路巡回檢測、報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-前導(dǎo)課2015

1、Harbin Engineering UniversityCollege of Information and Communication Engineering2022-5-6主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一、課程說明、課程說明二二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康娜?、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求四四、方案設(shè)計(jì)與論證、方案設(shè)計(jì)與論證六、裝配與調(diào)試六、裝配與調(diào)試五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)七、進(jìn)度安排七、進(jìn)度安排一一、課程說明、課程說明1、上課時(shí)間：、上課時(shí)間： 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、上課地點(diǎn)：上課地點(diǎn)： 21B49321B4933 3、 選課要求：選課要求： 按規(guī)定的時(shí)間、選題提前預(yù)約按規(guī)定的時(shí)間、選題提前預(yù)約 注：注：4 4系同學(xué)只能選系同學(xué)只能選3月月7日和日和3月月8日；日；5、8系同學(xué)系同學(xué) 只能選只能選3月月14日和日和3月月15日。日。4 4、實(shí)驗(yàn)成績評定：、實(shí)驗(yàn)成績評定： 操作成績操作成績60%，報(bào)告成績，報(bào)告成績40%一一、課程說明、課程說明 5 5、實(shí)驗(yàn)操作要求：、實(shí)驗(yàn)操作要求： (1) (1) 進(jìn)實(shí)驗(yàn)室前，應(yīng)自行完成方案設(shè)計(jì)與論證、單進(jìn)實(shí)驗(yàn)室前，應(yīng)自行完成方案設(shè)計(jì)與論證、單 元電路設(shè)計(jì)與仿真，并完成元件清單和準(zhǔn)備相應(yīng)元電

3、路設(shè)計(jì)與仿真，并完成元件清單和準(zhǔn)備相應(yīng) 芯片和器件資料。芯片和器件資料。 (2) (2) 上課刷卡，下課刷卡。上課刷卡，下課刷卡。 (3) (3) 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路裝配與調(diào)試，并且在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路裝配與調(diào)試，并且每完成一每完成一 個(gè)單元電路的焊接與調(diào)試，應(yīng)找老師驗(yàn)收個(gè)單元電路的焊接與調(diào)試，應(yīng)找老師驗(yàn)收，并把，并把 相應(yīng)測試結(jié)果或波形拍照留底，附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告里相應(yīng)測試結(jié)果或波形拍照留底，附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告里。6 6、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告要求：、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告要求： (1)(1)報(bào)告格式和實(shí)驗(yàn)日志等資料在以下網(wǎng)址下載：報(bào)告格式和實(shí)驗(yàn)日志等資料在以下網(wǎng)址下載： http:/ 一一、課程說明、課程說明 (2) (2)

4、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告中的電路圖用實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告中的電路圖用MultisimMultisim或或AltiumAltium DesiagnerDesiagner進(jìn)行繪制。進(jìn)行繪制。 (3)(3)上交時(shí)間：最后上交時(shí)間：最后1 1節(jié)節(jié)實(shí)驗(yàn)課開始實(shí)驗(yàn)課開始，一周之內(nèi)。，一周之內(nèi)。 (4) (4)上交地點(diǎn)：紙質(zhì)版報(bào)告上交地點(diǎn)：紙質(zhì)版報(bào)告按選題交到按選題交到21B21B三樓實(shí)三樓實(shí) 驗(yàn)室外的實(shí)驗(yàn)報(bào)告箱里；驗(yàn)室外的實(shí)驗(yàn)報(bào)告箱里；電子版報(bào)告請發(fā)到電子版報(bào)告請發(fā)到 dianzishiyandianzishiyan3 ，郵件標(biāo)題：，郵件標(biāo)題：選題選題8+8+學(xué)學(xué) 號號+ +姓名姓名；郵件附件包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如果腐蝕了；郵件附

5、件包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如果腐蝕了 電路板需附帶電路板需附帶schdocschdoc和和pcbdocpcbdoc。注：自帶烙鐵、烙鐵架和萬用表；每天應(yīng)撰寫實(shí)驗(yàn)注：自帶烙鐵、烙鐵架和萬用表；每天應(yīng)撰寫實(shí)驗(yàn) 日志，并上交，自己照相留底，回頭要附在實(shí)日志，并上交，自己照相留底，回頭要附在實(shí) 驗(yàn)報(bào)告后面。驗(yàn)報(bào)告后面。 二二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合運(yùn)用電子技術(shù)知識，培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合運(yùn)用電子技術(shù)知識，獨(dú)立設(shè)獨(dú)立設(shè)計(jì)綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)級實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即利用市場常計(jì)綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)級實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即利用市場常見、性價(jià)比較高的模擬電子器件（如見、性價(jià)比較高的模擬電子器件（如通用型運(yùn)算通用型運(yùn)算放大器和三極管等

