基于熱敏電阻的多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警電路

林卓彬 王迪

【摘要】熱敏電阻具有輸出信號(hào)大，靈敏度高、穩(wěn)定性好、體積小、電阻值大等特點(diǎn)。多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警電路以熱敏電阻作為溫度測(cè)量的敏感元件，依靠LM339器件實(shí)現(xiàn)被測(cè)溫度的檢測(cè)，并通過(guò)LED顯示和多諧振蕩電路實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，成本低，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活及實(shí)際教學(xué)中。在教學(xué)中多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警電路圍繞“產(chǎn)品從項(xiàng)目出”，“能力從實(shí)踐出”的主線，按照項(xiàng)目產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，使學(xué)生掌握傳感器相關(guān)知識(shí)、應(yīng)用技能，將所學(xué)知識(shí)融入到實(shí)際生產(chǎn)、生活中，并能根據(jù)實(shí)際需要研究開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】溫度；熱電阻；項(xiàng)目教學(xué)

引言

溫度是一個(gè)很重要的物理量，自然界中任何物理、化學(xué)過(guò)程都緊密地與溫度相關(guān)。在人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)、科研和日常生活中，如電力、食品、化工、機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等各行業(yè)，溫度的測(cè)量占有重要地位，在國(guó)防現(xiàn)代化及科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中，溫度的精確檢測(cè)及控制更是必不可少。

1.測(cè)溫器件的選擇

測(cè)控溫度的關(guān)鍵是根據(jù)傳感器或敏感元件進(jìn)行的，其種類(lèi)也很多。本電路主要依靠熱敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。熱敏電阻是對(duì)溫度敏感的電阻器的總稱(chēng)，熱敏電阻輸出信號(hào)大，靈敏度高、穩(wěn)定性好、體積小、電阻值大等特點(diǎn)，已廣泛于溫度測(cè)量和控制領(lǐng)域。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的準(zhǔn)確度最高，可達(dá)1mk；其靈敏度（即溫度每變化1℃時(shí)電阻的變化）最高，在溫室大棚內(nèi)，溫度測(cè)量精度一般0.5-1℃左右。輸出線性好，在使用中只用簡(jiǎn)單的輔助回路就能得到線性輸出，顯示儀表可均勻刻度。熱敏電阻的引線長(zhǎng)度在100—200米，對(duì)測(cè)量造成的誤差可以忽略不計(jì)，在振動(dòng)小而適宜的環(huán)境下，可在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持0.1℃以下的穩(wěn)定性，使測(cè)量系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單、使用方便。

熱電阻主要有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）兩種類(lèi)型。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻大多是由錳、鎳、鈷、鐵、銅等金屬的氧化物經(jīng)過(guò)燒結(jié)而成的半導(dǎo)體材料制成，因?yàn)樗哂辛己玫男阅?，所以被大量的作為溫度傳感器使用，本電路采用NTC熱敏電阻10K，阻值：（R25℃，C%）10KΩ±1%，測(cè)量溫度范圍-55～+125℃，耐焊接熱（1秒）：230±5℃，使用電流：200μA且允許通過(guò)的最大電流不超過(guò)1.0mA。在使用時(shí)需注意：

（1）裁剪引線最小長(zhǎng)度≥8mm。

（2）該熱敏電阻的引線為焊接后環(huán)氧樹(shù)脂包封，在上機(jī)焊接時(shí)應(yīng)注意焊接溫度與焊接時(shí)間的控制，適宜功率在20W～30W的電烙鐵焊接。焊接點(diǎn)應(yīng)距電阻本體6mm以上，焊接時(shí)間不得超過(guò)1 秒，重復(fù)焊接將影響電阻性能。

