáng) 差 差 強(qiáng) 適用場合 小電流 大電流 小電流 小電流 大電流或小電流 其他特點(diǎn) 電路簡單 電感較笨重 成本高 脈動(dòng)成分減少、但電 阻上有直流壓降 脈動(dòng)成分減少但電感較笨重、成本高 脈動(dòng)成分減少、適用性較強(qiáng)但也需要電感 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 方案一： 本設(shè)計(jì)要求超壓報(bào)警使用“嘀嘟??”聲，欠壓報(bào)警使用“嘀 —— 嘀??”聲。 方案二： 采用 555 作為發(fā)聲電路的核心。為了節(jié)約成本，將兩種聲音發(fā)生電路整合到一起，使用比較電路輸出的信號作為控制兩種聲音切換 本設(shè)計(jì)中采用方案二，考慮到網(wǎng)上購買，從經(jīng)濟(jì)上是不允許的，但成品有個(gè)優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，方便 . 仿真部分方案 Multisim 介紹 Multisim 本是加拿大圖像交互技術(shù)公司（ Interactive Image Technoligics 簡稱IIT 公司 )推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國 NI 公司收購后，更名為NI .Multisim ，而 是其（即 NI， National Instruments）最新推出的 .Multisim最新版本。 .Multisim、 Ultiboard、 Ultiroute 及Commsim 4個(gè)部分相互獨(dú)立，可以分別使用。 NI .Multisim 10用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“ 軟件即儀器”。 NI .Multisim 10 的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。 NI .Multisim 10 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同 故障情況下的電路工作狀況。 NI .Multisim 10 有豐富的 Help 功能，其 Help 系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解說， Help 中這種元器件功能解說有利于使用 EWB 進(jìn)行CAI 教學(xué)。支持 VHDL 和 Verilog HDL 語言的電路仿真與設(shè)計(jì)。 Multism10 屬于新一代的電子工作平臺（ Electronics Workbench） ,是一種在電子技術(shù)界廣泛應(yīng)用的優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)仿真軟件， Multism10 被稱為為電子工作人員的“計(jì)算機(jī)里的電子實(shí)驗(yàn)室”。軟件提供了 13000 多種的常用元器件庫（包括常見 3D 元器件），用戶設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)時(shí)可以任意調(diào)用。同時(shí)軟件還提供了 19 種常見儀表，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需求任意調(diào)用。 Multism10 還提供了 19 種對電路不同的分析方法，包括對電路基本參數(shù)的分析、電路特性的分析、電路結(jié)果誤差的分析，還可以進(jìn)行參數(shù)掃描、溫度掃描、 極零點(diǎn)等其他參量進(jìn)行分析。 總體而言， Multism10 使得工程技術(shù)人員有了一個(gè)采集到模擬，再到測試及運(yùn)用的緊密集成、終端對終端的電子設(shè)計(jì)的解決方案 Multism10 包含了 Ultiboard10,工程技術(shù)人員可以順利應(yīng)用在一個(gè)軟件有效的完成電子工程項(xiàng)目從最初的概念建模到最終的成品的全過程，形成一個(gè)集成的開發(fā)環(huán)境（ IDE），與以往的版本以及其它電子仿真軟件比較， Multism10 有以下的特點(diǎn)。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。雖然目前xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 20xx 年又增加了 Cortex和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。 由于 proteus 主要針對微處理器，本次設(shè)計(jì)選擇 Multism 軟件。在這里我們采用單向還是三相呢，由于只用到了其中一相，即采用單向整流。鑒于本次設(shè)計(jì)的功率比較小，我們采用了單向整流。 基準(zhǔn)電壓電 路，我們需 12V，通過 7812 單向整流的輸出電壓降為 12V 濾波電路： 經(jīng)單向整流輸出電壓，除了含有直流分量外，還含有較大的諧波分量，這些諧波分量就是我們所說得紋波，故其輸出電壓中紋波也是比較大的。 二極管的選擇：此次設(shè)計(jì)變壓的二次電壓 u2 為 11v，我們假設(shè)輸出的直流電流I0 =110mA 由整流橋的輸出電壓 u0 與變壓器的二次電壓關(guān)系為 u0 =(~)u2 ，我們?nèi)?u0 = ， u0 =,變壓器的變比為 K=u1 /u2 =220V/11V=20 在橋式整流電容濾波電路中，流過變壓器的二次繞組的電流是非正弦波，其有效值可按下面的公式計(jì)算 I2 =(~2)I0 取 I2 =2I0 ，得變壓器二次繞組的電流有效值為 I2 =2I0 =2*110=220 毫安 流過二極管的平均電流為 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 Id =I0 /2=55 毫安 二極管的最大反向電壓為 Udrm =*U2 = 因此可選 2CZ53B 硅整流二極管，其允許的最大整流電流為 300 毫安， 最大反向工作電壓為 50V ,均有較大的裕量；也可選用最大整流電流為 200 毫安、最高反向工作電壓為 50V 的 QL3全橋硅堆。 LM324 十四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。 每一組運(yùn)算放大器可用圖中所示的符號來表示，它有 5 個(gè)引腳，其中 “+”“”為兩個(gè)信號輸入端， “v+”， “v”為正，負(fù)電源端， “Uo”為輸出端。 LM324 的引腳排列見下圖： +_V i V i +U+UU0 圖 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 LM324 管腳圖 : 圖 由電網(wǎng)采樣到的電壓分別與上下限基準(zhǔn)電壓比較，高于上限則給超壓報(bào)警電路一個(gè)信號輸出，反之，低于下限則給欠壓報(bào)警電路一個(gè)信號輸出。 分壓比是指正常電網(wǎng)電壓下采樣電壓與正常電網(wǎng)電壓的比值。 比較電路如下： xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 R11 0 k 166。R23 0 k 166。R31 0 0 k 166。K e y = A23%R41 0 0 k 166。K e y = A29%R51 0 0 k 166。K e y = A50%U 5 BL M 3 2 4 A D上限比較561147U 4 BL M 3 2 4 A D下限比較56114740153002V C C12VV C C0 圖 其中， LM324 兩個(gè)輸出端的接下級報(bào)警電路模塊； Vcc 和上下限電阻接 +12V 電源電壓 。 設(shè)計(jì)參數(shù)： U 下限 =； U 上限 = R1=30K R5=100K 調(diào)節(jié) R5 模擬電網(wǎng)電壓變化 分壓電阻 接入電阻 R3=100K R4=100K 采樣電壓（ V） 低于 —— 高于 下限比較輸出 高電平 低電平 低電平 上限比較輸出 低電平 低電平 高電平 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 如論證結(jié)果本設(shè)計(jì)報(bào)警電路模塊由三塊 555，及兩個(gè)壓降陶瓷蜂鳴器及其他相關(guān)元器件構(gòu) 成，使用比較電路輸出的信號作為控制兩種聲音切換。 8腳： VCC(或 VDD)外接電源 VCC，雙極型時(shí)基電路 VCC 的范圍是 ～ 16V， CMOS型時(shí)基電路 VCC 的范圍為 3～ 18V。 3 腳： OUT（或 Vo）輸出端。 xx 大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 6 腳： TH 高觸發(fā)端。當(dāng) R 端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論 TR、 TH處于何電平，時(shí)基電路 輸出為 “0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只 ，以防引入干擾。該