機(jī)電一體化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、- 0 - 湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 標(biāo) 題： 多點(diǎn)斷線式報(bào)警器 學(xué)生姓名： 劉 剛 系 部： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí)： 09 機(jī)電大專 1 班 指導(dǎo)教師： 姚永輝 郁悅 湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處制湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處制 - 1 - 目錄 摘要. 1 1、任務(wù)分析，方案設(shè)計(jì). 2 1.1 任務(wù)分析. 2 2.2 方案設(shè)計(jì). 2 2、直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì). 2 2.1 直流穩(wěn)壓電源原理圖. 2 3、555 定時(shí)器芯片工作原理. 3 3.1 555 定時(shí)器. 3 3.2 555 定時(shí)器原理圖. 4 3.3 555 定時(shí)器應(yīng)用 . 7

2、4、多點(diǎn)斷電式防盜報(bào)警器電路設(shè)計(jì). 7 4.1 斷電式防盜報(bào)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(xiàn). 9 附錄. 9 后記. 10 - 2 - 摘 要 多點(diǎn)斷線式報(bào)警器可根據(jù)音響頻率的不同來(lái)判斷斷線的位置，用于防盜中很 能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)被盜地點(diǎn)，能夠更好的協(xié)助公安機(jī)關(guān)抓捕犯罪嫌疑人。多點(diǎn)斷線式 報(bào)警器可以很廣泛的應(yīng)用，隨時(shí)隨地的安裝與調(diào)試。 555 定時(shí)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(lái)改變報(bào)警器震動(dòng)頻率這樣可以通過(guò)音響發(fā)出不同的聲音。 通過(guò)二極管可以是電流的單一方向。這樣就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 多點(diǎn)

3、 555 定時(shí)器 報(bào)警 1.任務(wù)分析，方案設(shè)計(jì) - 3 - 采用 555 定時(shí)器設(shè)計(jì)電路，使用可調(diào)電阻來(lái)調(diào)節(jié)各線觸發(fā)報(bào)警的靈敏度，當(dāng)其中任意的警 戒線被扯斷或可調(diào)電阻很大就會(huì)充電，然后引起 555 定時(shí)器的起震，發(fā)出不同頻率聲音，識(shí)別 各點(diǎn)斷線報(bào)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(gè)電阻連接一個(gè)發(fā)光二極管，平時(shí)將他們接 地 vd1-vd5 都處于反偏狀態(tài)，這時(shí)他們就不能給電容充電，當(dāng)有一個(gè)被扯斷就會(huì)充電然后引起 555 定時(shí)器的起震，然后就會(huì)發(fā)出聲音。由于 r1、r5、r6 的電阻是可調(diào)的故報(bào)警器可以發(fā)出 不同的聲音，值班人員通過(guò)聲音就可以判斷出那里發(fā)生了事。 1.

4、2 方案論證 斷電式防盜報(bào)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(xì)導(dǎo)線，它可設(shè)置在防盜的物品上或門窗上，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)閉 合時(shí)，報(bào)警器處于關(guān)閉狀態(tài)。打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)后，一旦有盜賊進(jìn)入使防盜線斷裂，就會(huì)使觸發(fā)器 輸出高電平，揚(yáng)聲器給出警報(bào)聲。即使盜賊將碰斷了的防盜線接上也不會(huì)使輸出狀態(tài)改變，只 有按動(dòng)控制開(kāi)關(guān)才能解除報(bào)警控制。 2.直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) 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(guò)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 12

5、v 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(shí)器芯片工作原理與應(yīng)用 3.1 555 定時(shí)器 - 5 - 555 定時(shí)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(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)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(dòng)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(shí)器產(chǎn)品有 ttl 型和 cmos

6、型兩類。ttl 型產(chǎn)品型號(hào)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(shí)器的電路如圖 4-4.1 所示。它由三個(gè)阻值為 5k 的電阻組成的分壓器、兩個(gè)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(shí)器原理圖 引用） 3.2 555 定時(shí)器原理 555 定時(shí)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(hào)的產(chǎn)生、 變換、控制與檢測(cè)。 分壓器為兩個(gè)電壓比較器 c1

