8路温度巡回检测、报警系统要点.docx

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1、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休戚相关的一个环境参数，对其的测量和探讨也变得极为重要。本试验基于数字、模拟电子电路相关学问，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、PtlOO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路接受拨码开关实现对通道的工作状态模拟，1路接受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Ptl

2、（M）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，故障解除后，系统可接着进行巡回检测。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：要求接受滑动变阻器设计与实现2路电源

3、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PtlOO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IOHZ的时钟信号,在此信号的限制下,741sl60起先在07内循环计数，通过QA,QB,QC,QD输出BCD码到741s47和741sl51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D0D7端,74LS151的Y和W互为反码形式输出，Y接74LS160的限制端ENT,W接蜂鸣器。正常状况下，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，

4、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运用硬件搭建，未运用单片机，无需编程，芯片接受了74系列，在满足题目要求的前提下降低了系统的开发成本，且硬件电路结构简洁，易于实现。四、电路单元参数的选定和设计实现4. 1555时钟电路将555接成多谐振荡器，当RST为高电平常电路正常工作。DIS端为555芯片内部三极管的集电极，当输出为高时，DlS端电压被拉低至OV,电容Cl通过D2,R2放电,反之，输出为低时，VeC通过Rl,DI给CI充电。

5、电路参数计算过程如下：充电时间：八二。2*C*R放电时间：T2=Ln2R2振荡周期：T=TI+Tz=L几2*4*（凡+&）取f=IOHz可得：G=O.山尸，C2=OJwF,舟=750Z,R2=150k电路图如图2所示：输出端仿真波形如图3所示:图3555仿真输出波形4.2 计数与译码显示电路在时钟信号作用下，当数据限制端处于高电平常，741sl60起先计数，通过QA,QB,QC,QD输出BCD码到741s47的A,B,C,D端,数码管实时显示当前检测的通道号。计数至8时QD（D为最高位）端出现高电平，通过反相器741s04输出一个低电平接回741sl60的CLR端，计数清零，重新在07之间循环

6、计数。接受741s47驱动显示译码电路，显示部分运用的是共阳数码管，741s47的OAOG输出端分别接数码管的AG，完成对741sl60计数的同步显示。通过上拉电阻对数码管进行分压限流。经查询，得知LED数码显示模块的工作电压为1.66V,工作电流为IOmAo上拉电阻阻值计算为：R=铝i=与等=334。（取3。Q）数码管显示电路如图4所示: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。正常状况下，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

7、辑式为：K=Z(A,B,C,)+Q+D2(A,BC,)+D3(A1BC)+D4(ABC,)+D5(ABrC)+D6(ABC)+D7(ABC)W=F(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:VCC4.4 蜂鸣器报警电路正常状况下，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，741S151芯片的2脚输出一个高电平（经试验检测为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：BUZZER 200 Hz ：R121.0kQ2N22224.5 电压比较电路电压比较电路由两部分组成，电位器R15和电阻R16组成分压电路，并将

8、电压接入由LM324搭建的窗口比较电路。调整电位器R15变更输入电压U,。/U1Uh时比较器输出低电平，。.时比较器输出高电平。比较器输出电压经过一个反相器后接入74LS151的D3端口，即可实现/U,U时电路正常运行，UiU时电路停止检测且蜂鸣器起先报警。取R3=R13=lkR14=510R15=20KR16=3.3K比较器的阈值电压为:UL =&Vcc =2V R3 + R3 + R4UHR3 + Ra舄+63 +64%=3V电压比较电路如图7所示:接受RI8、RI9、R20、Ptl(X)构成单臂测量电桥(其中R18=R19=R20=R),当PtlOO的电阻值和R的电阻值不相等时，电桥输出

9、一个mV级的压差信号Ul,UI经过运放LM324放大后输出期望大小的电压信号U2,电路中R25=R26R27=R28,放大倍数=R27/R25,运放接受单一5V供电。Ptl(X)阻值变更时，U2的阻值大小、正负也随之变更，因此，接受双路放大，可保证Ptl(X)R、PtlOOR时输出总为高电平，PtlOO=RW输出为低电平。该输出信号的凹凸电平区分不明显，串联接入两个反相器后接连741sl51的输入端D2。PtlOO热电阻分度表如下：温度CPTlOO阻值Q传感两端电压mV0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33

10、192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42经测试，试验室室温下，PtlOo阻值为109Q,所以取电桥电R=120Q具体计算过程如下：V=IR8一盟E电桥输出电压Q=AR,4R运放输出电压Ll=R25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10

11、5ms,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：RIGOL图9555输出波形5.3 计数与译码显示电路测试正常工作状态下，计数器741sl60在07内循环计数，数码管同步显示计数数字,实测图形如图10所示：图10数码管显示实测图5.4拨码开关和数据选择电路测试图11拨码开关断开，电路输入为高电平图12拨码开关开通，电路输入为低电平5.5蜂鸣器报警电路测试图14ULVUiUfi,电路正常，数码管循环显示图16UiUb,电路出现故障，蜂鸣器响、数码管显示故障通道号5.7测温电路测试图19PtlOo放入温水中（约50）,蜂鸣器不响、数码管循环计数六、试

12、验留意事项及主要可能故障分析常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。流过钠电阻的电流不能太大，以不超过ImA为准，以免电流大使得Ptloo电阻自身发造成测量温度不精确，查找资料可知，电流大于1.5mA将会有较明显的影响。运放接受单一5V电源供电，假如测量的温度波动比较大，将运放的供电改为15V双电源供电，测量精度会有较大改善。数码管、拨码开关在运用时都应加上拉电阻，起分压、限流作用。芯片输出电平无法干脆驱动蜂鸣器，应加入三极管。电路中适当运用二极管，可起到爱惜电路、优化电路的作用。电路输出端电平不稳时串入两个反相器即可保证输出稳定的凹凸电平。实际焊接时，各元件要合理布局，便利布线焊接。在更高常见的接口，适当运用排针、杜邦线，可便利灵敏的更改电路连接。电路未出现预期状态时，要正确运用万用表，先检查是否有虚焊、漏焊、短路现象，然后依据电路原理，从问题动身一步步分析排查故障点，可轻松找出并解决问题。七、参考文献附录1系统电路图附录2元器件清单附录3实物照片