項目6　汽車電壓監視電路

設計任務

汽車電壓監視電路用于監視汽車供電電壓是否正常。若汽車供電電壓在12～14.5V，則汽車供電電壓正常；若汽車供電電壓低于12V或高于14.5V，分別有相應的LED亮起來報警。

總體思路

本設計通過電壓比較器進行電壓比較，以實現上述功能。汽車供電電壓既作為汽車電壓監視電路的輸入電壓，又作為電源給整個電路供電。通過調節兩滑動變阻器，分別控制LM324芯片的兩個電壓比較器。當汽車供電電壓低于12V和高于14.5V時LM324芯片的兩個電壓比較器分別輸出高電平信號，此時通過三極管驅動對應的LED亮起來報警。當汽車供電電壓在12～14.5V的正常范圍之內，LM324芯片的兩個電壓比較器均輸出低電平，兩個LED均不亮。

系統組成

汽車電壓監視電路主要由以下兩個模塊組成。

電壓比較電路：主要用于對汽車供電電壓進行比較，判斷汽車供電電壓是否在正常范圍內。

LED驅動電路：通過兩個三極管導通使相應的LED亮起。

模塊詳解

汽車電壓監視電路如圖6-1所示。下面分別對汽車電壓監視電路的各模塊進行詳細介紹。

1.電壓比較電路

LM324芯片內部包含4個電壓比較器，本次設計用到其中兩個電壓比較器。如圖6-2所示的電路為電壓比較電路的上半部分，由電容C1、C2，電阻R1及穩壓二極管構成。其中，電容C1、C2起到濾波作用；電阻R1的作用是分壓，保護穩壓二極管不被擊穿。穩壓二極管的穩定電壓為6.2V，其兩端電壓分別作為LM324芯片內部第一個電壓比較器的同相輸入信號和第二個電壓比較器的反相輸入信號，參與電壓比較。

在Proteus中，對上述的濾波穩壓電路進行仿真，如圖6-3所示。用直流電壓表測量穩壓電路的輸出電壓為5V，符合此電路的設計要求。

如圖6-4所示的電路為電壓比較電路的下半部分，由LM324芯片、電阻R2、R4，滑動變阻器RV1和RV3組成。在圖6-4中，第一個電壓比較器的輸入端為2、3引腳，其輸出端為1引腳。第一個電壓比較器的同相輸入電壓為穩壓管兩端電壓，其反相輸入電壓通過調節滑動變阻器來控制。當第一個電壓比較器的同相輸入電壓大于其反相輸入電壓時，1引腳輸出高電平；當第一個電壓比較器的同相輸入電壓小于其反相輸入電壓時，1引腳輸出低電平。

在圖6-4中，第二個電壓比較器輸入端為5、6引腳，其輸出端為7引腳。第二個電壓比較器的同相輸入電壓通過調節滑動變阻器來控制，其反相輸入電壓為穩壓二極管兩端電壓。

第一個電壓比較器的作用是比較汽車供電電壓是否小于12V；第二個電壓比較器的作用是比較汽車供電電壓是否大于14.5V。

在Proteus中，對上述電壓比較電路的下半部分進行仿真，利用電壓探針觀測P02端的輸出電壓，并利用圖表仿真觀測結果。我們設計仿真實驗分為3種情況，分別為汽車供電電壓小于12V、汽車供電電壓大于14.5V、汽車供電電壓在12～14.5V的范圍內。

1）汽車供電電壓小于12V

當輸入的汽車供電電壓小于12V時，實測的汽車供電電壓為8V。從圖6-5中可以看出，第一個電壓比較器的輸出電壓大約為4.00V，第二個電壓比較器的輸出電壓大約為0.00V。這時第一個電壓比較器的輸出電壓會驅動黃色的LED亮起，符合我們對電路的設計要求。

