8路巡回检测、报警系统的设计与实现

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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

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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

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：