8路巡回檢測、報警系統(tǒng)的設計實現(xiàn)分析

1、-電子電路實驗 3 綜合設計總結(jié)報告題目：8 路巡回檢測、報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)班級：*：成績：日期：. z-摘要隨著電子技術(shù)的開展，家用電器和辦公設備的智能化、系統(tǒng)化已成為開展趨勢，而這些高性能的設備幾乎都要通過電子電路實現(xiàn)。同時，溫度作為與我們生活息息相關(guān)的一個環(huán)境參數(shù)，對其的測量和研究也變得極為重要。本實驗基于數(shù)字，模擬電子電路相關(guān)知識實現(xiàn)了8路溫度巡回檢測、報警系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括555時鐘電路、計數(shù)與譯碼顯示電路、撥碼開關(guān)和數(shù)據(jù)選擇電路、蜂鳴報警電路等模塊。各模塊焊接前均用Multisim軟件對電路進展了仿真。8路通道用8個撥碼開關(guān)實現(xiàn)對工作狀態(tài)的模擬，該系統(tǒng)能對多個通道的運行狀態(tài)進展巡回

2、檢測，當*一通道發(fā)生故障既撥動對應通道的開關(guān)時，由檢測系統(tǒng)發(fā)出報警并顯示發(fā)生故障的通道號，故障排除后，系統(tǒng)可繼續(xù)進展巡回檢測。目錄目錄31設計任務41.1 設計選題41.2 設計任務要求42方案設計與論證52.1 方案一52.2 方案二63 單元電路的選定和設計73.1撥碼開關(guān)電路、數(shù)據(jù)選擇器和蜂鳴報警電路73.2循環(huán)計數(shù)器和譯碼顯示電路93.3時鐘發(fā)生電路93.4窗口電壓比較器電路.113.5溫度傳感器電路.124 裝配與調(diào)試 .144.1裝配本卷須知 .144.2測試儀器 .154.3撥碼開關(guān)電路、數(shù)據(jù)選擇器和蜂鳴報警電路的測試.154.4循環(huán)計數(shù)器、譯碼顯示電路的測試 .164.5時鐘發(fā)

3、生電路的測試.174.6窗口電壓比較器電路的測試 .174.7溫度傳感器電路的測試205 實驗總結(jié)215.1完成情況215.2問題及對策215.3收獲與體會226 參考文獻227 附錄22附錄 1 系統(tǒng)電路圖22附錄 2 元器件清單24附錄 3 實物照片25附錄 4 實驗日志261.設計任務1.1 設計選題8路巡回檢測報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)1.2 設計任務要求設計一個8路巡回溫度狀態(tài)檢測、報警系統(tǒng)，能夠?qū)?個測試區(qū)域的溫度狀態(tài)是否正常進展巡回檢測；當*一測試區(qū)域的溫度超過正常圍時，由巡回檢測系統(tǒng)發(fā)出報警并顯示第幾個測試區(qū)域出現(xiàn)故障。1.根本要求：1實現(xiàn)一個8通道狀態(tài)巡回檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在正常狀態(tài)

4、下輸入低電平，而高電平輸入表示出現(xiàn)故障。2巡回檢測周期要求不超過8秒。3當*一個通道出現(xiàn)故障時，停頓檢測，并且發(fā)出報警和顯示故障通道的序號。4電壓比較器：可設定上、下限電壓報警值；當鉑熱電阻傳感器調(diào)節(jié)電路輸出電壓超過上、下限值時，輸出低電平。5利用鉑熱電阻Pt100完成溫度檢測，實現(xiàn)溫度量轉(zhuǎn)換為直流電壓，并要求溫度變化20度時，檢測電路輸出的電壓變化不小于1V。2、擴展要求：利用濕度傳感器CM-R實現(xiàn)濕度狀態(tài)測量。2 方案設計與論證2.1 方案一根本要求局部，用八個撥碼開關(guān)，模擬八路通道工作狀態(tài)，閉合撥碼開關(guān)時，74LS151 對應輸入端輸入低電平，W輸出高電平，驅(qū)動數(shù)碼管，蜂鳴器響，74LS