2）汽車供電電壓大于14.5V

當輸入的汽車供電電壓大于14.5V時，實測的汽車供電電壓為15V。從圖6-6中可以看出，第一個電壓比較器的輸出電壓大約為0.00V，第二個電壓比較器的輸出電壓大約為4.00V。這時第二個電壓比較器的輸出電壓會驅動紅色的LED亮起，符合我們對電路的設計要求。

3）汽車供電電壓為12～14.5V

當輸入的汽車供電電壓為12～14.5V時，實測的汽車供電電壓為13V。從圖6-7中可以看出，第一個電壓比較器的輸出電壓與第二個電壓比較器的輸出電壓重合，同時為0.00V。這時兩個LED都會亮起，符合我們對電路的設計要求。

2.LED驅動電路

LED驅動電路由4個二極管D2～D5，電阻R3、R5～R9，兩個三極管Q1、Q2和兩個LED組成，并分為汽車供電電壓低于12V時的報警燈驅動電路和汽車供電電壓高于14.5V時的報警燈驅動電路，如圖6-8和圖6-9所示。

如圖6-8所示，二極管D2、D3串聯接于LM324芯片的1引腳。當汽車供電電壓小于12V時，LM324芯片的1引腳輸出高電平信號，三極管Q1導通，汽車供電電壓通過R8給黃色的LED供電，黃色的LED亮起。

如圖6-9所示，二極管D4、D5串聯接于LM324芯片的7引腳。當汽車供電電壓大于14.5V時，LM324芯片的7引腳輸出高電平信號，三極管Q2導通，汽車供電電壓通過R9給紅色的LED供電，紅色的LED亮起。

當汽車供電電壓在12～14.5V的范圍內，LM324芯片的1、7引腳均輸出低電平信號，三極管Q1、Q2截止，兩個LED均不亮。

R6、R7兩個電阻的作用是為三極管Q1、Q2提供開啟電壓。

在Proteus中，對LED驅動電路進行仿真。當汽車供電電壓小于12V時，P02端輸出高電平信號，用以驅動LED。同理，當汽車供電電壓高于14.5V時，P03端會輸出高電平信號，用以驅動LED。

1）汽車供電電壓小于12V

由圖6-10可以看出，當汽車供電電壓為8V時，比12V的設定電壓小，P02端輸出高電平信號，黃色的LED亮起。

2）汽車供電電壓高于14.5V

由圖6-11可以看出，當汽車供電電壓為15V時，比14.5V的設定電壓大，P03端輸出高電平信號，紅色的LED亮起。

總體電路仿真（見圖6-12）

電路板布線圖（見圖6-13）

實物照片（見圖6-14）

思考與練習

（1）簡述電壓比較器輸入電壓、輸出電壓特點。

答：電壓比較器的輸入電壓為模擬信號，其輸出電壓有高、低電平兩種狀態，用以表示比較結果。

（2）如圖6-1所示，在本設計中，為什么RV1的抽頭端接第一個電壓比較器的負端，而RV3的抽頭端接第二個電壓比較器的正端？

答：當汽車供電電壓小于12V時，第一個電壓比較器所接的黃色的LED要亮起，第一個電壓比較器應輸出高電平信號，故RV1的抽頭端接第一個電壓比較器的負端。

當汽車供電電壓大于14.5V時，第二個電壓比較器所接的紅色的LED要亮起，第二個電壓比較器應輸出高電平信號，故RV3的抽頭端接第二個電壓比較器的正端。

（3）敘述本電路調試方法。

答：在調試本電路時，先輸入12V電壓，調節滑動變阻器RV1，使第一個電壓比較器輸出信號翻轉。然后輸入14.5V電壓，調節滑動變阻器RV3，使第二個電壓比較器輸出信號翻轉。

特別提醒

（1）注意本設計電路與電源正、負極的正確連接。如果將汽車電壓監視電路與電源正、負極接反了，會使電解電容爆炸。

（2）在繪制PCB時，要留出接地點，以便于后續測試。