6、放大器和三極管等）和數(shù)字電子器件（如）和數(shù)字電子器件（如計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器、顯示譯碼器等）設(shè)計(jì)一個(gè)、顯示譯碼器等）設(shè)計(jì)一個(gè)多路溫度多路溫度狀態(tài)狀態(tài)巡回檢測巡回檢測系統(tǒng)系統(tǒng)。2 2、要求學(xué)生能夠獨(dú)立查閱大量的中英文資料，能要求學(xué)生能夠獨(dú)立查閱大量的中英文資料，能夠查閱電子器件手冊和在網(wǎng)上查詢電子器件有關(guān)夠查閱電子器件手冊和在網(wǎng)上查詢電子器件有關(guān)資料，提出設(shè)計(jì)方案、完成設(shè)計(jì)任務(wù)資料，提出設(shè)計(jì)方案、完成設(shè)計(jì)任務(wù)。二二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)?zāi)康? 3、通過電路綜合性實(shí)踐訓(xùn)練，達(dá)到深化所學(xué)的電通過電路綜合性實(shí)踐訓(xùn)練，達(dá)到深化所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，掌握子技術(shù)理論知識，掌握電子設(shè)計(jì)基本過程與方

7、法，電子設(shè)計(jì)基本過程與方法，掌握各類基本單元的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而利用單元模掌握各類基本單元的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而利用單元模塊實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握電子系統(tǒng)的基本調(diào)試塊實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，掌握電子系統(tǒng)的基本調(diào)試手段及測試指標(biāo)手段及測試指標(biāo)。4 4、提高書寫綜合設(shè)計(jì)性總結(jié)報(bào)告的能力。提高書寫綜合設(shè)計(jì)性總結(jié)報(bào)告的能力。三三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè)8 8路溫度狀態(tài)巡回檢測，能夠?qū)β窚囟葼顟B(tài)巡回檢測，能夠?qū)? 8個(gè)測個(gè)測試區(qū)域的溫度狀態(tài)是否正常進(jìn)行巡回檢測；當(dāng)某一試區(qū)域的溫度狀態(tài)是否正常進(jìn)行巡回檢測；當(dāng)某一測試區(qū)域的溫度超過正常范圍時(shí)，由巡回檢測系統(tǒng)測試區(qū)域的溫度超過正常范圍時(shí)，由巡回檢測

8、系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并顯示第幾個(gè)測試區(qū)域出現(xiàn)故障。發(fā)出報(bào)警并顯示第幾個(gè)測試區(qū)域出現(xiàn)故障。1、基本要求：、基本要求：利用市場常見、性價(jià)比高的數(shù)字電子器件（如十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器和適當(dāng)門電路等）設(shè)計(jì)一個(gè)8通道狀態(tài)巡回檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在正常狀態(tài)下輸入低電平，而高電平輸入表示出現(xiàn)故障。巡回檢測周期不超過8秒。當(dāng)某一個(gè)通道出現(xiàn)故障時(shí)，停止檢測，并且發(fā)出 報(bào)警和顯示故障通道的序號。三三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2、擴(kuò)展要求：、擴(kuò)展要求：利用鉑熱電阻Pt100完成1路溫度檢測，實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換為直流電壓。電壓比較器：可設(shè)定上、下限電壓報(bào)警值；當(dāng)鉑熱電阻傳感器調(diào)節(jié)電路輸出電壓超過上、下限值時(shí)，輸出低電平。四四、

9、方案設(shè)計(jì)與論證、方案設(shè)計(jì)與論證1 1、方案一、方案一 采用帶有中斷控制器的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，利用軟件定時(shí)來對八個(gè)通道逐次掃描和驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示。利用中斷系統(tǒng)捕捉下降沿電平，當(dāng)通道由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)捕捉到下降沿，停止掃描，同時(shí)讓數(shù)碼管顯示該通道和驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警。由于本題目有八路通道，故需要用到八路外部中斷，因此需要采用較為高端的單片機(jī)，如STM32系列。 此方案電路簡單，只需要單片機(jī)最小系統(tǒng)和一個(gè)數(shù)碼管即可。但是編寫軟件的難度較大而且成本較高，電路板不適合自己動手焊接。四四、方案設(shè)計(jì)與論證、方案設(shè)計(jì)與論證2 2、方案二、方案二 基本要求部分，用八個(gè)撥碼開關(guān)，模擬八路通道工作狀態(tài)，閉合撥

