8路巡回检测报警系统的设计与实现.docx

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8路巡回检测报警系统的设计与实现

电子电路实验3综合设计总结报告

题目：

8路巡回检测、报警系统的设

计与实现

班级：

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成绩：

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摘要

随着电子技术的发展，家用电器和办公设备的智能化、系统化已成为发展趋势，而这些高性能的设备几乎都要通过电子电路实现。

同时，温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数，对其的测量和研究也变得极为重要。

本实验基于数字，模拟电子电路相关知识实现了8路温度巡回检测、报警系统。

此系统包括555时钟电路、计数与译码显示电路、拨码开关和数据选择电路、蜂鸣报警电路等模块。

各模块焊接前均用Multisim软件对电路进行了仿真。

8路通道用8个拨码开关实现对工作状态的模拟，该系统能对多个通道的运行状态进行巡回检测，当某一通道发生故障（既拨动对应通道的开关）时，由检测系统发出报警并显示发生故障的通道号，故障排除后，系统可继续进行巡回检测。

目录3

1设计任务4

1.1设计选题4

1.2设计任务要求4

2方案设计与论证5

2.1方案一5

2.2方案二6

3单元电路的选定和设计7

3.1拨码开关电路、数据选择器和蜂鸣报警电路7

3.2循环计数器和译码显示电路9

3.3时钟发生电路9

3.4窗口电压比较器电路....................................................................................................11

3.5温度传感器电路............................................................................................................12

4装配与调试..............................................................................................................................14

4.1装配注意事项..............................................................................................................14

4.2测试仪器......................................................................................................................15

4.3拨码开关电路、数据选择器和蜂鸣报警电路的测试.................................................15

4.4循环计数器、译码显示电路的测试............................................................................16

4.5时钟发生电路的测试....................................................................................................17

4.6窗口电压比较器电路的测试......................................................................................17

4.7温度传感器电路的测试20

5实验总结21

5.1完成情况21

5.2问题及对策21

5.3收获与体会22

6参考文献22

7附录22

附录1系统电路图22

附录2元器件清单24附录3实物照片25

附录4实验日志26

1.设计任务

1.1设计选题

8路巡回检测报警系统的设计与实现

1.2设计任务要求

设计一个8路巡回温度状态检测、报警系统，能够对8个测试区域的温度状态是否正常进行巡回检测；当某一测试区域的温度超过正常范围时，由巡回检测系统发出报警并显示第几个测试区域出现故障。

1.基本要求：

（1）实现一个8通道状态巡回检测系统，该系统在正常状态下输入低电平，而高电平输入表示出现故障。

（2）巡回检测周期要求不超过8秒。

（3）当某一个通道出现故障时，停止检测，并且发出报警和显示故障通道的序号。

（4）电压比较器：

可设定上、下限电压报警值；当铂热电阻传感器调节电路输出电压超过上、下限值时，输出低电平。

（5）利用铂热电阻Pt100完成温度检测，实现温度量转换为直流电压，并要求温度变化20度时，检测电路输出的电压变化不小于1V。

2、扩展要求：

利用湿度传感器CM-R实现湿度状态测量。

2方案设计与论证

2.1方案一

基本要求部分，用八个拨码开关，模拟八路通道工作状态，闭合拨码开关时，74LS151对应输入端输入低电平，W输出高电平，驱动数码管，蜂鸣器响，74LS151芯片Y端口输出为低电平，计数器74LS160停止计数，QA，QB,QC输出数据保持为出现故障的二进制码，通过译码器得到数据在共阳数码管上显示的是一个不变的值。

利用555震荡电路产生10Hz的计数脉冲，用于74ls160计数器计数工作，满足检测周期不超过八秒的要求。

当数据控制端处于高电平时，74ls160开始计数，通过QA，QB，QC，QD，输出bcd码到74ls47和74ls151的A,B.C端口。

计数器一直在0~7循环，出现7的时候，计数器74ls160芯片QA，QB,QC,QD分别显示1,1,1,0，接下来出现8的时候，QA,QB,QC,QD显示0,0,0,0，通过反相器输出一个低电平，计数清零。

译码器电路，采用74ls47d译码输出，通过数码管显示扫描结果，当无故障时，数码管一次显示0~7的数字，当某一路出现故障时，停止巡回检测，数码管时钟显示这一路对应数码。

采用电压比较器设定上、下限电压报警值；当检测电压超过设定上、下限值时，输出低电平，蜂鸣器报响。

系统方框图如图2.1所示。

图2.1系统方框图

2.2方案二

采用带有中断控制器的单片机来实现，利用软件定时来对八个通道逐次扫描和驱动数码管动态显示。

利用中断系统捕捉下降沿电平，当通道由高电平跳变为低电平时，单片机捕捉到下降沿，停止扫描，同时让数码管显示该通道和驱动蜂鸣器报警。

由于本题目有八路通道，故需要用到八路外部中断，因此需要采用较为高端的单片机，如STM32系列。

方案二电路简单，只需要单片机最小系统和一个数码管即可。

但是编写软件的难度较大而且成本较高，电路板不适合自己动手焊接。

综上所述，从实验的要求，方案的难易程度以及方案是否易于实施的角度考虑，采用方案一，此方案满足本选题的技术指标要求，难度较低，只涉及硬件电路部分，对于软件部分不做要求，易于实现。

