課程設(shè)計報告簡易防盜報警器的設(shè)計.doc

1、前 言隨著我國全面小康建設(shè)步伐的加快,人們的生活水平有了很大的提高，同時，社會人口的流動性大大增加，社會結(jié)構(gòu)和社會治安問題日趨復(fù)雜，人們對家庭生命財產(chǎn)的安全越來越重視。因此，人們在生活中逐漸引入報警器，用來預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的發(fā)生。防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，并提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位,顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施.一旦發(fā)生突發(fā)事件,就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏蚀_顯示出事地點，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系

2、統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。 報警器(alarm)，又稱防盜器.是由傳感器和信號處理組成的,用來探測入侵者入侵行為的,由電子和機械部件組成的裝置。傳感器又是報警器的核心元件，采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途的報警裝置。防盜報警器，是對用于發(fā)生警情、危險、緊急情況等狀況下以聲音、光線、氣壓等形式發(fā)出警報的電子產(chǎn)品的統(tǒng)稱。隨著社會科學技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對報警器的性能提出了越來越高的要求。其應(yīng)用也是越來越廣泛，涉及到各個行業(yè)中。傳統(tǒng)報警器通常采用觸摸式報警、開關(guān)報警器、光電報警等。這類報警器具有性能穩(wěn)定、實用性強等特點。本課程設(shè)計所設(shè)計的簡易防盜報警器是借助于數(shù)字邏輯電路，采用模

3、塊化的設(shè)計思想。不僅使得設(shè)計變得簡單、方便、靈活性強，而且電路簡單容易實現(xiàn)，工作穩(wěn)定. 第一章:設(shè)計基本要求設(shè)計一檢測電路，將檢測器件安裝在門、柜把手，箱、包等的防盜報警裝置，只要有觸摸,揚聲器即會發(fā)出報警聲，并且即使手離開感應(yīng)器時，揚聲器也會延時1（s)左右停止響鳴。【主要參考元器件】NE555。第二章：系統(tǒng)組成及原理根據(jù)課題設(shè)計要求初步建立系統(tǒng)框圖語音報警檢測電路定時模塊頻率控制模塊圖2-1 系統(tǒng)框圖2。1 檢測電路檢測電路是用來檢測當手接觸感應(yīng)器時使壓電元件產(chǎn)生微量的變形產(chǎn)生壓電效應(yīng)經(jīng)過低噪聲電纜把信號送到具有高輸入阻抗的前置放大器.從而實現(xiàn)把作用力轉(zhuǎn)變成電信號，輸入到電路中。2.2 單

4、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊由兩個與非門或者或非門組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊(如圖2.5)，這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路中廣泛地用于對脈沖信號的延時、展寬和整形等。定時模塊的作用是來控制語音報警的時間長度，防止報警時間過長，電能損耗過多。主要構(gòu)成是由NE555定時器完成,將其接成單穩(wěn)態(tài)電路,可以產(chǎn)生一脈沖，脈沖維持時間可以通過設(shè)計參數(shù)而得，脈沖的維持時間就是電路報警的時間長度。根據(jù)實際要求延時參數(shù)設(shè)置為1（S）。2.3 頻率控制模塊頻率控制模塊是產(chǎn)生一頻率為1。2KHz的信號模塊電路，完成設(shè)計基本要求。為提高電路的實用性，設(shè)計一個可以自動變頻的電路,使得報警聲音多樣化。電路中用NE555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為產(chǎn)生頻率的

5、電路，再經(jīng)過分頻電路,分成不同的頻率信號，再經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇器,選出頻率，使不同頻率能夠自動變換地傳輸?shù)秸Z音報警電路。2.4語音報警語音報警電路完成的是將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號,從而達到報警目的.第三章：電路各模塊設(shè)計分析及電路原理圖設(shè)計3。1 檢測電路本實驗是做一個報警器，當有人觸摸到檢測電路時，電路發(fā)生報警.這要求電路能夠及時檢測出人體信號，并能通過電路及時報警。通過對NE555的了解知道，當用NE555做成單穩(wěn)態(tài)電路時,電路可以檢測出人體信號并轉(zhuǎn)化成電信號，利用這一特點可以用NE555芯片設(shè)計檢測電路.3.1。1 555定時器做單穩(wěn)態(tài)電路圖31 555結(jié)構(gòu)圖NE555為8腳時基集成電路，各腳主

6、要功能1腳 地 GND 2腳觸發(fā) 3腳 輸出 4腳 復(fù)位 5腳 控制電壓 6腳 門限(閾值） 7腳 放電 8腳 電源電壓Vcc當555的6腳和7腳相接，2腳和觸發(fā)電平相接，就構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖作用下,它能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài),在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù),與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有這些特點，常用來產(chǎn)生具有固定寬度的脈沖信號。用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其暫穩(wěn)態(tài)維持時間為：Tw=lnRC=1。1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān).