10、碼開關(guān)時(shí)，74LS151對應(yīng)輸入端輸入低電平，W輸出高電平，驅(qū)動數(shù)碼管，蜂鳴器響，74LS151芯片Y端口輸出為低電平，計(jì)數(shù)器74LS160停止計(jì)數(shù)，QA，QB,QC輸出數(shù)據(jù)保持為出現(xiàn)故障的二進(jìn)制碼，通過譯碼器得到數(shù)據(jù)在共陽數(shù)碼管上顯示的是一個(gè)不變的值。利用555震蕩電路產(chǎn)生0.966Hz的計(jì)數(shù)脈沖，用于74ls160計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)工作，滿足檢測周期不超過八秒的要求。當(dāng)數(shù)據(jù)控制端處于高電平時(shí)，74ls160開始計(jì)數(shù)，通過QA，QB，QC，QD，輸出bcd碼到74ls47和74ls151的A,B.C端口。四四、方案設(shè)計(jì)與論證、方案設(shè)計(jì)與論證2 2、方案二（續(xù)）、方案二（續(xù)）計(jì)數(shù)器一直在07循環(huán)，出現(xiàn)

11、7的時(shí)候，計(jì)數(shù)器74ls160芯片QA，QB,QC,QD分別顯示1,1,1,0，接下來出現(xiàn)8的時(shí)候QA,QB,QC,QD顯示0,0,0,1，（D為最高位）通過反相器cd4069,輸出一個(gè)低電平，計(jì)數(shù)清零，輸出一直在07之間循環(huán)。譯碼器電路，采用74ls47d譯碼輸出，通過數(shù)碼管顯示掃描結(jié)果，當(dāng)無故障時(shí)，數(shù)碼管一次顯示07的數(shù)字，當(dāng)某一路出現(xiàn)故障時(shí)，則數(shù)碼管時(shí)鐘顯示這一路對應(yīng)數(shù)據(jù)。采用滑動變阻器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2路電源電壓輸出的模擬。采用電壓比較器設(shè)定上、下限電壓報(bào)警值；當(dāng)檢測電壓超過設(shè)定上、下限值時(shí)，輸出低電平，蜂鳴器報(bào)響。四四、方案設(shè)計(jì)與論證、方案設(shè)計(jì)與論證基本部分的系統(tǒng)方框圖2 2、方案二（續(xù)）

12、、方案二（續(xù)）五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 NE555芯片在OUT輸出占空比為50%的時(shí)鐘信號，當(dāng)RST為高電平時(shí)電路正常工作，DIS端為555芯片內(nèi)部三極管的集電極，當(dāng)輸出為高時(shí)，DIS端電壓被拉低至0V，電容C2通過D2,R11放電T2=0.7*(R11)*C2，反之，輸出為低時(shí)，VCC通過R10，D1給C2進(jìn)行充電T1=0.7*(R10)*C2，頻率的公式為f=0.7*（R10+R11）*C2 Hz電 路 圖 如 右 圖 所 示 。五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)器電路 在時(shí)鐘電路輸出的一定頻率的時(shí)鐘信號作用下，當(dāng)數(shù)據(jù)控制

13、端處于高電平時(shí)，74ls160開始計(jì)數(shù)，通過QA，QB，QC，QD，輸出bcd碼到74ls47和74ls151的A,B.C端口。計(jì)數(shù)器一直在07循環(huán) ， 出 現(xiàn) 7 的 時(shí) 候 ， 計(jì) 數(shù) 器74ls160芯片QA，QB,QC,QD分別顯示1,1,1,0，接下來出現(xiàn)8的時(shí)候QA,QB,QC,QD顯示0,0,0,1，（D為最高位）通過反相器74LS04,輸出一個(gè)低電平，計(jì)數(shù)清零，輸出 一 直 在 0 7 之 間 循 環(huán) 。五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)譯碼顯示電路譯碼顯示電路 1、給數(shù)碼管加限流電阻； 2、如何將循環(huán)計(jì)數(shù)輸出的07，譯碼顯示為18呢？五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、

14、單元電路的選定及設(shè)計(jì)Pt100測溫電路測溫電路五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)電壓比較器電壓比較器 如果考慮輸入電壓變化是否在正常范圍之內(nèi)，可采用窗口比較器。五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)五、單元電路的選定及設(shè)計(jì)六、裝配與調(diào)試六、裝配與調(diào)試時(shí)鐘發(fā)生電路能否產(chǎn)生周期滿足設(shè)計(jì)要求，占空比 50%的方波；改變撥碼開關(guān)設(shè)置，數(shù)據(jù)選擇器是否實(shí)現(xiàn)8選1輸出；蜂鳴報(bào)警是否能實(shí)現(xiàn)；計(jì)數(shù)器是否實(shí)現(xiàn)8進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)輸出；譯碼顯示模塊能否實(shí)現(xiàn)0到7顯示；Pt100測溫電路實(shí)現(xiàn)溫度到直流電壓的轉(zhuǎn)換。窗口比較器是否實(shí)現(xiàn)判斷輸入電壓變化在正常范圍之內(nèi)。六、裝配與調(diào)試六、裝配與調(diào)試 由于本系統(tǒng)大多采用TTL型的74系列電路，在使用過程中需要注意