機電一體化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計.doc

- 0 - 湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學院湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 標 題： 多點斷線式報警器 學生姓名： 劉 剛 系 部： 機電工程系 專 業(yè)： 機電一體化技術(shù) 班 級： 09 機電大專 1 班 指導教師： 姚永輝 郁悅 湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學院教務(wù)處制湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學院教務(wù)處制 - 1 - 目錄 摘要. 1 1、任務(wù)分析，方案設(shè)計. 2 1.1 任務(wù)分析. 2 2.2 方案設(shè)計. 2 2、直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計. 2 2.1 直流穩(wěn)壓電源原理圖 2 3、555 定時器芯片工作原理 3 3.1 555 定時器 3 3.2 555 定時器原理圖 4 3.3 555 定時器應(yīng)用 . 7 4、多點斷電式防盜報警器電路設(shè)計. 7 4.1 斷電式防盜報警器電路圖. 7 4.2 仿真結(jié)果及分析. 8 5、主要儀器與設(shè)備. 9 結(jié)論參考文獻. 9 附錄. 9 后記. 10 - 2 - 摘 要 多點斷線式報警器可根據(jù)音響頻率的不同來判斷斷線的位置，用于防盜中很 能及時的發(fā)現(xiàn)被盜地點，能夠更好的協(xié)助公安機關(guān)抓捕犯罪嫌疑人。多點斷線式 報警器可以很廣泛的應(yīng)用，隨時隨地的安裝與調(diào)試。 555 定時器有著很好的應(yīng)用能夠更好的改裝成其他電路。構(gòu)成多諧振蕩器后 可以改變一定的參數(shù)來改變報警器震動頻率這樣可以通過音響發(fā)出不同的聲音。 通過二極管可以是電流的單一方向。這樣就可以進行設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 多點 555 定時器 報警 1.任務(wù)分析，方案設(shè)計 - 3 - 采用 555 定時器設(shè)計電路，使用可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)各線觸發(fā)報警的靈敏度，當其中任意的警 戒線被扯斷或可調(diào)電阻很大就會充電，然后引起 555 定時器的起震，發(fā)出不同頻率聲音，識別 各點斷線報警。 1.1 任務(wù)分析 使用不同的值得電阻分別監(jiān)控不同的位置，每個電阻連接一個發(fā)光二極管，平時將他們接 地 vd1-vd5 都處于反偏狀態(tài)，這時他們就不能給電容充電，當有一個被扯斷就會充電然后引起 555 定時器的起震，然后就會發(fā)出聲音。由于 r1、r5、r6 的電阻是可調(diào)的故報警器可以發(fā)出 不同的聲音，值班人員通過聲音就可以判斷出那里發(fā)生了事。 1.2 方案論證 斷電式防盜報警器總體方框圖如下圖 2.1 所示 （圖 2-2.1 引用） 其工作原理為：防盜絲是多根細導線，它可設(shè)置在防盜的物品上或門窗上，當控制開關(guān)閉 合時，報警器處于關(guān)閉狀態(tài)。打開控制開關(guān)后，一旦有盜賊進入使防盜線斷裂，就會使觸發(fā)器 輸出高電平，揚聲器給出警報聲。即使盜賊將碰斷了的防盜線接上也不會使輸出狀態(tài)改變，只 有按動控制開關(guān)才能解除報警控制。 2.直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 2.1 直流穩(wěn)壓電源原理圖 直流穩(wěn)壓電源原理圖：如圖 3-3.1 所示 220v 交流電經(jīng)過變壓器降為 12v，經(jīng)橋式整流，濾波 后得到 12v 平滑直流電壓，經(jīng) lm7812 三端穩(wěn)壓集成電路輸出 12v 直流穩(wěn)定電壓。 - 4 - （圖 3-3.1） 2.2 直流穩(wěn)壓電源波形圖（如圖 3-3.2） （圖 3-3.2） 3、555 定時器芯片工作原理與應(yīng)用 3.1 555 定時器 - 5 - 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 cmos 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5v6v 工作，7555 可在 38v 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200ma，因而其輸出可與 ttl、cmos 或者模擬電路電平兼容。555 定時器產(chǎn)品有 ttl 型和 cmos 型兩類。ttl 型產(chǎn)品型號的最后三位都是 555，cmos 型產(chǎn)品的最后四位都是 7555，它們的邏輯 功能和外部引線排列完全相同。 