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文檔簡介

1、防盜報警器的設(shè)計報告目 錄一、設(shè)計任務(wù)與要求(1)二、總體方案設(shè)計(1)2.1、方案選擇與論證(1)2.2、報警器的原理框圖如圖2-1所示.(1)2.3、總體電路圖(3)三、單元電路設(shè)計計算及分析(4)3.1、電源電路設(shè)計及說明(4)3.1.1 電源電路設(shè)計方案.(4)3.1.2 電源電路圖.(5)3.1.3 電源電路相關(guān)說明.(5)3.2、控制電路設(shè)計及說明(6)3.2.1 控制電路設(shè)計方案.(6)3.2.2 控制電路圖.(7)3.2.3 控制電路相關(guān)說明.(7)3.3、報警聲產(chǎn)生電路(8)3.3.1 報警聲產(chǎn)生電路設(shè)計方案.(8)3.3.2 報警聲產(chǎn)生電路圖(11)3.3.3 報警聲產(chǎn)生電

2、路圖相關(guān)說(11)3.4 單元電路間的連接方法(12)3.5.1 電源電路參數(shù)計算(12)3.5.2 控制電路參數(shù)計算(13)3.5.3 報警聲產(chǎn)生電路參數(shù)(14)四、電路元件的選擇(14)五、收獲與體會(16)六、參考文獻(xiàn)(17)一、設(shè)計任務(wù)與要求(1).設(shè)計具有防盜功能的電路,結(jié)果以燈光及揚聲器顯示。(2).進(jìn)行電路原理圖設(shè)計二、總體方案設(shè)計2.1、方案選擇與論證防盜報警器的關(guān)鍵部分是報警控制電路,由控制電路控制聲、光報警信號的產(chǎn)生。采用三極管與可控硅進(jìn)行控制,無偷盜情況時,使三極管處在截止?fàn)顟B(tài),則被控器的聲、光信號產(chǎn)生電路不工作;一旦有偷盜情況,立即使三極管導(dǎo)通,被控器的聲、光信號產(chǎn)生電

3、路產(chǎn)生聲、光報警信號,呼叫值班人員采取相應(yīng)措施。電網(wǎng)正常供電時,通過電源變壓器降壓后經(jīng)整流、濾波及穩(wěn)壓得報警器所需直流電壓,為防止電網(wǎng)停電,在控制器的輸入端設(shè)置有備用直流電源,保證報警器在停電時能持續(xù)正常工作。2.2、報警器的原理框圖如圖2-1所示。圖2-1 多路防盜報警器原理框圖(1) 控制電路由三極管3dg12、電阻r1,r2,r3和可控硅scr1共同組成,如圖2-2所示。電源電壓12v通過r2給三極管3dg12提供基極直流偏置,初始狀態(tài)下,開關(guān)s1斷開。三極管基極無電流,三極管發(fā)射極沒有偏置電壓,使三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。此時,可控硅的控制極上無信號或者緊有微小的信號,可控硅不能導(dǎo)通。正常情

4、況下,可控硅的t1、t2極間有正向偏壓,但不導(dǎo)通。一旦開關(guān)s1被觸碰,將使整個電路導(dǎo)通,由于有電解電容,三極管導(dǎo)通前,電路先給三極管充電,直到三極管基極具有足夠的電壓使三極管發(fā)射極正偏,電壓應(yīng)高于0.7v??煽毓杓淳чl管導(dǎo)通后,使報警電路工作,發(fā)出聲、光報警信號。圖2-2 控制電路(2)電網(wǎng)電壓通過電源變壓器降壓后,經(jīng)整流橋整流,電容器濾波,三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后供給控制電路,同時將備用直流電源通過二極管并入控制電路的輸入端。電網(wǎng)電壓正常供電時,二極管截止,一旦電網(wǎng)停電,二極管導(dǎo)通,備用電源自動供電。(3)指示燈采用燈泡顯示,控制電路輸出信號使其發(fā)光。顯示器可按不同設(shè)防地點進(jìn)行編號。采用ne55

5、5時基電路和阻容組件組成音調(diào)振蕩器,控制器輸出信號控制其工作,ne555的(3)腳輸出音頻信號再通過放大電路放大后揚聲器發(fā)聲報警。2.3、總體電路圖圖2-3 總體電路圖本多路報警器為6路防盜報警器,每一路有相同的電路結(jié)構(gòu),控制電路也相同,均由可控硅控制。由總體電路圖可看出,此6路防盜報警器電路總共有三個基本組成單元。分別是:電源電路、控制電路、報警聲產(chǎn)生電路。三、單元電路設(shè)計及說明3.1、電源電路設(shè)計及說明3.1.1 電源電路設(shè)計方案 本設(shè)計是6路防盜報警器,各路電路結(jié)構(gòu)完全相同,共享一個直流穩(wěn)壓電源。為了降低設(shè)計成本,減少功耗,故采用12v直流穩(wěn)壓電源供電。在電網(wǎng)正常供電情況下,可直接將家庭

6、電路中的220v交變電壓通過變壓器降壓、整流橋整流、電容濾波和三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后得到12v直流電壓,可充當(dāng)直流穩(wěn)壓電源使用。在電網(wǎng)停止供電時,即家庭停電時,備用直流電源直接開始工作,這樣就實現(xiàn)了電源供電的連續(xù)性。通過利用二極管的正向?qū)ㄌ匦?,?2v直流電源并入電路中,電網(wǎng)供電情況下,二極管沒有正向偏壓,不能導(dǎo)通,由電路直接為報警電路供電。當(dāng)電網(wǎng)停電時,二極管便獲得正向偏壓,因而能夠?qū)?。備?2v直流電源或電池組開始工作。3.1.2 電源電路圖圖3-1 電源電路3.1.3 電源電路相關(guān)說明 除去備用直流電源的電源電路,我剛在實習(xí)中使用過,并且完成了安裝與測試。家庭電路中的220v經(jīng)過變壓器

7、降壓后變?yōu)榻涣?5v,再使用由四個相同型號整流二極管組成的整流電路整流,而后又經(jīng)電解電容c7與瓷片電容濾波后得到20v的直流電壓。然后再用型號為78l12國際上普遍使用的12v三端集成穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓,通過穩(wěn)壓即可得到比較理想的12v直流電壓。三端集成穩(wěn)壓塊之后電路上又并聯(lián)了容量為47nf的瓷片電容與容量較大的電解電容將低于12v少量電壓放大,除此之外,c10與c8還有保護(hù)電路的作用。即當(dāng)電網(wǎng)斷電瞬間,電容上仍然充滿了電荷,電容開始放電,等到電容兩端的電壓小于11.3v時,二極管d7便開始導(dǎo)通,備用直流電源開始工作。三端穩(wěn)壓塊采用國際上較常用的78l12,可以穩(wěn)12v的直流電壓。3.2、控制電路設(shè)計

8、及說明3.2.1 控制電路設(shè)計方案 本多路報警器要控制的電路有6路。在電路中起到控制聲、光報警信號產(chǎn)生的作用??刂齐娐酚卸喾N設(shè)計方法,也可以用多鐘元件實現(xiàn),但我選擇較簡單的三極管與可控硅,使電路簡單化,也使之易于實現(xiàn)。可控硅的導(dǎo)通前提條件是有正向偏壓,然后如果控制極上有一個高于陰極的電壓信號,該可控硅便導(dǎo)通。其外,可控硅的一個重要特點是,一旦導(dǎo)通后,就可以維持導(dǎo)通狀態(tài),與控制極不再有關(guān)系。可利用可控硅的這種特性與三極管的導(dǎo)通條件設(shè)計控制電路??蓪⒔佑|式開關(guān)串在三極管的基極上,正常情況下,開關(guān)斷開,三極管基極上沒有電壓,僅有集電極直接與電源相連。要使三極管能正常工作,應(yīng)先調(diào)節(jié)三極管的靜態(tài)工作點,

