數(shù)電課程設(shè)計(jì)聲光報(bào)警器

1、聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)第一章 緒論聲光報(bào)警器在實(shí)際的生活中可以見到許多，運(yùn)用于生活的許多方面，既有硬件實(shí)現(xiàn)的，也有硬件和軟件同時(shí)控制執(zhí)行。通過這次的課程任務(wù)設(shè)計(jì)，可以很好的對(duì)課本知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)于專業(yè)相關(guān)的一些知識(shí)，從而擴(kuò)大自己知識(shí)面的廣度。聲光報(bào)警電路可作為防盜裝置，在有情況時(shí)它通過指示燈閃光和蜂鳴器鳴叫，同時(shí)報(bào)警。要求指示燈閃光頻率為12Hz，蜂鳴器發(fā)出間隙聲響的頻率約為1000Hz，指示燈采用發(fā)光二極管。電路由兩個(gè)555多諧振蕩器組成，第一個(gè)振蕩器的振蕩頻率為12Hz時(shí)，第二個(gè)振蕩器的振蕩頻率為1000Hz。將第一個(gè)振蕩器的輸出(3腳)接到第二個(gè)振蕩器的復(fù)位端(4腳)。在

2、輸出高電平時(shí)，第二個(gè)振蕩器振蕩;輸出低電平時(shí)，第二個(gè)振蕩器停振。這樣，蜂鳴器將發(fā)出間隙聲響。聲光報(bào)警器可用在危險(xiǎn)場(chǎng)所，通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號(hào)的一種不會(huì)引燃易燃易爆性氣體的報(bào)警信號(hào)裝置。防爆聲光報(bào)警器適用于安裝在含有C級(jí)T6溫 度組別的爆炸性氣體環(huán)境場(chǎng)所，還可使用于石油、化工等行業(yè)具有防爆要求的1區(qū)及2區(qū)防爆場(chǎng)所，也可以露天、室外使用?？梢院蛧?guó)內(nèi)外任 何廠家的火災(zāi)報(bào)警控制器配套使用。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生事故或火災(zāi)等緊急情況時(shí)，火災(zāi)報(bào)警控制器 送來的控制信號(hào)啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，發(fā)出聲和光 報(bào)警信號(hào)，完成報(bào)警目的。本產(chǎn)品也可同手動(dòng)報(bào) 警按鈕配合使用,達(dá)到簡(jiǎn)單的聲,光報(bào)警目的。本 產(chǎn)品符合GB3

3、836系列標(biāo)準(zhǔn)的要求（滿足GB3836.12000爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求及GB3836.22000爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備隔爆型“d”標(biāo)準(zhǔn)），經(jīng)國(guó)家指定的 檢測(cè)機(jī)構(gòu)鑒定并取得了防爆合格證。報(bào)警器外殼為全不銹鋼殼體，燈殼抗沖擊能力強(qiáng)，180清晰可視超高亮LED發(fā)光管，配備超強(qiáng)蜂鳴器，具有工作穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng), 功耗低，不受污染物和水的影響等特點(diǎn)。 聲光報(bào)警器（Audible and visual alarm）又叫聲光警號(hào)， 是為了滿足客戶對(duì)報(bào)警響度和安裝位置的特殊要求而設(shè)置。同時(shí)發(fā)出聲、光二種警報(bào)信號(hào)。產(chǎn)品專用領(lǐng)域：銀行，政府機(jī)關(guān)，郵政，電信，酒店，大廈，工廠商場(chǎng) 商鋪、別墅、ATM,

4、周界防越系統(tǒng)及保安服務(wù)公司等； 是消防火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的一個(gè)配件產(chǎn)品。固了解掌握聲光報(bào)警器的工作原理及制作方法對(duì)電氣自動(dòng)化專業(yè)同學(xué)來說是非常必要而且實(shí)用的。第二章 555定時(shí)器聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)2.1 硬件組成閃光燈報(bào)警蜂鳴器報(bào)警電信號(hào)如上圖：聲光報(bào)警電路由閃光燈報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警兩部分組成，其中蜂鳴器報(bào)警只有在閃光燈報(bào)警狀態(tài)下才可發(fā)出一定音調(diào)的鳴聲，隨著閃光燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出間隙聲響。2.2 電路原理圖2.3 印刷電路板2.4 555定時(shí)器聲光報(bào)警電路原理聲光報(bào)警電路是一種防盜裝置，在有情況時(shí)它通過指示燈閃光和蜂鳴器鳴叫，同時(shí)報(bào)警。要求指示燈閃光頻率為12Hz，蜂鳴器發(fā)出間隙聲響的頻率約為10