5、151 芯片 Y 端口輸出為低電平，計數(shù)器 74LS160 停頓計數(shù)，QA，QB,QC 輸出數(shù)據(jù)保持為出現(xiàn)故障的二進制碼，通過譯碼器得到數(shù)據(jù)在共陽數(shù)碼管上顯示的是一個不變的值。利用 555 震蕩電路產(chǎn)生 10Hz 的計數(shù)脈沖，用于 74ls160 計數(shù)器計數(shù)工作，滿足檢測周期不超過八秒的要求。當數(shù)據(jù)控制端處于高電平時，74ls160 開場計數(shù)，通過 QA，QB，QC，QD，輸出 bcd 碼到 74ls47 和 74ls151 的 A,B.C 端口。計數(shù)器一直在 07 循環(huán)，出現(xiàn) 7 的時候，計數(shù)器 74ls160 芯片 QA， QB,QC,QD 分別顯示 1,1,1,0，接下來出現(xiàn) 8 的時候

6、，QA,QB,QC,QD 顯示 0,0,0,0，通過反相器輸出一個低電平，計數(shù)清零。譯碼器電路，采用 74ls47d 譯碼輸出，通過數(shù)碼管顯示掃描結(jié)果，當無故障時，數(shù)碼管一次顯示 07 的數(shù)字，當*一路出現(xiàn)故障時，停頓巡回檢測，數(shù)碼管時鐘顯示這一路對應數(shù)碼。采用電壓比較器設定上、下限電壓報警值；當檢測電壓超過設定上、下限值時，輸出低電平，蜂鳴器報響。系統(tǒng)方框圖如圖 2.1 所示。圖2.1系統(tǒng)方框圖2.2方案二采用帶有中斷控制器的單片機來實現(xiàn)，利用軟件定時來對八個通道逐次掃描和驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示。利用中斷系統(tǒng)捕捉下降沿電平，當通道由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，單片機捕捉到下降沿，停頓掃描，同時讓數(shù)碼管

7、顯示該通道和驅(qū)動蜂鳴器報警。由于此題目有八路通道，故需要用到八路外部中斷，因此需要采用較為高端的單片機，如STM32系列。方案二電路簡單，只需要單片機最小系統(tǒng)和一個數(shù)碼管即可。但是編寫軟件的難度較大而且本錢較高，電路板不適合自己動手焊接。綜上所述，從實驗的要求，方案的難易程度以及方案是否易于實施的角度考慮，采用方案一，此方案滿足本選題的技術(shù)指標要求，難度較低，只涉及硬件電路局部，對于軟件局部不做要求，易于實現(xiàn)。3 單元電路的選定和設計3.1撥碼開關(guān)電路、數(shù)據(jù)選擇器和蜂鳴報警電路圖3.1 撥碼開關(guān)電路、數(shù)據(jù)選擇器和蜂鳴報警電路如圖3.1所示，撥碼開關(guān)一端與相接，另一端接數(shù)據(jù)選擇器的通道引腳。假設

8、撥碼開關(guān)閉合，則該通道被認為接低電平，假設斷開，則該通道被認為接高電平。數(shù)據(jù)選擇器選用八選一芯片74LS151，通過控制地址端從而確定哪一路被選通，選通的那一路從Y端輸出，W端輸出與其相反。由于高電平為正常，低電平為異常。在正常情況下蜂鳴器應該不響。故蜂鳴器應接到W端，一旦被選通的通道為低電平，W端輸出高電平，三極管導通，蜂鳴器響，發(fā)出警報。 TTL器件輸入引腳懸空即為高電平，但實際測量發(fā)現(xiàn)其高電平與5V差的較大，故需要接上拉電阻，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。根據(jù)經(jīng)歷上拉電阻一般取值為1K10K,這里取1K,三極管實際選用9013，偏置電阻取1K。地址選擇為100，開關(guān)斷開時，W端輸出低電平，蜂鳴器不響

9、。開關(guān)閉合時，W端輸出高電平，蜂鳴器響。仿真如以下圖所示：3.2 循環(huán)計數(shù)器和譯碼顯示電路圖3.2循環(huán)計數(shù)和譯碼顯示電路如圖3.2所示，在時鐘信號作用下，當數(shù)據(jù)控制端ENP處于高電平時，74LS160開場計數(shù)，QA,QB,QC,QD輸出BCD碼到74LS47的A,B,C,D端，數(shù)碼管實時顯示當前檢測的通道號。計數(shù)到8時對應1000，QD端輸出高電平，通過反相器74LS04輸出一個低電平給74LS160的CLR端，計數(shù)清0，從0開場重新計數(shù)，實現(xiàn)0-7的循環(huán)八進制計數(shù)。采用74ls47驅(qū)動顯示譯碼電路，顯示局部使用的是共陽數(shù)碼管，74ls47的AG輸出端分別對應接數(shù)碼管的ag,，通過上拉電阻對數(shù)

