8路温度巡回检测、报警系统要点

8路巡回检测、报警系统

一、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、电压比较电路、Pt100测温电路等模块。各模块焊接前均用Multisim软件对电路进行了仿真。8路通道中，有6路采用拨码开关实现对通道的工作状态模拟，1路采用滑动变阻器与窗口比较器实现通道的工作状态模拟，还有1路为热电阻Pt100的测温电路，且后两路通道均设置两个阈值，可检测系统工作状态是否处于正常范围之内。该系统能够对多个通道的工作状态（如温度）是否正常进行巡回检测。当某一通道出现故障（如超温）时，由巡回检测系统发出报警并显示故障的通道号，故障排除后，系统可继续进行巡回检测。

二、设计任务

2.1 设计选题

选题八：8路巡回检测、报警系统的设计与实现

2.2 设计任务要求

（1）基本要求：用十进制计数器、数据选择器、显示译码器和适当门电路设计一个8路循环检测报警器，循环检测周期不超过8秒。当某一路出现故障（如超温）时停止检测，并且发出报警和显示故障的通道号；

（2）扩展要求1：电源电压模拟：要求采用滑动变阻器设计与实现2路电源电压输出的模拟。电压比较器可设定上、下限电压报警值；

（3）扩展要求2：实现1路热电阻Pt100的测温电路。

三、方案设计与论证

接通电源后，555芯片在3口输出10Hz的时钟信号，在此信号的控制下，74ls160开始在0~7内循环计数，通过QA，QB，QC，QD输出BCD码到74ls47和74ls151的A，B，C端口。八路通道的电压输出值送入74LS151八路数据选择器的D0~D7端，74LS151的Y和~W互为反码形式输出，Y接74LS160的控制端ENT，~W接蜂鸣器。正常情况下，~W输出为低电平，无法驱动三极管，蜂鸣器不响。当有某一路或多路出现故障时，Y端输出为低电平，计数器74LS160停止计数，QA，QB,QC输出数据保持为出现故障时接受的二进制码，通过译码器在共阳数码管上显示的是一个不变的值，即故障通道号，~W端输出一个高电平，三极管导通，蜂鸣器响。系统方框图见图1：

图1 系统方框图

此系统全部使用硬件搭建，未使用单片机，无需编程，芯片采用了74系列，在

满足题目要求的前提下降低了系统的开发成本，且硬件电路结构简单，易于实现。

四、电路单元参数的选定和设计实现

4.1 555时钟电路

将555接成多谐振荡器，当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，当输出为高时，DIS 端电压被拉低至0V ，电容C1通过D2,R2放电，反之，输出为低时，VCC 通过R1，D1给C1充电。电路参数计算过程如下： 充电时间：1112**T Ln C R = 放电时间：2122**T Ln C R =

振荡周期：121122**()T T T Ln C R R =+=+ 取 10f Hz =

可 得：10.1C uF =，20.1C uF =，1750R k =，2750R k = 电路图如图2所示：

图2 555时钟电路

输出端仿真波形如图3所示：

图3 555仿真输出波形

图4 数码管显示电路

4.3 拨码开关和数据选择电路

八路通道参数由拨码开关模拟，送入74LS151八个数据输入口，其中A,B,C 为数据选择端口。正常情况下，Y 为高电平，~W 输出为低电平，故障时，Y 为低电平，~W 输出为高电平。为防止电流过大，拨码开关接有上拉电阻。74LS151的输出逻辑式为：

01234567(''')('')('')(')('')(')(')()

Y D A B C D A B C D A BC D A BC D AB C D AB C D ABC D ABC =+++++++'W Y =（即Y 和~W 互为反码形式输出）

拨码开关和数据选择电路如图5所示：

图5 拨码开关和数据选择电路

4.4 蜂鸣器报警电路

正常情况下，~W输出为低电平，无法驱动三极管，蜂鸣器不响，当有某一路或多路出现故障时，74ls151芯片的~W脚输出一个高电平（经实验检测为3.7v），三极管导通，蜂鸣器响，数码管显示故障通道号。蜂鸣器报警电路如图6所示：

图6 蜂鸣器报警电路

采用R18、R19、R20、Pt100构成单臂测量电桥（其中R18＝R19=R20=R ），当Pt100的电阻值和R 的电阻值不相等时，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信号U2，电路中R25=R26、R27=R28,放大倍数＝R27/R25，运放采用单一5V 供电。Pt100阻值改变时，U2的阻值大小、正负也随之改变，因此，采用双路放大，可保证Pt100>R 、Pt100

经测试，实验室室温下，Pt100阻值为109Ω，所以取电桥电R=120Ω 具体计算过程如下：

100Pt R R R ∆=-

电桥输出电压14E

U R R

=

∆

运放输出电压27

2125

R U U R

测温电路如图8所示：

图8 测温电路

五、装调测试过程

5.1 测试仪器

（1）示波器 （2）学生电源 （3）数字万用表 5.2 555时钟电路测试

555时钟发生电路接入电源电压后，用示波器测试能够输出稳定方波信号。信号理论周期值为105ms,实测周期T 约为120ms,但仍满足测试周期小于8m 的要求。实际555输出波形如图9所示: