这一方案的传感器输出电路是由单个传感器构成，由于压力变化使得电阻变化从而输出电压发生变化，它输出的电压直接经放大电路放大与滤波之后分别送至报警系统和表头。表头是可以直接显示模拟量的，所以得到的电压信号不需要进行数模转换，只需要让电压直接控制表头指针的偏转，然后规定好表头的量程和单位。这使得电路图比较简单，容易实现。
方案一传感器输出用桥式电路比方案二单应变片传感器输出的精度要高，避免了零点漂移与温漂，并且提高了电路的灵敏度和线性度，对整个设计来讲是非常有益的。而且发声电路用蜂鸣器比用一般的扬声器会使得电路更简单、更实惠。另外方案二中采取的表头中，不可避免有机械老化，不是很耐用。所以本设计我们采用方案一。
5
单元模块电路方案设计
对一个系统的设计，为使思路清晰和设计计划的拟定，通常将系统分成多个设计模块。对于压力检测与报警系统，我们将它划分为五个模块，分别是供电电路，压力感应电路，放大和滤波电路，压力报警电路，压力显示电路。下面我们就对该系统的各个模块进行分析。
供电电路
本系统中用到的很多芯片需要双电源供电，所以我们设计了能够输出±5V的稳定直流电压。这一部分电路用到的器件有LM7805，LM7905，两个二极管IN4001.，和自制的变压器。
稳压管LM7805是三端稳压电路，它的封装形式为T0220。它有一系列固定的是输出电压 ，应用十分广泛，由于内部电流的限制,以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。它的输出电流为100mA ，输出电压为5V，输出电压误差小于±5%，运行温度在0～125℃范围。最大输入电压为35V。
LM7905是三端固定式负稳压电路封装和安全措施和LM7805相似。输出电压为-5V，输出电压误差小于±5%，它的输出电流为100mA，运行温度在0～70℃范围，最大输入电压-35V。
二极管IN4001最大反相电压为50V，输出电流可达1A。 电子系统为降低运行成本一般都使用220V工频交流供电，而电子设备内部使用的都是稳恒直流电，因此，需要将交流电变换成直流电。本设计利用变压器将220V的交流电变成10V的交流电，该电压经过VD1和VD2整流，VD1 、VD2是IN4001，C1、C2滤波，LM7805和LM7905稳压为±5V后，提供给后续电路，使电路正常工作，电源电路原理图如图3所示。
D11T1N4001C1470uFAC 220VAC10VVINGNDC3220uF27805V3OUT+5D221N4001VIN1C2470uF7905GNDV3OUT-5C4220uF 图3
6
压力感应电路
我门采用型号为SP20C-G501的压力传感器，控制驱动电流稳定在1mA，则可以在一定压力范围内调节电桥平衡使输出电压在0～1mV。为得到1mA的恒定电流，我们用LM317L连成了一个1mA的恒流源。
Vref?Iadj，式中Vref是基准电压，IadjLM317L构成的恒流源，输出电流为Io?R是从调整端Iadj流出的电流，通常Iadj<50uA，虽然Iadj也随VI及环境的变化而变化，且也是Io的一部分，但由于Iadj仅为78xx的Iq的1%，与Io相比，Io可忽略。可见LM317L的恒流效果较好。由于LM317的Vref=1.25V，其最小的电压差为3V，因此输入电压VI达到4.25V，电路就能正常地工作。本设计中LM317L的输入点压为5V。压降为3.75V，通过电流1mA，所以损耗的功率为3.75mW。传感器部分电路原理图如图4所示。
+51LM 317LVINADJVOUT3Rp1K1.25K2SP20C 图 4
放大和滤波电路
从压力传感器出来的电压信号很微弱，仅为1mV，而且易受工频影响，为了便于应用与减小干扰，我们将输出电压信号进行放大与滤波处理。
我们采用仪用放大器LH0036作为第一级放大，是一种高精度的放大器。其最大输入失调电压1mV，共模抑制比100dB，输入阻抗高达300M?，电压增益
7
范围1～1000，输入电压范围±12V,输出短路时间连续，双电源供电，电源电压在±1v～±18V的范围内，我们采取±5V供电。它的放大倍数可以由可调电阻控制，放大倍数计算公式如下：Avcl?1?50K，Rg为接在引脚4和7之间的Rg电阻。可以看到当电阻值50Ω，放大倍数为1000，当电阻值无穷大时，放大倍数为1。它的内部连接有3个放大模块，构成了前级差分放大电路与后级的比例放大电路，输入阻抗大，输出阻抗小，共模增益大。这些优点都有适宜用做我们的放大电路部分的前级放大。另外LH0036的内部功耗约为1.5W
