8路温度巡回检测报警系统

1、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、 Pt1OO 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

2、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PtIOO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

3、温)时 停止检测，并且发出报警和显示故障的通道号；2路电源电压扩展要求1:电源电压模拟：要求采用滑动变阻器设计与实现输出的模拟。电压比较器可设定上、下限电压报警值;扩展要求2:实现1路热电阻PtIOO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，74IS160 开始在07内循环计数，通过QA QB QC QC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 的丫和W互为反码形式输出，丫接74LS160的控制端ENT W接蜂鸣器。正常情况下，W输

4、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，丫端输出为低电平，计数器74LS160停止计数，QA QB,QC俞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OV,电容C1通过D2,R2放电,

5、反之，输出为低时，VCC!过R1，D1给C1充电。电路参数计算过程如下:充电时间:T1 =Ln2* Ci* R放电时间:T2 = Ln2* Ci * R2振荡周期:T =Ti +T2 =Ln2* C1 *( R +R2)f =1OHz可 得:Ci=O.1uF，C2 =O.1uF，Ri=750k，R 750k电路图如图2所示:VCC5VU2R1R2750kQ750k62UTcalfHIO,OtuFIXSClExlTrlg.,图2555时钟电路输出端仿真波形如图3所示:,百IOk 训 oscope-XSClmReverse500.000 mV 500.000 mVO.OOOVTimeiri3450

6、,001 ms0.000 5Charnd.A Clianriel_0TimebaseScale: 50 ms/DffvX P03H（piv）: ”3回両丽両Chanel AScale; 200 mVivypos.CDiv）;I疋e回Chanrtel BScale: 5 V/Divypos,piv）j 0医回回口Save丿 Ejrt, triggerTriggerEdge； Sub 区 B E:tLevel; 0vI Single jNormal |Auto屁ine |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，当数据控制端处于高电平时,74IS160开始计数，通过QA，QB

7、, 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 74IS04输出一个低电平接回74IS160的CLR端，计数清零，重新在0-7之间循环计数。采用74IS47驱动显示译码电路，显示部分使用的是共阳数码管，74IS47的OA-OG 输出端分别接数码管的 AG,，完成对74IS160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:R=* 二需34 （取 300）数码管显示电路如图4所示:VCC11F L

8、1111.-.-.LOAE-CLK -T4LS160D-p1-/30& Q R4茫瞿2霊皿二VCC5VVJ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，丫为高电平，-W输出为低电平，故障时，丫为低电平,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:丫 =Do（ABC） +Di（ABC） +D2（ABC ）+D3（ ABC）+D4（ABC） + D5（ ABC） + D6（ ABC） + D7（ABC ）L W =Y I （即卩丫和W互为反码形式输出）拨码

9、开关和数据选择电路如图5所示:74LS1I5W15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，74IS151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:LS1VCC5VBUZZER200 HzQI- R12j -b I.OkQ.r2N2222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6 oUlcUyUh时

10、比较器输出低电平，Ui cUl或Ui aUh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ULUiUh时电路停止检测且蜂鸣器开始报警。取 R3=R13=1kQR14=510Q R15=20K Q R16=3.3KQ比较器的阈值电压为:R13Ul 飞 +Ri3+Ri4VCC=2VUh 飞：R：；R 7严电压比较电路如图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

11、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=RW输出为低电平。该输出信号的高低电平区分不明显，串联接入两个反相器后接连74IS151的输入端D2。Pt100热电阻分度表如下:温度CPT100阻值 Q传感两端电压 mV0100.00124.381100.39124.850119.40147.79100138.51170.64150157.33192.93200175.86214.6825

12、0194.10235.90300212.05256.59350229.72276.79400247.09296.48450264.18315.69500280.98334.42经测试，实验室室温下，Pt100阻值为109Q，所以取电桥电R=120Q具体计算过程如下:R= RPt1oo R电桥输出电压Ur = 也R4RU2R27u1R25运放输出电压测温电路如图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120m

13、s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:ORIGOLJ图9555输出波形9 趴ZGI. H.ki h5.3计数与译码显示电路测试数码管同步显示计数数字,正常工作状态下，计数器74IS160在07内循环计数, 实测图形如图10所示:r图10D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）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）F r%*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0nilF-r: fr 15r Jd ；：

14、图15 Ui aUh，电路出现故障，蜂鸣器响、数码管显示故障通道号图15 Ui aUh，电路出现故障，蜂鸣器响、数码管显示故障通道号5.6 I* SB B * iB AScw,-I iE/.： JI1-图17 P t100放入开水中(约100C),蜂鸣器响、数码管显示故障通道数图17 P t100放入开水中(约100C),蜂鸣器响、数码管显示故障通道数r.卜I图16 Ui Ul，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-眄运r产Ijr*/, f.M V- cV? jI 严”殳图18pt100在室温中（约20C）,蜂鸣器响、数码管显示故障通道数图19pt100放入温水中（约

15、50C）,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。电路输出端电平不稳时串入两个反相器 即可保证输出稳定的高低电平。实际焊接时，各元件要合理布局，方便布线焊接。在 更高频繁的接口，适当使用排针、杜邦线，可方便灵活的更改电路连接。电路未出现 预期状态时，要正确使用万用表，先检查是否有虚焊、漏焊、短路现象，然后根据电 路原理，从问题出发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VCC SVRM R1ISJSfTfflrK2JI_Wr-i+ lOMtQFU!vccUIBC