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:

 

学号:

 

姓名:

 

成绩:

 

日期:

 

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:

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

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