10、碼管進展分壓限流。LED數(shù)碼顯示模塊的工作電壓為1.66V，工作電流為10mA。上拉電阻阻值計算為：根據(jù)實驗室提供的電阻，選用R=330歐。3.3 時鐘發(fā)生電路采用NE555接成多諧振蕩器，RST為高電平時電路正常工作，DIS端為555芯片部三極管的集電極，其中電容的充放電利用二極管使其相互分開，并令這兩條回路的充放電時間常數(shù)一樣，以便使所形成的波形為占空比為50%的方波，當輸出為高時，DIS端電壓被拉至0V，電容C1通過D2，R2放電，當輸出低電平時，VCC通過R1，D1給C1充電。充電時間：放電時間：振蕩周期：故?。篊1=0.1uF，C2=0.01uF，電路及仿真波形如以下圖所示圖時鐘發(fā)生

11、電路圖仿真波形3.4 窗口電壓比較器電路窗口電壓比較器有兩個閾值，實驗要求超過其上下限時輸出低電平，所以用兩片運算發(fā)大器接成具有不同閾值的電壓比較器即可，這里的運算發(fā)大器采用的是LM324，由于閾值的上下限可調(diào)所以用滑動變阻器構(gòu)成的分壓器電路。上限電壓：下限電壓：取輸入低于下限電壓2V時輸入高于上限電壓3V時3.5 溫度傳感器電路采用R1,R2,R3,Pt100構(gòu)成單臂測量電橋，當Pt100電阻與R1,R2,R3不同時，電橋輸出一個mV級的壓差信號U1，U1，經(jīng)過運放LM324放大后輸出期望大小的電壓U2，電路中R7=R6,R1=R4,放大倍數(shù)=R6/R1，運放采用單一5V供電。Pt100隨溫

12、度變化阻值發(fā)生改變后，U2大小正負也隨之改變，因此，采用雙LM324，可保證Pt100>R,Pt100<R時輸出為高電平,Pt100=R時輸出為低電平。該輸出電平的上下區(qū)分不明顯，串聯(lián)接入兩個反相器。經(jīng)測試，實驗室溫度下pt100阻值為107歐姆，應選取電橋電阻R=110歐姆。放大倍數(shù):電橋輸出電壓：電路如以下圖所示：Pt100<R時Pt100>R時4 裝配與調(diào)試過程4.1 裝配本卷須知1、注意電路布局；2、盡量少用跳線；4.2 測試儀器1萬用表；2直流穩(wěn)壓電源：EM1712 DC；3信號源：(4)示波器：TDS3502B 500MHz4.3 撥碼開關(guān)電路、數(shù)據(jù)選擇器和

13、蜂鳴報警電路的測試在電路上電的情況下，擬給數(shù)據(jù)選擇器一個地址輸入，選通相應的數(shù)據(jù)通道，然后測量輸出端Y的電平狀態(tài)是否與該通道的輸入電平狀態(tài)一致，假設輸入為高電平，蜂鳴器應該響起警報聲，低電平時不響，只有滿足上述條件才認為該局部電路設計正確。具體的實物電路如圖4.1所示。數(shù)據(jù)選擇器檢測采用先設置74LS151的地址輸入，即選定一個數(shù)據(jù)輸入通道，然后檢測的是輸出端Y的電平是否隨著該數(shù)據(jù)輸入通道的電平變化而變化。具體過程如下：1、如圖左圖所示，設置74LS151的地址輸入為100紅線接地，TTL懸空為高電平，即選通的數(shù)據(jù)通道為D4；。2、從中可以看出，輸出端W的電壓為0.20V，可認為低電平，與Y端

14、輸出相反。 3、從圖右圖可得，W端電壓為4.43V，可認為是高電平，Y端為低電平，此時蜂鳴器發(fā)出報警時，滿足輸入為高電平時報警的條件。對于其余7路通道的檢測，方法亦如此，只有改變輸入地址即可。最終檢測結(jié)果是該局部電路滿足設計的要求。4.4 循環(huán)計數(shù)器、譯碼顯示電路的測試74LS160的是時鐘輸入可以用信號發(fā)生器的方波替代，給電路上電，計數(shù)器在時鐘信號的作用下開場循環(huán)記數(shù)，并將計數(shù)狀態(tài)送給7447進展譯碼，結(jié)果在數(shù)碼管上顯示。將計數(shù)器的ENP端接成高電平，觀察數(shù)碼管是否循環(huán)顯示，測試結(jié)果如下：圖圖圖圖中顯示為數(shù)字6，可以看到數(shù)碼管有兩處不能正常顯示，圖中的數(shù)字0亦如此，但不影響其正常功能，我們依

