路巡回检测、报警系统的设计与实现-前导课2015

1、Harbin Engineering UniversityCollege of Information and Communication Engineering2022-5-6主要内容主要内容一一、课程说明、课程说明二二、实验目的、实验目的三三、设计任务及要求、设计任务及要求四四、方案设计与论证、方案设计与论证六、装配与调试六、装配与调试五、单元电路的选定及设计五、单元电路的选定及设计七、进度安排七、进度安排一一、课程说明、课程说明1、上课时间：、上课时间： 第第1周周六、周日周周六、周日(3月月7日和日和3月月8日日)和和第第2周周六、周周六、 周日周日(3月月14日和日和3月月15日日)

2、的的8:0020:30。2 2、上课地点：上课地点： 21B49321B4933 3、 选课要求：选课要求： 按规定的时间、选题提前预约按规定的时间、选题提前预约 注：注：4 4系同学只能选系同学只能选3月月7日和日和3月月8日；日；5、8系同学系同学 只能选只能选3月月14日和日和3月月15日。日。4 4、实验成绩评定：、实验成绩评定： 操作成绩操作成绩60%，报告成绩，报告成绩40%一一、课程说明、课程说明 5 5、实验操作要求：、实验操作要求： (1) (1) 进实验室前，应自行完成方案设计与论证、单进实验室前，应自行完成方案设计与论证、单 元电路设计与仿真，并完成元件清单和准备相应元电

3、路设计与仿真，并完成元件清单和准备相应 芯片和器件资料。芯片和器件资料。 (2) (2) 上课刷卡，下课刷卡。上课刷卡，下课刷卡。 (3) (3) 在实验室进行电路装配与调试，并且在实验室进行电路装配与调试，并且每完成一每完成一 个单元电路的焊接与调试，应找老师验收个单元电路的焊接与调试，应找老师验收，并把，并把 相应测试结果或波形拍照留底，附在实验报告里相应测试结果或波形拍照留底，附在实验报告里。6 6、实验总结报告要求：、实验总结报告要求： (1)(1)报告格式和实验日志等资料在以下网址下载：报告格式和实验日志等资料在以下网址下载： http:/ 一一、课程说明、课程说明 (2) (2)

4、实验总结报告中的电路图用实验总结报告中的电路图用MultisimMultisim或或AltiumAltium DesiagnerDesiagner进行绘制。进行绘制。 (3)(3)上交时间：最后上交时间：最后1 1节节实验课开始实验课开始，一周之内。，一周之内。 (4) (4)上交地点：纸质版报告上交地点：纸质版报告按选题交到按选题交到21B21B三楼实三楼实 验室外的实验报告箱里；验室外的实验报告箱里；电子版报告请发到电子版报告请发到 dianzishiyandianzishiyan3 ，邮件标题：，邮件标题：选题选题8+8+学学 号号+ +姓名姓名；邮件附件包括实验报告，如果腐蚀了；邮件附

5、件包括实验报告，如果腐蚀了 电路板需附带电路板需附带schdocschdoc和和pcbdocpcbdoc。注：自带烙铁、烙铁架和万用表；每天应撰写实验注：自带烙铁、烙铁架和万用表；每天应撰写实验 日志，并上交，自己照相留底，回头要附在实日志，并上交，自己照相留底，回头要附在实 验报告后面。验报告后面。 二二、实验目的、实验目的1 1、培养学生能够综合运用电子技术知识，培养学生能够综合运用电子技术知识，独立设独立设计综合性较强的系统级实验项目，即利用市场常计综合性较强的系统级实验项目，即利用市场常见、性价比较高的模拟电子器件（如见、性价比较高的模拟电子器件（如通用型运算通用型运算放大器和三极管等

6、放大器和三极管等）和数字电子器件（如）和数字电子器件（如计数器、计数器、数据选择器数据选择器、显示译码器等）设计一个、显示译码器等）设计一个多路温度多路温度状态状态巡回检测巡回检测系统系统。2 2、要求学生能够独立查阅大量的中英文资料，能要求学生能够独立查阅大量的中英文资料，能够查阅电子器件手册和在网上查询电子器件有关够查阅电子器件手册和在网上查询电子器件有关资料，提出设计方案、完成设计任务资料，提出设计方案、完成设计任务。二二、实验目的、实验目的3 3、通过电路综合性实践训练，达到深化所学的电通过电路综合性实践训练，达到深化所学的电子技术理论知识，掌握子技术理论知识，掌握电子设计基本过程与方