555 定時器的電路如圖 4-4.1 所示。它由三個阻值為 5k 的電阻組成的分壓器、兩個電 壓比較器 c1 和 c2、基本 rs 觸發(fā)器、放電晶體管 t、與非門和反相器組成。 （圖 4-4.1 定時器原理圖 引用） 3.2 555 定時器原理 555 定時器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便， 只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、 變換、控制與檢測。 分壓器為兩個電壓比較器 c1、c2 提供參考電壓。如 5 端懸空，則比較器 c1 的參考電壓為， 加在同相端；c2 的參考電壓為，加在反相端。 4 引腳是復(fù)位輸入端。當其為 0 時，基本 rs 觸發(fā)器被置 0，晶體管 t 導通，輸出端 u0 為低電平。正常工作時，輸出端 u0 為 1。 u11和u12分別為 6 端和 2 端的輸入電壓。當u112/3ucc，u121/3u cc 時，c1 輸出為 低電平，c2 輸出為高電平，基本 rs 觸發(fā)器被置 0，晶體管 t 導通，輸出端 u0 為低電平。 當u112/3ucc，u12 1/3ucc 時，c1 輸出為高電平，c2 輸出為低電平，基本 rs 觸發(fā)器 被置 1，晶體管 t 截止，輸出端 u0 為高電平。 當u111/3ucc 時，基本 rs 觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。 綜上所述，可得 555 定時器功能如表圖 4-4.2 所示。 - 6 - （表 4-4.2 555 定時器功能表 ） 3.3 555 定時器應(yīng)用 1單穩(wěn)態(tài)電路 前面介紹的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)態(tài)的輸出狀態(tài)和，且兩個狀態(tài)始終相反。而單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由 穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖整形電路。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的構(gòu)成形式很多。圖 a 所示為用 555 定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， r、c 為外接元件，觸發(fā)脈沖 u1 由 2 端輸入。5 端不用時一般通過 0.01uf 電容接地，以防干擾。 下面對照圖 b 進行分析。 (a) 電路圖 (b) 波形圖 (1) 穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)時，輸出 uo 為低電平，即無觸發(fā)器信號（ui 為高電平）時，電路處于穩(wěn)定狀態(tài) - 7 - 輸出低電平。在 ui 負脈沖作用下，低電平觸發(fā)端得到低于（1/3）ucc，觸發(fā)信號，輸出 uo 為高電平，放電管 vt 截止，電 路進入暫穩(wěn)態(tài)，定時開始。 (2) 暫穩(wěn)態(tài) 在 t=t1 瞬間，2 端輸入一個負脈沖，基本 rs 觸發(fā)器置 1，輸出為高電平，并使晶體管 t 截止，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。此后，電源又經(jīng) r 向 c 充電，充電時間常數(shù)=rc，電容的電壓按指 數(shù)規(guī)律上升。 在 t=t2 時刻，觸發(fā)負脈沖消失，若 uc2/3ucc，基本 rs 觸發(fā)器保持原狀態(tài)，u0 仍為高 電平。 在 t=t3 時刻，當 uc 上升略高于時，基本 rs 觸發(fā)器復(fù)位，輸出 u0=0，回到初始穩(wěn)態(tài)。 同時，晶體管 t 導通，電容 c 通過 t 迅速放電直至 uc 為 0。這時，電路為下次翻轉(zhuǎn)做好了準 備。 輸出脈沖寬度 tp 為暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，即電容 c 的電壓從 0 充至所需的時間，式為： tw=1.1rc 由上式可知： 改變 r、c 的值，可改變輸出脈沖寬度，從而可以用于定時控制。 在 r、c 的值一定時，輸出脈沖的幅度和寬度是一定的，利用這一特性可對邊沿不 陡、幅度不齊的波形進行整形。 2多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路 處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換 而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。 圖 a 所示是由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。r1、r2 和 c 是外接元件。 