5、00Hz，指示燈采用發(fā)光二極管電路由兩個(gè)555多諧振蕩器組成，第一個(gè)振蕩器的振蕩頻率為12Hz時(shí)，第二個(gè)振蕩器的振蕩頻率為1000Hz。將第一個(gè)振蕩器的輸出(3腳)接到第二個(gè)振蕩器的復(fù)位端(4腳)。在輸出高電平時(shí)，第二個(gè)振蕩器振蕩;輸出低電平時(shí)，第二個(gè)振蕩器停振。這樣，蜂鳴器將發(fā)出間隙聲響。工作原理對(duì)于：通電后: 通過，對(duì)進(jìn)行充電，充電時(shí)間為。當(dāng)電解電容電壓： ；此時(shí)，復(fù)位無效，工作；當(dāng)電解電容電壓時(shí)：，即輸出保持原狀態(tài)不變，二極管共組，同樣如此；當(dāng)電解電容電壓時(shí)： ，則電容經(jīng)過放點(diǎn)，放電時(shí)間。此時(shí)復(fù)位端，復(fù)位有效，則輸出為低電平，蜂鳴器不工作。對(duì)于：當(dāng)時(shí)：通過，對(duì)進(jìn)行充電，充電時(shí)間為。當(dāng)電解

6、電容電壓：，蜂鳴器發(fā)出聲響；當(dāng)電解電容電壓時(shí)：保持原狀態(tài)不變，蜂鳴器工作當(dāng)電解電容電壓時(shí)：，通過放點(diǎn)，放電時(shí)間。始終在到之間來回充電放點(diǎn)。蜂鳴器就會(huì)發(fā)出固定頻率的聲音。2.5 性能指標(biāo)要求對(duì)于而言：二極管閃爍頻率， ， 所以：，對(duì)于而言：蜂鳴器音調(diào)高低對(duì)應(yīng)不同的頻率， 又 ， 所以： 固在調(diào)試過程中，可通過二極管閃爍頻率，蜂鳴器音調(diào)高低來判斷待調(diào)試報(bào)警工作狀態(tài)是否標(biāo)準(zhǔn)。第三章 主要元器件原理及相關(guān)計(jì)算3.1 材料清單元器件數(shù)量蜂鳴器1發(fā)光二極管1555集成定時(shí)器2 10電位器1 2電阻1 20電位器1 2電阻10.0110.011 100電解電容1 0.1電解電容1 4.7電解電容1 10電解

7、電容13.2 555定時(shí)器芯片工作原理,功能及應(yīng)用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)。3.2.1 555定時(shí)器工作原理555定時(shí)器產(chǎn)品有TTL型和CMOS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3-1所示。它由三個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器和、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。 圖3-1 555定時(shí)器原理圖分壓器

8、為兩個(gè)電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器的參考電壓為，加在同相端；的參考電壓為，加在反相端。是復(fù)位輸入端。當(dāng)時(shí)，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端為低電平。正常工作時(shí)，。和分別為6端和2端的輸入電壓。當(dāng)， 時(shí)，輸出為低電平，輸出為高電平，即，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導(dǎo)通，輸出端為低電平。當(dāng)，時(shí)，輸出為高電平，輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端為高電平。當(dāng)，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3-2所示。表3-2 555定時(shí)器功能表3.2.2 555定時(shí)器的應(yīng)用1單穩(wěn)態(tài)電路前面介紹的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

9、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3-3(a)所示為用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0.01uF電容接地，以防干擾。下面對(duì)照?qǐng)D3-3(b)進(jìn)行分析。（a）電路圖 (b) 波形圖 圖3-3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1) 穩(wěn)態(tài)接通電源后，經(jīng)R給電容C充電，當(dāng)上升到大于時(shí)，基本RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出

10、。同時(shí)，晶體管T導(dǎo)通，使電容C放電。此后，若不加觸發(fā)信號(hào)，即，則保持0狀態(tài)。電路將一直處于這一穩(wěn)定狀態(tài)。(2) 暫穩(wěn)態(tài)在瞬間，2端輸入一個(gè)負(fù)脈沖，即，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(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)，電容的電壓按指數(shù)規(guī)律上升。在時(shí)刻，觸發(fā)負(fù)脈沖消失()，若，則，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)，仍為高電平。在時(shí)刻，當(dāng)上升略高于時(shí)，基本RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出，回到初始穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，晶體管T導(dǎo)通，電容C通過T迅速放電直至為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。由得 (3-5)由上式可知：

