林卓彬 王迪

【摘要】熱敏電阻具有輸出信號大，靈敏度高、穩(wěn)定性好、體積小、電阻值大等特點。多點溫度聲光報警電路以熱敏電阻作為溫度測量的敏感元件，依靠LM339器件實現(xiàn)被測溫度的檢測，并通過LED顯示和多諧振蕩電路實現(xiàn)多點溫度聲光報警。該電路結(jié)構(gòu)簡單，測量精度較高，成本低，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活及實際教學中。在教學中多點溫度聲光報警電路圍繞“產(chǎn)品從項目出”，“能力從實踐出”的主線，按照項目產(chǎn)品設(shè)計要求，使學生掌握傳感器相關(guān)知識、應(yīng)用技能，將所學知識融入到實際生產(chǎn)、生活中，并能根據(jù)實際需要研究開發(fā)新產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】溫度；熱電阻；項目教學

引言

溫度是一個很重要的物理量，自然界中任何物理、化學過程都緊密地與溫度相關(guān)。在人類社會的生產(chǎn)、科研和日常生活中，如電力、食品、化工、機械、冶金、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學等各行業(yè)，溫度的測量占有重要地位，在國防現(xiàn)代化及科學技術(shù)現(xiàn)代化中，溫度的精確檢測及控制更是必不可少。

1.測溫器件的選擇

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

熱電阻主要有負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）兩種類型。負溫度系數(shù)的熱敏電阻大多是由錳、鎳、鈷、鐵、銅等金屬的氧化物經(jīng)過燒結(jié)而成的半導體材料制成，因為它具有良好的性能，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且允許通過的最大電流不超過1.0mA。在使用時需注意：

（1）裁剪引線最小長度≥8mm。

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

2.多點溫度聲光報警電路

多點溫度聲光報警電路主要有溫度檢測電路和多諧振蕩電路兩部分構(gòu)成。其中集成運算放大器LM339和熱敏電阻組成溫度檢測電路；時基電路NE555和外圍元件組成多諧振蕩電路。工作時LM339集成運算放大器U1A-U1D接成電壓比較器電路，D9-D12構(gòu)成或門電路。電路的核心元件為負溫度系數(shù)熱敏電阻Rt1-Rt4，它們作為多點溫度檢測的敏感元件。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）處于截止狀態(tài)，輸出低電平，使多諧振蕩電路中NE555復位引腳4被強行復位，振蕩器處于不工作狀態(tài)，喇叭不報警。

當某一路熱敏電阻檢測溫度超高時，例如Rt1的溫度超過額定上限值時負溫度系數(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處于導通狀態(tài)，輸出高電平，使多諧振蕩電路中NE555復位引腳4變?yōu)楦唠娖?，振蕩器起振，蜂鳴器報警，提醒人們溫度較高并采取相應(yīng)的措施，防止事故發(fā)生。同時根據(jù)D5-D8點亮的情況就可以判斷出哪部分溫度較高，從而多點溫度實現(xiàn)聲光報警。

3.創(chuàng)新之處

本電路首先對溫度傳感器的進行選擇，若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；同時檢測環(huán)境復雜、測量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響，會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降。通過比較，選擇穩(wěn)定性好、靈敏度高、體積小、輸出信號大的熱敏電阻作為溫度檢測的靈敏元件。

在電路設(shè)計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線，測量距離達200米左右，這也是其他傳感器難以實現(xiàn)的。由于只用一個NE555振蕩電路，從而降低了電路制作的硬件的成本。溫度檢測系統(tǒng)的共同特點即環(huán)境復雜、測量點多、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠等。而本作品電路簡單、硬件成本低、測量可靠性較高，經(jīng)過完善也具有一定的社會經(jīng)濟前景。

本電路原理明晰結(jié)構(gòu)簡單，適合在教學中進行應(yīng)用。多點溫度聲光報警電路圍繞“產(chǎn)品從項目出”，“能力從實踐出”的主線，結(jié)合之前學生所學的溫度傳感器、光電傳感器和氣敏傳感器相關(guān)項目的制作，對所學知識進行實際應(yīng)用和創(chuàng)新，培養(yǎng)學生的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)，為學生的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。其意義是以項目為載體，以任務(wù)驅(qū)動為過程，加強學生對傳感器選型、調(diào)試、測量數(shù)據(jù)分析、電路設(shè)計等實際基本技能。教學內(nèi)容只需了解“為什么”（規(guī)律、原理…），重點強調(diào)“怎么做”（技能、經(jīng)驗…）及“怎樣做更好”（策略…），突出“做中學”、“學中做”。選定若干傳感器應(yīng)用檢測電路設(shè)計項目，以此為導向，讓學生完成從電路設(shè)計、元器件的選擇、參數(shù)的設(shè)定、電路調(diào)試的整個過程，從而培養(yǎng)學生電子產(chǎn)品的設(shè)計裝配崗位應(yīng)有的所有技能，使學習與實際工作崗位和工作過程緊密聯(lián)系。同時加強學生的創(chuàng)新實踐能力，將多個實驗項目組合成一個實驗內(nèi)容，提高設(shè)備使用率的同時拓展學生多學科綜合應(yīng)用能力。

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