剛接通電源時，uc=0，u0=1。當 uc 升至后，比較器 c1 輸出低電平，基本 rs 觸發(fā)器 置 0，定時器輸出 u0 由 1 變?yōu)?0。同時，三極管 t 導通，電容通過 r2 放電，uc 下降。在 1/3uccuc2/3ucc 期間，u0 保持低電平狀態(tài)。在 uc 下降至以后，比較器 c2 輸出低電平，使 觸發(fā)器置 1，輸出 u0 由 0 變?yōu)?1。同時三極管 t 截止，于是電容 c 再次被充電。如此不斷重復(fù) 上述過程，多諧振蕩器的輸出端就可得到一串矩形波。工作波形如圖 b 所示。 - 8 - (a) 電路圖 (b) 波形圖 振蕩周期等于兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。第一個暫穩(wěn)態(tài)時間 tp1 為電容 c 的電壓 uc 從充電至所需時間。 4、多點斷電式防盜報警器電路設(shè)計 4.1 斷電式防盜報警器電路圖 (圖 5-5.1) 4.2 仿真結(jié)果及分析 - 9 - 工作過程：其中 s1、s2、s3 為報警器警戒線，如圖所示（5-5.1）當開關(guān)控制 s1、s2、s3 閉合時，報警器處于關(guān)閉狀態(tài)。當開關(guān) s1斷開其余開關(guān)閉合時，555 定時器 7 號引腳由低電位 變?yōu)楦唠娢?，報警器處于報警狀態(tài)；當開關(guān) s2 斷開其余開關(guān)閉合時，555 定時器 7 號引腳由 低電位變?yōu)楦唠娢?，報警器處于報警狀態(tài)；當開關(guān) s3 斷開其余開關(guān)閉合時，555 定時器 7 號 引腳由低電位變?yōu)楦唠娢?，報警器處于報警狀態(tài)。當開關(guān)s1、s2 斷開 s3 閉合時，555 定時器 7 號引腳由低電位變?yōu)楦唠娢唬瑘缶魈幱趫缶癄顟B(tài)，當 s1、s2、s3 開關(guān)全部斷開時，報警 器處于報警狀態(tài)，并且可以利用可調(diào)電阻來達到報警器的靈敏度同時發(fā)出不同的聲音（圖 5- 5.2） 。如需增加防盜路數(shù)，只要增加警戒線、可變電阻器和發(fā)光二極管的數(shù)量即可。仿真結(jié)果 表明設(shè)計達到了預(yù)期的目的。 （圖 5-5.2） 5、主要儀器與設(shè)備 名 稱符 號材料及選用 電位器rp1rp2選用有機實心電阻器或合成膜可變電阻器 電容c1c7選用高頻瓷介電容器和選用耐壓值為 16v 的鋁電解電容器 發(fā)光二極管led1led3均選用 3mm 的高亮度發(fā)光二極管 晶體管 v 選用 2n5551 或 3dg12 型硅 npn 晶體管 揚聲器 bl 選用 0.25w、8 的電動式揚聲器 - 10 - 555 定時器 ic 開關(guān) s 選用微型單極撥動式開關(guān)四個 警戒線使用 0.1mm 的漆包線 變壓器一個 橋式整流 mda970a 橋式整流 mda970a 一個 測量工具數(shù)字萬用表一個和示波器一臺 結(jié)論 通過本次課程設(shè)計，我們熟悉了集成電路及有關(guān)電子元器件的使用，掌握了仿真軟件 multisim 11 的應(yīng)用，學習和掌握數(shù)字電路中基本知識的應(yīng)用尤其是 555 時基電路。在歷 設(shè)計，制作的過程當中，我不但把以前學過的數(shù)字電子技術(shù)方面的知識做了全面的重新的 認識。還學到了很多課堂上根本無法學到的知識。以前我們雖然進過一個學期的學習，并 且都在期末考試和數(shù)字電子實驗當中取得了不錯的成績。但是經(jīng)過這次的設(shè)計，我才發(fā)現(xiàn)， 我們之前對數(shù)字電子的理論知識認識是那么的淺薄，對仿真軟件的應(yīng)用幾乎是一竅不通， 對于數(shù)字電路的應(yīng)用簡直如盲人摸象。 在設(shè)計的過程中，我們慢慢學習、摸索、體會。一開始，我們在網(wǎng)上查閱資料，拿著 別人制作好的其他相關(guān)的電路圖來研究，弄懂別人的設(shè)計思路，設(shè)計方案。之后針對自己 將要設(shè)計的電路的要求進行修改。之后用仿真軟件仿真。來驗證自己的思路的可行性。我 們對數(shù)字電子的認識和應(yīng)用都有了很大的提高 。這次設(shè)計給我們的收獲是巨大的。 參考文獻 1 陳有卿主編.555 時基集成電路原理與應(yīng)用.m北京：機械工業(yè)出版社,2007.7 2 房國志主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).m北京:國防工業(yè)出版社,2007.7 3 韓焱主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). m 北京：電子工業(yè)出版社,2009.6 4 于安紅主編. 簡明電子元器手冊. m 上海：上海交通大學出版社,2005.12 5 李延明主編.電工、電子計算手冊.m 北京：電子工業(yè)出版社,2009.9 附錄 - 11 - 后記 在設(shè)計完成之際，首先向我的導師老師致以最真誠的感謝。在我設(shè)計研究過程中姚老師和 郁老師不斷地