简易温度检测器电路工作原理解析

在日常生活中，对温度的及时检测能够减免火灾的发生，所以今天就说说温度检测器。

实际功能

在常温下显示数字0，随着温度的升高，数码管逐步显示1、3、8，分别代表三档温度，并且在显示8的时候，LED灯开始闪烁，代表温度过高而报警，当温度下降时，数码管的显示状态也要随之改变。至于为什么是显示1、3、8，而不显示1、2、3，是因为这个实际上是电子设计制作大赛的题目，会考虑到整体的难易程度，这里选择显示1，3，8是为了降低难度，并不是说1，2，3不能实现。

上面是电路原理图和实物图 ，电路图中两线相交未必就代表它们的真的相连了，只有它们相交，并且交点为黑色圆圈才代表两线相连，电流才能通过。

整体思路

电路原理图包含了电源部分、测温部分、显示部分、报警部分。看上去比较复杂，但实际上板块界限清晰，能把文章看完都能理解。电源部分提供直流电和断电开关（复位用的），测温部分就是比较电压，然后决定是否输出高电平，输出的高低电平决定显示部分显示的数字，报警部分在最高温度才有，同样是根据测试部分的输出作为信息源，用一个ne555能得到一个闪烁的LED。

电源模块

我们都知道民用电的电压的220V的交流电，但给我们的电路板要用的是8~15v直流电，所以就需要这个电源模块。

测温模块

整体思路：首先热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变，这时线性关系，所以温度与阻值是一一对应的关系，如果我们将热敏电阻与阻值选好的电阻进行串联，通过热敏电阻对温度变化的感应，让热敏电阻的阻值改变，串联电路中一个电阻阻值改变那么分压情况也一定改变，这时知道温度与阻值与电压三者都是一一对应的关系，当温度变化时，热敏电阻串联的电路的电压分配也会变化。我们再找出三个挡位所要的温度它对应的分压情况，再用两个阻值固定的电阻串联得到这个温度对应的电压，再找一个能比较电压的芯片，比较热敏电阻所串联线路的分压情况和我们自己根据温度对应电压所串联的线路，比较会出现三种结果，大于等于小于，这种比较器再根据结果输出高低电平用来控制数码管显示和报警指示灯的闪烁。

图中RV1就是热敏电阻，这里是NTC型，随着温度的升高电阻减小，还有一种是PTC，电阻随着温度升高而升高。在图中还有三条横线，对应三个比较器的反向输入端（就是图中的等边三角形），比较器就是LM393芯片，或者说LM393就是比较类型的芯片，一个393内涵两个比较器，所以图中有三个393的标注，但实际上只用两个芯片，这也可以解释出U1的A和B都有4和8脚，它们实际上是一个，连接实物的话连接一个就欧克了。LM393可以对输入口的电压进行比较，输入口分正向输入端和反向输入端，这没什么不同，就是区分两个输入端，它们在等边三角形（也就是393的符号）里用+、- 号标注了。具体的比较规则是正向输入的电压高于反相输入的电压时，LM393的输出脚输出高电平（也就是有电出来）。这个输出脚一个LM393芯片有两个，分别对应两个比较器的输出引脚，它们是1和7。

第一档：

了解完比较基本的规则，现在看看具体该怎么设置。我们都知道从电源负正极到电源负极，电压会逐渐降低，具体的降低速度根据电阻的大小而不同，但前半部分的电阻要是小，那么它之后还会剩余很多电压，如果前半部分的电阻比较大，后面的电压也就小了。知道这个后我们来看看几对电阻，R6和R2，R14和R4，R7和R13，它们就是我们自己设置的串联线路，分别对应了一个比较器，每一个比较器又对应了测温的温度阈值。这里以第一档为例，电源为15V的情况下，R6与R2的电阻都为10K，它们各得7.5v的电压，那么U1A的2脚输入了7.5V的电，由于阻值固定，所以这个电压也是固定的。这个是反相输入的电压7.5v，再来看看正向输入的电压，那就要看RV1和R1了，RV1为NTC，在在环境温度25摄氏度及一下的温度环境中，实际阻值为最大阻值，这里的阻值就为10K，那么在这时RV1=R1=10K，所以三号引脚同样为7.5v的电压，可这时温度升高，热敏电阻的阻值随之减小，那这时三号引脚得到的电压会如何变化呢，刚刚有说过，在前半部分电阻较小的时候，后半部分就将得到更多的电压以保证电流一样，而三号引脚的电压是谁的呢，是满电通过RV1之后剩余的电压，由于热敏电阻阻值减小，前半部分无法再占据7.5v的电压，也就是说后半部分的电压大于7.5v，具体是多少不知道，但肯不止置7.5v，那么3号引脚的电压就会大于2号引脚的标准7.5v，根据比较规则，1号引脚将会输出高电平，至于这个高电平会产生什么效果待会看，总之，这就是温度检测器第一档温度检测的原理（在常温时是显示0，第一档时显示1）。此时一二三比较器分别输出高电平、低电平、低电平。