前级放大原则上放大倍率是500倍，但由于后面我们用到了有源滤波器，考虑到滤波效果，其放大倍数不好确定，所以前级放大我们在引脚4和7之间接可调电阻，以调整放大倍数，使总的放大倍数为1000倍，这样从这一部分电路输出的电压范围应是0～1V。
为了防止工频对信号的影响，我们对放大输出信号进行滤波。由于对信号幅值的稳定要求比较严格，通频带范围内的幅頻曲线应十分平稳，所以本设计选用巴特沃斯滤波器滤出10HZ以上的频率，它是电子滤波器的一种。其特点是通频带的频率响应曲线最平滑，频率响应曲线最大限度的平坦，没有起伏，而且超过频带宽度逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波形图上，从某以边界频率开始，振幅随着角频率的增加而逐渐减小，趋向负无穷大。它是唯一的一个无论阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的形状的滤波器。只不过滤波器的阶数越高，在阻频带振幅衰减速度越快。
本设计中，我们采用常用于有源滤波器的放大器OPA2111，该芯片内部集成了两个运算放大器A和B。选择电容和电阻时，电容宜在微法数量级下，因此我们选定电容为0.01uF，再根据截止频率为10Hz，我们计算出电阻R1、R4、
1R5和R8的值，R1?R4?R5?R8??1.6M?。选择R1、R3、R6和R7时，为
2?fC减小偏置电流的影响，应尽可能使加到运放同相端对地的直流电阻与加到反相端对地的电阻基本相等。
+51LM317LVINADJ2VOUT3Rp1K10uF1.25K5SP20C6LH0036+5C612R26.3MRg1K4R3944K+58R67.8MR76.3M62A111R11.6M8R4C70.01uF1.6M3C80.01uFA1R51.6MR81.6MC90.01uF5C100.01uFBOPA21117Vo17C51010uF-5图5
8
4-5
压力报警电路
为了知道压力过大我们设计了报警电路，它含有声音报警与光报警。无论是发声还是发光都需要控制电路，在本设计中用了电压比较器来控制报警系统。
电压比较器LM710是单电源工作集成器件，它的基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极性。电压比较器常用于自控制、波形产生与变换，数模转换及越限报警等许多场合，而本设计中比较器用于最后一种情况。集成式的比较器大多处于开环或正反馈的状态。在分析比较器时，虚断路原则仍然成立，虚短及虚地等概念仅在判断临界情况时才适应。我们在LM710正电压输入端接上5V电压，负电压输入端接0V电压，设定比较电压为1V，当输入电压小于1V时，输出的为0V，不能使后面的开关三极管导通，放光二极管和蜂鸣器也就不能工作。当输入电压大于1V时，输出电压跳变到5V，导通开关三极管，放光二极管和蜂鸣器通上了电，开始闪烁地放光和发声，达到报警的效果。报警电路原理图如图6所示。
+5100R94KBTS3140588BUZZER信号输入Vo1273R11100K9015R101KA34C112.2uF1 图6
为了防止外界短暂的干扰导致开关三极管瞬间导通而产生错误的报警,我们在电压比较器之后加一延时电路RC,由R11和C11构成。它可以在一定程度上避免外界干扰信号使报警器发生的错误报警，本电路的延迟时间在0.1s到0.2s之间，也就是对于维持时间小于0.2s的触发信号不报警，只有大于它时才触发声音报警于光报警。它的工作原理是利用电容两端的电压不能突变，当输出的5V电压加到电阻R11上时电容两端的电压在瞬间仍然是0V，后面的三极管还没导通。由于R11和C11的时间常数??R11C11=0.22s，所以，如果这个高电平持续时间超过 0.2s，电容C11上的电压会升高，并导通三极管，给发光二极管和蜂鸣器通上电。如果高电平持续时间小于0.2秒，则门1 的电压不足以达到导通三极管的电压大小，也就不会报警。
9