7、法，电子设计基本过程与方法，掌握各类基本单元的设计方法，进而利用单元模掌握各类基本单元的设计方法，进而利用单元模块实现电子系统设计，掌握电子系统的基本调试块实现电子系统设计，掌握电子系统的基本调试手段及测试指标手段及测试指标。4 4、提高书写综合设计性总结报告的能力。提高书写综合设计性总结报告的能力。三三、设计任务及要求、设计任务及要求 设计一个设计一个8 8路温度状态巡回检测，能够对路温度状态巡回检测，能够对8 8个测个测试区域的温度状态是否正常进行巡回检测；当某一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，由巡回检测系统测试区域的温度超过正常范围时，由巡回检测

8、系统发出报警并显示第几个测试区域出现故障。发出报警并显示第几个测试区域出现故障。1、基本要求：、基本要求：利用市场常见、性价比高的数字电子器件（如十进制计数器、数据选择器和适当门电路等）设计一个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。巡回检测周期不超过8秒。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。三三、设计任务及要求、设计任务及要求2、扩展要求：、扩展要求：利用铂热电阻Pt100完成1路温度检测，实现温度转换为直流电压。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。四四、

9、方案设计与论证、方案设计与论证1 1、方案一、方案一 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。 此方案电路简单，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。四四、方案设计与论证、方案设计与论证2 2、方案二、方案二 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

10、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0.966Hz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。四四、方案设计与论证、方案设计与论证2 2、方案二（续）、方案二（续）计数器一直在07循环，出现

11、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0,0,0,1，（D为最高位）通过反相器cd4069,输出一个低电平，计数清零，输出一直在07之间循环。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07的数字，当某一路出现故障时，则数码管时钟显示这一路对应数据。采用滑动变阻器设计与实现2路电源电压输出的模拟。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。四四、方案设计与论证、方案设计与论证基本部分的系统方框图2 2、方案二（续）

12、、方案二（续）五、单元电路的选定及设计五、单元电路的选定及设计时钟电路时钟电路 NE555芯片在OUT输出占空比为50%的时钟信号，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C2通过D2,R11放电T2=0.7*(R11)*C2，反之，输出为低时，VCC通过R10，D1给C2进行充电T1=0.7*(R10)*C2，频率的公式为f=0.7*（R10+R11）*C2 Hz电 路 图 如 右 图 所 示 。五、单元电路的选定及设计五、单元电路的选定及设计计数器电路计数器电路 在时钟电路输出的一定频率的时钟信号作用下，当数据控制

13、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07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0,0,0,1，（D为最高位）通过反相器74LS04,输出一个低电平，计数清零，输出 一 直 在 0 7 之 间 循 环 。五、单元电路的选定及设计五、单元电路的选定及设计译码显示电路译码显示电路 1、给数码管加限流电阻； 2、如何将循环计数输出的07，译码显示为18呢？五、单元电路的选定及设计五、

14、单元电路的选定及设计Pt100测温电路测温电路五、单元电路的选定及设计五、单元电路的选定及设计电压比较器电压比较器 如果考虑输入电压变化是否在正常范围之内，可采用窗口比较器。五、单元电路的选定及设计五、单元电路的选定及设计六、装配与调试六、装配与调试时钟发生电路能否产生周期满足设计要求，占空比 50%的方波；改变拨码开关设置，数据选择器是否实现8选1输出；蜂鸣报警是否能实现；计数器是否实现8进制循环计数输出；译码显示模块能否实现0到7显示；Pt100测温电路实现温度到直流电压的转换。窗口比较器是否实现判断输入电压变化在正常范围之内。六、装配与调试六、装配与调试 由于本系统大多采用TTL型的74系列电路，在使用过程中需要注意