3单元电路的选定和设计

3.1拨码开关电路、数据选择器和蜂鸣报警电路

图3.1拨码开关电路、数据选择器和蜂鸣报警电路

如图3.1所示，拨码开关一端与相接，另一端接数据选择器的通道引脚。

若拨码开关闭合，则该通道被认为接低电平，若断开，则该通道被认为接高电平。

数据选择器选用八选一芯片74LS151，通过控制地址端从而确定哪一路被选通，选通的那一路从Y端输出，~W端输出与其相反。

由于高电平为正常，低电平为异常。

在正常情况下蜂鸣器应该不响。

故蜂鸣器应接到~W端，一旦被选通的通道为低电平，~W端输出高电平，三极管导通，蜂鸣器响，发出警报。

TTL器件输入引脚悬空即为高电平，但实际测量发现其高电平与5V差的较大，故需要接上拉电阻，使系统稳定性提高。

根据经验上拉电阻一般取值为1K~10K,这里取1K,三极管实际选用9013，偏置电阻取

1K。

地址选择为100，开关断开时，~W端输出低电平，蜂鸣器不响。

开关闭合时，~W端输出高电平，蜂鸣器响。

仿真如下图所示：

3.2循环计数器和译码显示电路

图3.2循环计数和译码显示电路

如图3.2所示，在时钟信号作用下，当数据控制端ENP处于高电平时，74LS160开始计数，QA,QB,QC,QD输出BCD码到74LS47的A,B,C,D端，数码管实时显示当前检测的通道号。

计数到8时对应1000，QD端输出高电平，通过反相器74LS04输出一个低电平给74LS160的CLR端，计数清0，从0开始重新计数，实现0-7的循环八进制计数。

采用74ls47驱动显示译码电路，显示部分使用的是共阳数码管，74ls47的A~G输出端分别对应接数码管的a~g,，通过上拉电阻对数码管进行分压限流。

LED数码显示模块的工作电压为1.66V，工作电流为10mA。

上拉电阻阻值计算为：

根据实验室提供的电阻，选用R=330欧。

3.3时钟发生电路

采用NE555接成多谐振荡器，RST为高电平时电路正常工作，DIS端为555芯片内部三极管的集电极，其中电容的充放电利用二极管使其相互分开，并令这两条回路的充放电时间常数τ相同，以便使所形成的波形为占空比为50%的方波，当输出为高时，DIS端电压被拉至0V，电容C1通过D2，R2放电，当输出低电平时，VCC通过R1，D1给C1充电。

充电时间：

放电时间：

振荡周期：

故取：

C1=0.1uF，C2=0.01uF，，

电路及仿真波形如下图所示

图3.3.1时钟发生电路

图3.3.2仿真波形

3.4窗口电压比较器电路

窗口电压比较器有两个阈值，实验要求超过其上下限时输出低电平，所以用两片运算发大器接成具有不同阈值的电压比较器即可，这里的运算发大器采用的是LM324，由于阈值的上下限可调所以用滑动变阻器构成的分压器电路。

上限电压：

下限电压：

取

输入低于下限电压2V时

输入高于上限电压3V时

3.5温度传感器电路

采用R1,R2,R3,Pt100构成单臂测量电桥，当Pt100电阻与R1,R2,R3不同时，电桥输出一个mV级的压差信号U1，U1，经过运放LM324放大后输出期望大小的电压U2，电路中R7=R6,R1=R4,放大倍数=R6/R1，运放采用单一5V供电。

Pt100随温度变化阻值发生改变后，U2大小正负也随之改变，因此，采用双LM324，可保证Pt100>R,Pt100

该输出电平的高低区分不明显，串联接入两个反相器。

经测试，实验室温度下pt100阻值为107欧姆，故选取电桥电阻R=110欧姆。

放大倍数:

电桥输出电压：

电路如下图所示：

Pt100

Pt100>R时

4装配与调试过程

4.1装配注意事项

1、注意电路布局；2、尽量少用跳线；

4.2测试仪器

（1）万用表；

（2）直流稳压电源：

EM1712DC；（3）信号源：

（4）示波器：

TDS3502B500MHz

4.3拨码开关电路、数据选择器和蜂鸣报警电路的测试

在电路上电的情况下，拟给数据选择器一个地址输入，选通相应的数据通道，然后测量输出端Y的电平状态是否与该通道的输入电平状态一致，若输入为高电平，蜂鸣器应该响起警报声，低电平时不响，只有满足上述条件才认为该部分电路设计正确。

具体的实物电路如图4.1所