8路温度巡回检测报警系统设计

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pt

2、100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

3、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07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d0d7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

4、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

5、c1充电。电路参数计算过程如下：充电时间：放电时间：振荡周期： 取 可 得：，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4.2 计数与译码显示电路在时钟信号作用下，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74ls04输出一个低电平接回74ls160的clr端，计数清零，重新在07之间循环计数。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oaog输出端分

6、别接数码管的ag,，完成对74ls160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10ma。上拉电阻阻值计算为：（取300）数码管显示电路如图4所示：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：（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

7、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4.5 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，并将电压接入由lm324搭建的窗口比较电路。调节电位器r15改变输入电压。时比较器输出低电平，或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，即可实现时电路正常运行，或时电路停止检测且蜂鸣器开始报警。取 r3=r13

8、=1kr14=510 r15=20k r16=3.3k比较器的阈值电压为： 电压比较电路如图7所示：图7 电压比较电路4.6 测温电路 采用r18、r19、r20、pt100构成单臂测量电桥（其中r18r19=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pt100r、pt100r时输出总为高电平，pt100=r时输出为低电平。该输出

9、信号的高低电平区分不明显，串联接入两个反相器后接连74ls151的输入端d2。pt100热电阻分度表如下：温度 pt100 阻值 传感两端电压 mv0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.68250194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42经测试，实验室室温下，pt100阻值为109，所以取电桥电r=120具体计算过程如下：电桥输出电压运放输

10、出电压测温电路如图8所示：图4系统软件程序流程图图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:图9 555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74ls160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

11、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13 蜂鸣器报警实测电路（通道3出现故障，蜂鸣器响、数码管显示通道号）5.6 电压比较电路测试图14 ，电路正常，数码管循环显示图15 ，电路出现故障，蜂鸣器响、数码管显示故障通道号图 16 ，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17 pt100放入开水中（约100），蜂鸣器响、数码管显示故障通道数 图18 pt100在室温中（约20），蜂鸣器响、数码管显示故障通道数 图19 pt100放入温水中（约50），蜂鸣器不响、数码管循环计数 六、实验注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。流过铂电阻的电流不能太大，以不超过1ma为准，以免电流大使得pt100电阻自身发造成测量温度不准确，查找资料可知，电流大于1.5ma将会有较明显的影响。运放采用单一5v电源供电，如果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、拨码开关在使用时都应加上拉电阻，起分压、限流作用。芯片输出电平无法直接驱动蜂鸣器，应加入三极管。电路中适当使用二极管，可起到保护电路、优化电路的作用。电路