9、使其工作在放大區(qū)。這樣,三極管導(dǎo)通后才能將基極上微小的電流放大后送到發(fā)射極。在發(fā)射極上串聯(lián)一個較大的電阻,這樣一來,在三極管導(dǎo)通后,發(fā)射極上電阻能獲得較大的電勢差,然后將其加到可控硅的控制極與陰極上,可控硅就可迅速導(dǎo)通。另外,考慮到接觸式開關(guān)防盜應(yīng)用中,開關(guān)不可能合上以后就不再斷開。一般情況下,接觸式開關(guān)只是短暫的閉合。為了延長電路的工作時間,可在三極管的基極與地之間并聯(lián)一個電解電容,用于延遲電路導(dǎo)通和延續(xù)電路的導(dǎo)通狀態(tài)。3.2.2 控制電路圖圖3-2 控制電路圖3.2.3 控制電路相關(guān)說明 控制電路是整個多路防盜報警器電路中的核心。起著控制聲、光報警信號產(chǎn)生的作用。如圖3-2,可控硅的右側(cè)是

10、聲光報警信號的輸入端,由圖可看出,只要可控硅導(dǎo)通,聲光報警信號便可發(fā)出??刂齐娐返挠覀?cè)是產(chǎn)生報警光信號的電路,其電路也極其簡單,只需將一個較大的電阻與燈泡串聯(lián)后接到電源上。圖中,d1也有重大的作用,產(chǎn)生報警聲信號電路只有通過d1然后再通過可控硅,才能正常產(chǎn)生報警聲信號。要使二極管d1導(dǎo)通,需要其有正向偏壓。要達(dá)到此目的,需使r4阻值較大及使燈泡有一個較大的功率,使二極管的陰極電位較低。此控制電路中,三極管靜態(tài)工作點的調(diào)試也比較重要,電路導(dǎo)通時應(yīng)使三極管工作在放大區(qū)。3.3、報警聲產(chǎn)生電路 3.3.1 報警聲產(chǎn)生電路設(shè)計方案 首先考慮使用555時基集成電路,不僅是因為其使用廣泛,它也有其獨特的作

11、用。使用555時基集成電路之前還需了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作過程。555時基電路的工作過程:當(dāng)2腳,即比較器a2的反相輸入端加進(jìn)電位低于vdd的觸發(fā)信號時,則vt9、vtll導(dǎo)通,給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的vtl4提供一偏流,使vtl4飽和導(dǎo)通,它的飽和壓降vces使vtl5的基極處于低電平,使vtl5截止,vtl7飽和,從而使 vtl8截止,vtl9導(dǎo)通,vt20完全飽和導(dǎo)通,vt21截止。因此,輸出端3腳輸出高電平。此時,不管6端(閾值電壓)為何種電平,由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(vtl4-vtl7)中的47k電阻的正反饋作用(vtl5的基極電流是通過該電阻提供的),3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于vdd

12、 的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號消失后,即比較器a2反相輸入端2腳的電位高于vdd,則vt9、vtll截止,vtl4因無偏流而截止,此時若6腳無觸發(fā)輸入,則vtl7的vces飽和壓降通過4.7k電阻維持vtl3截止,使vtl7飽和穩(wěn)態(tài)不變,故輸出端3腳仍維持高電平。同時,vtl8的截止使 vt6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時,且電位高于vdd時,則vtl、vt2、vt3都導(dǎo)通。此時,若2腳無外加觸發(fā)信號使vt9、vtl4截止,則 vt3的集電極電流供給vtl5偏流,使該級飽和導(dǎo)通,導(dǎo)致vtl7截止,進(jìn)而vtl8導(dǎo)通,vtl9、vt2都截止,vt21飽和導(dǎo)通,故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號消失后,即該

13、腳電位降至低于vdd時,則vtl、vt2、vt3皆截止,使vtl5得不到偏流。此時,若2腳仍無觸發(fā)信號,則 vtl5通過4.7k電阻得到偏流,使vtl5維持飽和導(dǎo)通,vtl7截止的穩(wěn)態(tài),使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時,vtl8的導(dǎo)通,使放電級 vt6飽和導(dǎo)通。通過上面兩種狀態(tài)的分析,可以發(fā)現(xiàn):只要2腳的電位低于vdd,即有觸發(fā)信號加入時,必使輸出端3腳為高電平;而當(dāng)6腳的電位高于 vdd時,即有觸發(fā)信號加進(jìn)時,且同時2腳的電位高于vdd時,才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號,即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3v時,vt8導(dǎo)通,其發(fā)射極電位低于lv,因有d3接入,

