基于热敏电阻的多点温度声光报警电路

林卓彬 王迪

【摘要】热敏电阻具有输出信号大，灵敏度高、稳定性好、体积小、电阻值大等特点。多点温度声光报警电路以热敏电阻作为温度测量的敏感元件，依靠LM339器件实现被测温度的检测，并通过LED显示和多谐振荡电路实现多点温度声光报警。该电路结构简单，测量精度较高，成本低，可广泛应用于生产、生活及实际教学中。在教学中多点温度声光报警电路围绕“产品从项目出”，“能力从实践出”的主线，按照项目产品设计要求，使学生掌握传感器相关知识、应用技能，将所学知识融入到实际生产、生活中，并能根据实际需要研究开发新产品。

【关键词】温度；热电阻；项目教学

引言

温度是一个很重要的物理量，自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相关。在人类社会的生产、科研和日常生活中，如电力、食品、化工、机械、冶金、农业、医学等各行业，温度的测量占有重要地位，在国防现代化及科学技术现代化中，温度的精确检测及控制更是必不可少。

1.测温器件的选择

测控温度的关键是根据传感器或敏感元件进行的，其种类也很多。本电路主要依靠热敏电阻实现对温度的检测。热敏电阻是对温度敏感的电阻器的总称，热敏电阻输出信号大，灵敏度高、稳定性好、体积小、电阻值大等特点，已广泛于温度测量和控制领域。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的准确度最高，可达1mk；其灵敏度（即温度每变化1℃时电阻的变化）最高，在温室大棚内，温度测量精度一般0.5-1℃左右。输出线性好，在使用中只用简单的辅助回路就能得到线性输出，显示仪表可均匀刻度。热敏电阻的引线长度在100—200米，对测量造成的误差可以忽略不计，在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持0.1℃以下的稳定性，使测量系统的电路简单、使用方便。

热电阻主要有负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两种类型。负温度系数的热敏电阻大多是由锰、镍、钴、铁、铜等金属的氧化物经过烧结而成的半导体材料制成，因为它具有良好的性能，所以被大量的作为温度传感器使用，本电路采用NTC热敏电阻10K，阻值：（R25℃，C%）10KΩ±1%，测量温度范围-55～+125℃，耐焊接热（1秒）：230±5℃，使用电流：200μA且允许通过的最大电流不超过1.0mA。在使用时需注意：

（1）裁剪引线最小长度≥8mm。

（2）该热敏电阻的引线为焊接后环氧树脂包封，在上机焊接时应注意焊接温度与焊接时间的控制，适宜功率在20W～30W的电烙铁焊接。焊接点应距电阻本体6mm以上，焊接时间不得超过1 秒，重复焊接将影响电阻性能。

2.多点温度声光报警电路

多点温度声光报警电路主要有温度检测电路和多谐振荡电路两部分构成。其中集成运算放大器LM339和热敏电阻组成温度检测电路；时基电路NE555和外围元件组成多谐振荡电路。工作时LM339集成运算放大器U1A-U1D接成电压比较器电路，D9-D12构成或门电路。电路的核心元件为负温度系数热敏电阻Rt1-Rt4，它们作为多点温度检测的敏感元件。在正常温度下，U1A-U1D的输出均为低电平，发光二极管D1-D4发光，D5-D8熄灭，二极管1N4148（电路中D9-D12）处于截止状态，输出低电平，使多谐振荡电路中NE555复位引脚4被强行復位，振荡器处于不工作状态，喇叭不报警。

当某一路热敏电阻检测温度超高时，例如Rt1的温度超过额定上限值时负温度系数热敏电阻阻值减小使比较器U1A输出高电平，发光二极管D1熄灭，D5发光，二极管D9处于导通状态，输出高电平，使多谐振荡电路中NE555复位引脚4变为高电平，振荡器起振，蜂鸣器报警，提醒人们温度较高并采取相应的措施，防止事故发生。同时根据D5-D8点亮的情况就可以判断出哪部分温度较高，从而多点温度实现声光报警。

3.创新之处

本电路首先对温度传感器的进行选择，若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调整电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；同时检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。通过比较，选择稳定性好、灵敏度高、体积小、输出信号大的热敏电阻作为温度检测的灵敏元件。

在电路设计上巧妙地将热敏电阻的温度电阻变化应用于NE555振荡电路，简化了电路。由于热敏电阻的灵敏度高，电阻值大，热敏电阻可以直接使用普通导线，测量距离达200米左右，这也是其他传感器难以实现的。由于只用一个NE555振荡电路，从而降低了电路制作的硬件的成本。温度检测系统的共同特点即环境复杂、测量点多、布线分散、现场离监控室远等。而本作品电路简单、硬件成本低、测量可靠性较高，经过完善也具有一定的社会经济前景。

本电路原理明晰结构简单，适合在教学中进行应用。多点温度声光报警电路围绕“产品从项目出”，“能力从实践出”的主线，结合之前学生所学的温度传感器、光电传感器和气敏传感器相关项目的制作，对所学知识进行实际应用和创新，培养学生的职业能力和职业素养，为学生的可持续发展奠定基础。其意义是以项目为载体，以任务驱动为过程，加强学生对传感器选型、调试、测量数据分析、电路设计等实际基本技能。教学内容只需了解“为什么”（规律、原理…），重点强调“怎么做”（技能、经验…）及“怎样做更好”（策略…），突出“做中学”、“学中做”。选定若干传感器应用检测电路设计项目，以此为导向，让学生完成从电路设计、元器件的选择、参数的设定、电路调试的整个过程，从而培养学生电子产品的设计装配岗位应有的所有技能，使学习与实际工作岗位和工作过程紧密联系。同时加强学生的创新实践能力，将多个实验项目组合成一个实验内容，提高设备使用率的同时拓展学生多学科综合应用能力。

参考文献

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