7、其檢測電路設(shè)計圖如圖3-2，開關(guān)J1(實際電路中用鐵片或鐵絲代替)按下時，2管腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，輸出管腳3腳就由低電平變?yōu)楦唠娖捷敵鲆粋€脈沖，高電平脈沖維持的時間由電阻R1和電容C1決定，其計算公式為：Tw=lnR1C11。1RC （3-1）圖3-2 檢測電路圖3.2 定時模塊 在數(shù)字電路中，定時實際上是產(chǎn)生一脈沖信號，其信號的高電平或低電平維持的時間可由計算電路參數(shù)而確定。555做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時就有定時的作用,因此定時模塊可由555芯片完成.考慮到檢測電路中已使用了555做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因此可將兩模塊合二為一，既用作檢測電路又用作定時。其電路如圖3-3，定時的長短由電路參數(shù)R和C確定：

8、 （3-2） 圖3-3 定時模塊電路圖3。3 頻率控制模塊課程設(shè)計的基本要求中,產(chǎn)生一頻率為1.2KHz的報警聲音。要實現(xiàn)這一要求很簡單,只要多加一片555芯片，用它做多諧振蕩器產(chǎn)生頻率1.2KHz。3.3。1 555定時器做多諧振蕩器 若將555的引腳2與6相接，如圖3-4所示，就可形成多諧振蕩器。外接電容C通過R1、R2充電，而放電電流僅通過R2。可求出：充電時間： (33）放電時間： (34)周期: （3-5)占空比： （36)由公式計算參數(shù): 由于頻率為1。2KHz,電容C選取0。1uf，計算出電阻R1、R2的阻值約為1K、10K，選取1K、10K的電阻做R1、R2。圖34 多諧振蕩器

9、及波形圖3。3.2 提高設(shè)計要求考慮到本次課程設(shè)計比較容易，為提高實踐能力和電路的實用性，與同組人共同討論設(shè)計出報警聲音有多個頻率的報警器。分頻的實現(xiàn)主要是改變一脈沖信號的周期,將其周期變大，頻率變小。數(shù)字電路中有多種器件都可以實現(xiàn)分頻功能，本次實驗選擇了J、K觸發(fā)器來組合成分頻器。其設(shè)計思路如下：實現(xiàn)四分頻需要四個輸出分別為Q0、Q1、Q2、Q3.列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為：圖3-5 狀態(tài)圖根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,如下表：表3-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表CP00 0 0 00 0 0 110 0 0 10 0 1 020 0 1 00 0 1 130 0 1 10 1 0 040 1 0 00 1 0 150

10、 1 0 10 1 1 060 1 1 00 1 1 170 1 1 11 0 0 081 0 0 01 0 0 191 0 0 11 0 1 0101 0 1 01 0 1 1111 0 1 11 1 0 0121 1 0 01 1 0 1131 1 0 11 1 1 0141 1 1 01 1 1 1151 1 1 10 0 0 0化簡狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可得到狀態(tài)方程：Q1=Q0 (3-7)Q2=Q0Q1 （3-8）Q3=Q0*Q1Q2 （3-9）由狀態(tài)方程得出四分頻的電路圖:圖37 四分頻電路圖波形圖：圖37 四分頻電路輸出波形圖原脈沖(圖37中的CP）經(jīng)過分頻器，輸出Q0、Q1、Q2、Q3四個

11、脈沖，頻率分成CP的二分之一、四分之一、八分之一還有十六分之一.然后利用一個四選一的數(shù)據(jù)選擇器（74LS153）的選擇作用在不同時刻內(nèi)選擇不同頻率，從而使得蜂鳴器鳴叫時聲音的頻率有規(guī)律的變化.而四選一數(shù)據(jù)選擇器(74LS153）的地址控制腳是由74LS161控制的。74LS161是十六進制循環(huán)計數(shù)器，利用其循環(huán)的特性可以有規(guī)律的控制數(shù)據(jù)選擇器的地址控制腳，從而有規(guī)律的選頻.74ls08（四與門）芯片在電路中起輔助分頻作用。用到的器件有74LS112(J、K觸發(fā)器）兩片、74LS153一片、74LS08一片、74LS161一片。下面分別介紹各芯片的功能表和引腳圖:74LS112功能表及引腳圖：圖