2.多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警電路

多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警電路主要有溫度檢測(cè)電路和多諧振蕩電路兩部分構(gòu)成。其中集成運(yùn)算放大器LM339和熱敏電阻組成溫度檢測(cè)電路；時(shí)基電路NE555和外圍元件組成多諧振蕩電路。工作時(shí)LM339集成運(yùn)算放大器U1A-U1D接成電壓比較器電路，D9-D12構(gòu)成或門(mén)電路。電路的核心元件為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt1-Rt4，它們作為多點(diǎn)溫度檢測(cè)的敏感元件。在正常溫度下，U1A-U1D的輸出均為低電平，發(fā)光二極管D1-D4發(fā)光，D5-D8熄滅，二極管1N4148（電路中D9-D12）處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出低電平，使多諧振蕩電路中NE555復(fù)位引腳4被強(qiáng)行復(fù)位，振蕩器處于不工作狀態(tài)，喇叭不報(bào)警。

當(dāng)某一路熱敏電阻檢測(cè)溫度超高時(shí)，例如Rt1的溫度超過(guò)額定上限值時(shí)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻阻值減小使比較器U1A輸出高電平，發(fā)光二極管D1熄滅，D5發(fā)光，二極管D9處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出高電平，使多諧振蕩電路中NE555復(fù)位引腳4變?yōu)楦唠娖剑袷幤髌鹫?，蜂鳴器報(bào)警，提醒人們溫度較高并采取相應(yīng)的措施，防止事故發(fā)生。同時(shí)根據(jù)D5-D8點(diǎn)亮的情況就可以判斷出哪部分溫度較高，從而多點(diǎn)溫度實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。

3.創(chuàng)新之處

本電路首先對(duì)溫度傳感器的進(jìn)行選擇，若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)整電路、A/D轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；同時(shí)檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。通過(guò)比較，選擇穩(wěn)定性好、靈敏度高、體積小、輸出信號(hào)大的熱敏電阻作為溫度檢測(cè)的靈敏元件。

在電路設(shè)計(jì)上巧妙地將熱敏電阻的溫度電阻變化應(yīng)用于NE555振蕩電路，簡(jiǎn)化了電路。由于熱敏電阻的靈敏度高，電阻值大，熱敏電阻可以直接使用普通導(dǎo)線，測(cè)量距離達(dá)200米左右，這也是其他傳感器難以實(shí)現(xiàn)的。由于只用一個(gè)NE555振蕩電路，從而降低了電路制作的硬件的成本。溫度檢測(cè)系統(tǒng)的共同特點(diǎn)即環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。而本作品電路簡(jiǎn)單、硬件成本低、測(cè)量可靠性較高，經(jīng)過(guò)完善也具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)前景。

本電路原理明晰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合在教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用。多點(diǎn)溫度聲光報(bào)警電路圍繞“產(chǎn)品從項(xiàng)目出”，“能力從實(shí)踐出”的主線，結(jié)合之前學(xué)生所學(xué)的溫度傳感器、光電傳感器和氣敏傳感器相關(guān)項(xiàng)目的制作，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用和創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。其意義是以項(xiàng)目為載體，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為過(guò)程，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)傳感器選型、調(diào)試、測(cè)量數(shù)據(jù)分析、電路設(shè)計(jì)等實(shí)際基本技能。教學(xué)內(nèi)容只需了解“為什么”（規(guī)律、原理…），重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“怎么做”（技能、經(jīng)驗(yàn)…）及“怎樣做更好”（策略…），突出“做中學(xué)”、“學(xué)中做”。選定若干傳感器應(yīng)用檢測(cè)電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目，以此為導(dǎo)向，讓學(xué)生完成從電路設(shè)計(jì)、元器件的選擇、參數(shù)的設(shè)定、電路調(diào)試的整個(gè)過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)裝配崗位應(yīng)有的所有技能，使學(xué)習(xí)與實(shí)際工作崗位和工作過(guò)程緊密聯(lián)系。同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，將多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組合成一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高設(shè)備使用率的同時(shí)拓展學(xué)生多學(xué)科綜合應(yīng)用能力。

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