第二档：

在第二档的时候不光需要第一个比较器输出高电平，还需要第二个比较器输出高电平，与此同时，三号比较器要输出低电平。观察发现，其实二号比较器输出高电平的时候，一号比较器也一定会输出高电平，温度未达到一定高度时三号比较器也一定是输出低电平的。观察图中的红线，不难发现三个比较器的正向输入端是相连的，再根据R6和R2，R14和R4，R7和R13的阻值，计算出反向输入端的固定电压分别是1/2，4/7，2/3，为明确表达这里用的分数形式，代表反相输入端所占电压的比值。再根据温度越高，热敏电阻阻值越小，R1所占电压越高，那么正向输入端的电压就越高，这样一来就有点像闯关游戏了，温度升高好比打游戏投入的时间，投入的多技术也得到了提升，所以正向电压升高，得到的回报就是能够打到更后的关卡。

第三档：

目前我们知道，三个比较器会随着温度升高逐个输出高电平，输出的这个高电平是用来去编码显示档数的，这里随着温度的升高逐步显示0，1，3，8。0是常温下显示的，这个待会还会说。第三档的高电平有着多个任务要完成，首先要让4511显示器显示出8，其次，由于在第三档的时候三个比较器都是输出高电平，这样一来显示器实际上是得到了输出12的信号（1+2+8），这很明显无法显示，就乱码了，这时我们就需要屏蔽掉一号比较器和二号比较器输出的高电平。

想要屏蔽掉一个高电平，无非就是用低电平，但目前为止我们只有一个高电平，如何才能得到低电平呢，这里用个简简单单的逻辑门即可。【数电，逻辑门八门全开！】https://www.bilibili.com/video/BV1bt4y1H7de?vd_source=d65838e71b096f0dab245117c585fd9d

 这里圈出的是4011芯片，我们现在并不知道它有什么功能，但我们可以猜出来。或与非三种逻辑门，或和与门都是有两个输入端的，当两个输入端给出不同的组合，得到的结果也是不同的。或门：有1得1，全0得0，与门：有0得0，全1得1，非门：输出与输入相反。之后还有或非门，与非门，原理都是一样的，比如或非门，先套用或门的规则（真值表），再套用非门的规则。如果有不确定或者这里头晕的朋友，可以先看上面的视频连接，视频非常的清楚明白。

回到我们的电路图，我们只有一个高电平，也就是1，要得到低电平，也就是0。直接用非门当然可以得到0，可我们现在有一个1，如果将两个输入端相连就相当于有两个1，那就是全1，可无论是与门还是非门，全1都为1，再加个非门能得到1，这里用的4011就是与非门。有人会问了为什么不直接用非门呢？这个电路图实际上是电子设计制作大赛的题目，只能用所给出的芯片进行设计，这里也就用的是4011这个与非门芯片，与门的规则是全1得1，那么与非门就是全1得0了，这里有不清楚可以多看两眼，也可以看视频。现在我们得到低电平了，那么这个低电频通过D1,D2两个二极管将比较器1和2传送过来的高电平给“带偏”了，这个高电平是没办法再传输到4511了，有朋友要问了，为什么要个二极管，直接连上不就可以了吗？与非门，全0得1，在第二三档的时候三号引脚输出的高电平通过4011会产生高电平而影响正常输出，所以利用一下二极管的单向导通性防止倒灌。U4:A和U4:B用来控制数码管的闪烁，这个待会还会说。

报警部分

这个模块讨论两个芯片，一个是老朋友NE555，另外一个是4040。NE555就两个功能，一个是定时，一个是延时。这里显然是定时，4号引脚接到了三号比较器的输出端，而4号引脚又是低电工作的复位端，正常工作4号引脚得是高电平，意思是NE555只能在4号引脚接收到高电平的时候才能正常工作，那也正好对应了第三档的时候要有灯闪烁。NE555的3号引脚是输出端，输出的周期T=0.7*（R15+2R16）*C1，电容电阻周期的单位是法拉，欧姆，秒。就这样电脉冲输出到了4040的10引脚。关于4040，除了Q0~Q11,还有CLK和MR，Q0~Q11是12个输出引脚，CLK是时钟输入端，MR是复位端。4040的4号引脚输出信号连接到了一个4011的引脚（U4：B），当4号引脚输出是通过4011接到了数码管的阴极，这时4011给出的是低电平（大家自己根据前面的知识判断如何输出的低电平），这样就使得数码管熄灭，但是4号引脚输出高电平只是一瞬间的事情，很快就轮到后面的引脚输出高电平，正因为这样达到了数码管一亮一灭的效果，同时也让LED灯D3能在第三档的时候闪烁。

总结

整个电路图看上去是比较复杂的，但拆分看都有自己完整的逻辑，而弄懂各个板块之后，把他们联系在一起也不是什么难事了。