12、3-8 74ls112功能表及引腳圖74LS153功能表及引腳圖：圖3-9 74ls153功能表及引腳圖74LS161功能表及引腳圖：圖3-10 74ls161功能表及引腳圖74LS08引腳圖：圖311 74ls08引腳圖3.4 語音報警語音報警是用蜂鳴器將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號，從而報警.只需要將蜂鳴器直接接入電路，當有高平信號時蜂鳴器就發(fā)生鳴叫.此部分電路很容易實現(xiàn)，聯(lián)系頻率控制模塊的設(shè)計，74ls153在多種頻率中選出一種頻率，這種頻率的電信號就可以直接接到蜂鳴器上使蜂鳴器鳴叫，所以蜂鳴器接在74ls153輸出管腳上.第四章：實驗效果本電路由四部分組成：檢測電路、定時、分頻、報警。檢測電路

13、是用555設(shè)計成的，其2管腳連接一個觸摸片，當用手觸摸時產(chǎn)生一低電平，555的三管腳就產(chǎn)生一個時長為16。5s的高平信號，從而使第二片555的四管腳的電平為高。第二片555是一個多諧振蕩電路，當四腳為高時，電路振蕩開始，產(chǎn)生一頻率約為1.2KHz的脈沖信號.信號經(jīng)過分頻電路被分成四種頻率分別為0.6KHz、0.3KHz、150Hz和75Hz，再經(jīng)過選頻,在一定時間內(nèi)輸出一個固定頻率的信號（此信號是自動變換的）并傳到蜂鳴器,蜂鳴器將電信號變?yōu)槁曇粜盘枅缶D41 電路仿真波形圖第五章:實驗調(diào)試與分析電路按設(shè)計電路接好，接通電源，觸摸觸摸片,蜂鳴器不響。用萬用表測量蜂鳴器兩端電壓，電壓為零。再測量

14、第一片555三管腳的輸出電壓，在4。25V左右變化，第一片555工作正常。測量第二片555三管腳的輸出電壓，在4V左右變化,確定第二片555工作也正常。由此推測，電路的故障出現(xiàn)在分頻電路中，測量74LS112的5管腳和9管腳的電壓，萬用表顯示的數(shù)值和預(yù)計的一樣，都為高電平。測量74LS153管腳電壓，發(fā)現(xiàn)電壓都為零.檢查此處的電路，發(fā)現(xiàn)74LS153沒接電源，斷開電源,將74LS153的電源管腳焊入電源中。重新將電路接上電源，蜂鳴器響了，但是發(fā)出的聲音只有一種頻率。推測是74LS153或74LS161工作不正常，檢測兩芯片各個管腳的電壓，發(fā)現(xiàn)74LS161與74LS153相連接的管腳電壓為零，

15、確定74LS161的連接無誤后，猜測是芯片壞了。斷開電源，換上芯片后，接通電源,觸摸觸摸片，蜂鳴器響了，并有不同頻率的聲音發(fā)出。電路設(shè)計成功了.結(jié) 論本文設(shè)計中有優(yōu)點也有缺點，其優(yōu)點是產(chǎn)生變頻的聲音,并且能夠自動變頻，比起一般的報警器更體現(xiàn)出聲音的魅力。缺點是設(shè)計所用的芯片過多，尤其是設(shè)計變頻功能時用到了五片芯片，這給電路帶來許多累贅，使得設(shè)計成本費增高.再次反過來思考這個電路圖,整個電路簡單明了,可以根據(jù)此電路圖應(yīng)用到實際中去,各模塊功能獨立，可擴充性強，應(yīng)用廣泛，報警電路也可以發(fā)出不同的聲音?？梢哉f是十分有利用價值.參考文獻1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005。2 高吉祥。電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計M。北京：電子工業(yè)出版社，2002。 3 赫鴻安，徐紅媛.555集成電路實用大全M.上?？茖W普及出版社，2005。4 張延琪。 常用電子電路280例解析M. 北京：中國電力出版，2004第一版。5 宋家友，張友漢新編電子線路設(shè)計實用手冊M福建：福建科學技術(shù)出版社，2007.6 康華光。電