7、、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(dāng)其為 0 時(shí)，基本 rs 觸發(fā)器被置 0，晶體管 t 導(dǎo)通，輸出端 u0 為低電平。正常工作時(shí)，輸出端 u0 為 1。 u11和u12分別為 6 端和 2 端的輸入電壓。當(dāng)u112/3ucc，u121/3u cc 時(shí)，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(dǎo)通，輸出端 u0 為低電平。 當(dāng)u112/3ucc，u12 1/3ucc 時(shí)，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

8、 截止，輸出端 u0 為高電平。 當(dāng)u111/3ucc 時(shí)，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(shí)器功能如表圖 4-4.2 所示。 - 6 - （表 4-4.2 555 定時(shí)器功能表 ） 3.3 555 定時(shí)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(gè)穩(wěn)態(tài)的輸出狀態(tài)和，且兩個(gè)狀態(tài)始終相反。而單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號(hào)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(shí)間后，又會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)回原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器一般用于延時(shí)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

9、為用 555 定時(shí)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(shí)一般通過(guò) 0.01uf 電容接地，以防干擾。 下面對(duì)照?qǐng)D b 進(jìn)行分析。 (a) 電路圖 (b) 波形圖 (1) 穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出 uo 為低電平，即無(wú)觸發(fā)器信號(hào)（ui 為高電平）時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài) - 7 - 輸出低電平。在 ui 負(fù)脈沖作用下，低電平觸發(fā)端得到低于（1/3）ucc，觸發(fā)信號(hào)，輸出 uo 為高電平，放電管 vt 截止，電 路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，定時(shí)開(kāi)始。 (2) 暫穩(wěn)態(tài) 在 t=t1 瞬間，2 端輸入一個(gè)負(fù)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

10、路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。此后，電源又經(jīng) r 向 c 充電，充電時(shí)間常數(shù)=rc，電容的電壓按指 數(shù)規(guī)律上升。 在 t=t2 時(shí)刻，觸發(fā)負(fù)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(shí)刻，當(dāng) uc 上升略高于時(shí)，基本 rs 觸發(fā)器復(fù)位，輸出 u0=0，回到初始穩(wěn)態(tài)。 同時(shí)，晶體管 t 導(dǎo)通，電容 c 通過(guò) t 迅速放電直至 uc 為 0。這時(shí)，電路為下次翻轉(zhuǎn)做好了準(zhǔn) 備。 輸出脈沖寬度 tp 為暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，即電容 c 的電壓從 0 充至所需的時(shí)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(shí)控制。

11、 在 r、c 的值一定時(shí)，輸出脈沖的幅度和寬度是一定的，利用這一特性可對(duì)邊沿不 陡、幅度不齊的波形進(jìn)行整形。 2多諧振蕩器 多諧振蕩器又稱為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路 處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)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(shí)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(shí)，uc=0，u0=1。當(dāng) uc 升至后，比較器 c1 輸出低電平，基本 rs 觸發(fā)器 置 0，定時(shí)器輸出 u0 由 1 變?yōu)?0。同時(shí)，三極管 t 導(dǎo)通，電容通過(guò) r2

12、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(shí)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(guò)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(gè)暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間。第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間 tp1 為電容 c 的電壓 uc 從充電至所需時(shí)間。 4、多點(diǎn)斷電式防盜報(bào)警器電路設(shè)計(jì) 4.1 斷電式防盜報(bào)警器電路圖 (圖 5-5.1) 4.2 仿真結(jié)果及分析 - 9 - 工作過(guò)程：其中