11、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。 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穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(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3-4所示是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。、和C是外接元件。剛接通電源時(shí)，。當(dāng)升至后，比較器輸出低電平()，基本RS觸發(fā)器置0，定時(shí)器輸出由1變?yōu)?。同時(shí)，三極管T導(dǎo)通，電容通過放電，下降。在期間，保持低電平狀態(tài)。在下降

12、至以后，比較器輸出低電平()，使觸發(fā)器置1，輸出由0變?yōu)?。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3-4(b)所示。 (a)電路圖 (b) 波形圖 圖3-4 多諧振蕩器振蕩周期等于兩個(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 (3-6) 第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tp2為電容C的電壓從放電至所需時(shí)間 （3-7）3.3 蜂鳴器3.3.1 蜂鳴器的介紹1蜂鳴器的作用 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等

13、電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。2蜂鳴器的分類 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。3蜂鳴器的電路圖形符號(hào) 蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。3.3.2 蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理

14、后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。2電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。3.4 發(fā)光二極管3.4.1 發(fā)光二極管發(fā)光原理50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫， 發(fā)光二極管它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 發(fā)光二

15、極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。3.4.2 發(fā)光二極管物理特性式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線

16、中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)按電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。 發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示09十個(gè)數(shù)目字。第四章 焊接與調(diào)試4.1 焊接一、焊接的好壞標(biāo)準(zhǔn)1.焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (1)焊點(diǎn)表面：光滑，色

17、澤柔和，沒有砂眼，氣孔、毛剌等缺陷(2)焊料輪廓：印制電路板焊盤與引腳間應(yīng)呈彎月面，潤(rùn)濕角 1545 (3)焊點(diǎn)間：無橋接、拉絲等短路現(xiàn)象（4)焊料內(nèi)部：金屬?zèng)]有疏松現(xiàn)象，焊料與焊件接觸界面上形成310的金屬間化合物 良好焊點(diǎn)的形貌（5）表面安裝良好焊點(diǎn)的特殊要求2. 不良焊接現(xiàn)象的判別4.2 調(diào)試調(diào)試的方法：1. 將待調(diào)試電板按正負(fù)極接好，要求使用+5V直流電源，負(fù)極接地；2. 接通電源開關(guān)，觀察二極管是否正常工作，蜂鳴器是否正常工作。若不正常，檢查練練，正負(fù)極是否接反，連接是否良好等；3. 旋轉(zhuǎn)，觀察二極管閃爍頻率是否有變，若無變化，檢查是否損壞，是否連接良好；4. 保持不變，旋轉(zhuǎn)，觀察蜂

18、鳴器音調(diào)是否高低變化，若無變化，檢查是否損壞，連接是否良好；5. 將輸出端引出，接到示波器，觀察輸出波形，并記錄；6. 調(diào)試結(jié)束，關(guān)閉電源。第五章 結(jié)論5.1 完成接線的電板圖片原件面焊接面5.2 輸出波形輸出波形：輸出波形：第六章 心得體會(huì)通過本次試驗(yàn)，我了解了聲光報(bào)警系統(tǒng)的制作方法，加深了自己對(duì)555定時(shí)器的理解，為以后更多的應(yīng)用555定時(shí)器打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)內(nèi)容雖然簡(jiǎn)單，但其過程對(duì)我們的鍛煉是多方面的。第一，它鍛煉了我們的信息搜集與處理能力，在電板制作過稱各種，其中有的原件我們并不熟悉，但是借助于相關(guān)書籍與網(wǎng)絡(luò)等途徑，我們搜集到了了大量有關(guān)這些原件的資料，并整合了有關(guān)這些

19、原件的原理、性能指標(biāo)、應(yīng)用范圍的信息；第二，它鍛煉了我們的思維與創(chuàng)新能力：我們?cè)陔姲逯谱鬟^程中涌現(xiàn)了許多新奇的想法，比如是否可將次聲光報(bào)警系統(tǒng)改裝成厭惡報(bào)警系統(tǒng)，或者假裝上其他芯片組構(gòu)成定時(shí)鬧鈴系統(tǒng)作為學(xué)校的鈴聲等；第三，它為我們以后更深一步的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為我們畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，我覺得做此類課程設(shè)計(jì)是十分有意義，而且是十分必要的，在已度過的大學(xué)時(shí)間里，我們接觸的時(shí)專業(yè)課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識(shí)，如何去鍛煉我們的時(shí)間能力？如何把我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課理論只是運(yùn)用到實(shí)踐中去呢？我們做類似的課程十幾就是為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。在昨晚本次課程設(shè)計(jì)的過程中，