14、vtl7為截止?fàn)顟B(tài),vtl8、vt21飽和導(dǎo)通,輸出端3腳為低電平。此時,不管2腳、6腳為何電位,均不能改變這種狀態(tài)。因vt8的發(fā)射極通過d3及vtl7的發(fā)射極到地,故vt8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4v電壓高。因此,當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4v時,vt8處于反偏狀態(tài)而不起作用,也就是說,此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。 顯然,555電路內(nèi)含兩個比較器a1和a2、一個觸發(fā)器、一個驅(qū)動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻r1、r2和r3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的vdd和vdd。參考電壓所限定。為進(jìn)一步理解其電路功能,并靈活應(yīng)用555集成塊,下面簡要說明其作用機(jī)理。從圖3-3可見,

15、三個5k電阻組成的分壓器,使內(nèi)部的兩個比較器構(gòu)成一個電平觸發(fā)器,上觸發(fā)電平為vdd,下觸發(fā)電平為vdd。在5腳控制端外接一個參考電源vc,可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器al的輸出同或非門l的輸入端相接,比較器a2 的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的rs觸發(fā)器必須用負(fù)極極性信號觸發(fā),因此,加到比較器al同相端6腳的觸發(fā)信號,只有當(dāng)電位高于反相端5腳的電位時,rs觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn);而加到比較器a2反相端2腳的觸發(fā)信號,只有當(dāng)電位低于a2同相端的電位vdd時,rs觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。 通過上面對等效功能電路和ca555時基電路的內(nèi)部等效電路的分析,可得出555各功能端的真值表。 圖3-3

16、555時基電路接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器引腳 2 6 4 3 7 電平 vdd * 1.4v 高電平 懸空狀態(tài) 電平 vdd vdd 1.4v 低電平 低電平 電平 vdd 1.4v 保持電平 保持 電平 * * 0.3v 低電平 低電平 由表可看出,s、r、mr的輸入不一定是邏輯電平,可以是模擬電平。因此,該集成電路兼有模擬和數(shù)字電路的特色。 一般的報警聲不是連續(xù)的聲音,應(yīng)該是間斷的有高有底的聲音。實現(xiàn)方法是用rc振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號,然后送入555時基集成電路,再由3腳輸出振蕩信號??紤]到不應(yīng)有負(fù)信號,故需在555集成電路的3腳上接一個整流二極管。通過整流后還應(yīng)用電解電容濾掉直流信號,這樣報警聲的效

17、果會更好。但是,僅由555時基集成電路3腳輸出在經(jīng)整流隔直的振蕩信號很小,不能直接驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲。故需在輸出端增加一個放大電路單元。放大電路選用兩級放大,提高增益,使輸出端得到較高的振蕩信號,并能驅(qū)動揚聲器,產(chǎn)生報警信號。3.3.2 報警聲產(chǎn)生電路圖圖3-4 報警聲產(chǎn)生電路3.3.3 報警聲產(chǎn)生電路圖相關(guān)說明 圖3-4中,i點為電源輸入端,為整個報警聲產(chǎn)生電路供電。g點為接地端,如果g端能正常接地,整個報警聲產(chǎn)生電路將接通,振蕩信號便能驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲??刂齐娐氛抢每刂苂端來達(dá)到控制整個報警聲產(chǎn)生電路的目的。即將g點輸出信號通過二極管接到可控硅的陽極,這樣一來,可控硅就控制了整個