13、s1、s2、s3 為報(bào)警器警戒線，如圖所示（5-5.1）當(dāng)開(kāi)關(guān)控制 s1、s2、s3 閉合時(shí)，報(bào)警器處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān) s1斷開(kāi)其余開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，555 定時(shí)器 7 號(hào)引腳由低電位 變?yōu)楦唠娢?，?bào)警器處于報(bào)警狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān) s2 斷開(kāi)其余開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，555 定時(shí)器 7 號(hào)引腳由 低電位變?yōu)楦唠娢?，?bào)警器處于報(bào)警狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān) s3 斷開(kāi)其余開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，555 定時(shí)器 7 號(hào) 引腳由低電位變?yōu)楦唠娢?，?bào)警器處于報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)s1、s2 斷開(kāi) s3 閉合時(shí)，555 定時(shí)器 7 號(hào)引腳由低電位變?yōu)楦唠娢?，?bào)警器處于報(bào)警狀態(tài)，當(dāng) s1、s2、s3 開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)時(shí)，報(bào)警 器處于報(bào)警狀態(tài)，并且可以利用可調(diào)電

14、阻來(lái)達(dá)到報(bào)警器的靈敏度同時(shí)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(jì)達(dá)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(hào)材料及選用 電位器rp1rp2選用有機(jī)實(shí)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(yáng)聲器 bl 選用 0.25w、8 的電動(dòng)式揚(yáng)聲器 - 10 - 555 定時(shí)器 ic 開(kāi)關(guān) s 選用微型單

15、極撥動(dòng)式開(kāi)關(guān)四個(gè) 警戒線使用 0.1mm 的漆包線 變壓器一個(gè) 橋式整流 mda970a 橋式整流 mda970a 一個(gè) 測(cè)量工具數(shù)字萬(wàn)用表一個(gè)和示波器一臺(tái) 結(jié)論 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，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(xué)習(xí)和掌握數(shù)字電路中基本知識(shí)的應(yīng)用尤其是 555 時(shí)基電路。在歷 設(shè)計(jì)，制作的過(guò)程當(dāng)中，我不但把以前學(xué)過(guò)的數(shù)字電子技術(shù)方面的知識(shí)做了全面的重新的 認(rèn)識(shí)。還學(xué)到了很多課堂上根本無(wú)法學(xué)到的知識(shí)。以前我們雖然進(jìn)過(guò)一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，并 且都在期末考試和數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)當(dāng)中取得了不錯(cuò)的成績(jī)。但是經(jīng)過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我才發(fā)現(xiàn)， 我們之前對(duì)數(shù)字電子的

16、理論知識(shí)認(rèn)識(shí)是那么的淺薄，對(duì)仿真軟件的應(yīng)用幾乎是一竅不通， 對(duì)于數(shù)字電路的應(yīng)用簡(jiǎn)直如盲人摸象。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們慢慢學(xué)習(xí)、摸索、體會(huì)。一開(kāi)始，我們?cè)诰W(wǎng)上查閱資料，拿著 別人制作好的其他相關(guān)的電路圖來(lái)研究，弄懂別人的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)方案。之后針對(duì)自己 將要設(shè)計(jì)的電路的要求進(jìn)行修改。之后用仿真軟件仿真。來(lái)驗(yàn)證自己的思路的可行性。我 們對(duì)數(shù)字電子的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用都有了很大的提高 。這次設(shè)計(jì)給我們的收獲是巨大的。 參考文獻(xiàn) 1 陳有卿主編.555 時(shí)基集成電路原理與應(yīng)用.m北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.7 2 房國(guó)志主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).m北京:國(guó)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(jiǎn)明電子元器手冊(cè). m 上海：上海交通大學(xué)出版社,2005.12 5 李延明主編.電工、電子計(jì)算手冊(cè).m 北京：電子工業(yè)出版社,2009.9 附錄 - 11 - 后記 在設(shè)計(jì)完成之際，首先向我的導(dǎo)師老師致以最真誠(chéng)的感謝。在我設(shè)計(jì)研究過(guò)程中姚老師和 郁老師不斷地給