15、舊可以觀察到數(shù)碼管07的數(shù)字顯示，所以，此單元測試符合要求。4.5 時鐘發(fā)生電路的測試555時鐘電路接入電源后，用示波器觀察能顯示出占空比為50%的方波。實際555電路輸出波形如圖4.5所示。從圖中可以看出方波頻率f=8.013HZ，經(jīng)計算，滿足巡回檢測周期不超過8s的要求。4.6窗口電壓比較電路的測試窗口電壓比較器的測試方法為：在確保電路已經(jīng)上電的情況下，調(diào)節(jié)電容，使得該電路有兩個不同的電壓閾值，同時使輸入電壓從小于下限電壓的值慢慢增大，直到大于上限電壓為止。觀察其輸出端是否滿足“低電平高電平低電平的變化規(guī)律。上限電壓下限電壓輸入在閾值圍輸出輸入在閾值圍外輸出4.6 溫度傳感器電路的測試如以

16、下圖左上方5 實驗總結(jié)5.1 完成情況5.2 問題及對策5.3 收獲與體會本次實驗中，運用自己所學的知識，獨立的設計、仿真、焊接、調(diào)試電路，熟練了Multisim的應用，提高了我的動手能力以及分析、排除故障的能力，也讓我更加熟練運用所學知識。在焊接過程中我學到了很多，焊接前的合理布局，實驗儀器的使用，遇到故障時的分析排查。實驗中，多數(shù)故障都是因為焊接電路出錯或芯片未正常供電導致，所以實驗中，我們必須要細心，并且出現(xiàn)錯誤也不能著急，要靜下心來逐一排錯才行。6 參考文獻1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底(第5版) .清華大學電子學教研組,高等教育 (2006-05).2 紅.模擬電子技術(shù)根底第3版.工程能

17、大學2021-01.3 施齊云等.數(shù)字電子技術(shù)實踐教程.工程大學4 施齊云等.數(shù)字電子技術(shù)根底.工程大學7附錄附錄一系統(tǒng)電路圖附錄二元器件清單8路溫度狀態(tài)巡回檢測、報警系統(tǒng)元器件清單元器件數(shù)量萬用板18位撥碼開關(guān)1共陽數(shù)碼管5101BH1Pt100熱電阻1蜂鳴器174LS151 8選1數(shù)據(jù)選擇器174LS160十進制計數(shù)器174LS046非門174LS47譯碼器1NE5551LM3241電容0.01uF1電容0. 1uF1C9013三極管11N4148二極管420k電位器1DIP163DIP142DIP83110電阻3330電阻71K電阻13510電阻110K電阻23.3K電阻175

18、0K電阻2排針假設干杜邦線帽假設干導線假設干焊錫假設干附錄三實物照片附錄四實驗日志一 8路巡回檢測、報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)實驗日志指導教師:實驗時間：學院:專業(yè):班級:*: 實驗室: 實驗題目：8 路巡回檢測、報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)實驗目的：1、培養(yǎng)學生能夠綜合運用電子技術(shù)知識，獨立設計綜合性較強的系統(tǒng)級實驗工程一個多路溫度狀態(tài)巡回檢測系統(tǒng)2、培養(yǎng)學生能夠根據(jù)工程需求，獨立地查閱中英文資料如電子器件手冊等有關(guān)資料，并給出設計方案、完成設計任務。3、掌握電子設計根本過程與方法，掌握各類根本單元的設計方法，進而利用單元模塊實現(xiàn)電子系統(tǒng)設計，掌握電子系統(tǒng)的根本調(diào)試手段及測試指標。4、提高書寫綜合設計性總結(jié)報告的能力。實驗要求：設計一個8路溫度狀態(tài)巡回檢測，能夠?qū)?個測試區(qū)域的溫度狀態(tài)是否正常進展巡回檢測；當*一測試區(qū)域的溫度超過正常圍時，由巡回檢測系統(tǒng)發(fā)出報警并顯示第幾個測試區(qū)域出現(xiàn)故障。1、根本要求：1實現(xiàn)