18、報警聲產(chǎn)生電路。在i點與g點之間,555時基集成電路與r25、r26、c11共同組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。振蕩頻率 f=1.44/(r25+2r26)c11,振蕩頻率為668hz。在555之后,12v直流電源保證輸出級放大電路能正常工作。r27用一個較大的電阻使三極管工作在放大區(qū)。t7為硅材料npn型高頻中功率管,t8為鍺材料pnp型低頻小功率管。兩個晶體三極管構(gòu)成兩級放大電路。3.4 單元電路間的連接方法 電源電路主要作用是為整個電路提供持續(xù)不斷的12v直流電源供應(yīng),以保證有偷盜情況時電路能正常產(chǎn)生報警信號。電源電路輸出端直接連接至控制電路與報警聲信號產(chǎn)生電路的輸入端??刂齐娐吠ㄟ^可控硅連接報警

19、光信號與報警聲信號產(chǎn)生電路,并控制報警聲、光信號的產(chǎn)生。報警聲信號產(chǎn)生電路與控制電路之間又連一個二極管,然后才連到可控硅的陽極上。3.5 電路參數(shù)計算3.5.1 電源電路參數(shù)計算 組成整流橋的四個整流二極管型號相同。每個二極管的耐壓值為:v=21.2v平均電流為:由于電路中沒有負(fù)載電阻,所以正常情況下,二極管中的電流很小。經(jīng)過濾波后的電路電壓為:=21v(v)時間常數(shù): ,二極管d7耐壓值為:12v3.5.2 控制電路參數(shù)計算 由于各路電路相同,各路的電路參數(shù)也相同。以第一路為例,取r1=43k,r2=180,三極管為高頻小功率管。三極管靜態(tài)工作點的計算:指示燈泡的額定電壓為8v,額定電流為0

20、.15a,額定功率為=1.2w,電阻為:=53.3 則r4阻值為:=700可控硅的正向電流大于0.15a 二極管d1陰極的電位為0.7v3.5.3 報警聲產(chǎn)生電路參數(shù) r25、r26、c11與555構(gòu)成音調(diào)振蕩電路,振蕩頻率為: f=1.44/(r25+2r26)c11,振蕩頻率為668hz三極管t7的靜態(tài)工作點計算: 四、電路元件的選擇 此6路防盜報警器電路中所用的各種元件信息如下表:元件名稱元件標(biāo)號數(shù)值型號電解電容c1c6,c847ufc7470ufc121uf瓷片電容c1047nf473c1122nf223c1333nf333c1422nf223二極管d1-d88只2cp10可控硅scr

21、1scr66只kp11指示燈ds1ds66只xz8-0.15集成塊ic11只78l12ic21只ne555電阻r1、r5、r9、r13 43k6只色 標(biāo)r17、r21、r26黃橙橙銀r3、r7、r11、r15 12k6只色 標(biāo)r19、r23、r25棕紅橙銀r2、r6、r10、r14 1806只色 標(biāo)r18、r22棕灰棕銀r27180k棕灰橙銀r282.4k紅黃紅銀開關(guān)s1s66只ds-03k、k12只kdc-1201晶體三極管t1t77只3dg12t81只3ax31變壓器tr1只電位器w1w622k6只揚聲器y1個直流電源12v 電阻均選用碳膜電阻器,電阻的大小及色標(biāo)在上表中均已注明,可直接到

22、市場上購買到。6只電位器選用普通的,可用起子直接調(diào)節(jié)其阻值。普通電容均選用瓷片電容,在電容表面都標(biāo)有標(biāo)號。標(biāo)號在上表中也已注明。電解電容容值都已知到,選購時,可選耐壓值為35v的電解電容,也可選擇耐壓值更高的。二極管型號大多相同,為n型硅材料小信號管。三極管t1t7選用硅材料npn型高頻小功率管。而三極管t8選用鍺材料pnp型低頻小功率管??煽毓柽x用普通反向阻斷型,1a耐壓100v,正向管壓降0.4v-1.2v.指示燈的型號為xz8-0.15,額定電壓為8v,額定電流為0.15a,壽命為1500小時,既環(huán)保又節(jié)能。變壓器為15v變壓器,有三個短線,較常見。此多路報警器電路中所用元件在市場都能買到,且價格大多比較便宜。五、收獲與體會 經(jīng)過一周左右的課程設(shè)計終于要畫上一個完美的句號?;匚哆@個過程,確實充滿著酸甜苦辣。設(shè)計的過程并非一帆風(fēng)順,遇到了許多困難

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