敲擊防盜報警裝置的設(shè)計

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院測試技術(shù)課程設(shè)計2011級 測試技術(shù)課程設(shè)計敲擊防盜報警裝置的設(shè)計姓 名 李昊學(xué) 號 20117231院、系、部電氣工程系班 號方1110-4完成時間2014年6月23日1目錄第1章設(shè)計目的1第2章設(shè)計要求1第3章硬件電路設(shè)計1 3.1系統(tǒng)組成1 3.2壓電傳感器2 3.3壓電式傳感器選型2 3.4555定時器2 3.4.1555定時器的結(jié)構(gòu)2 3.4.2555定時器的工作原理3 3.5輸出電路3 3.5.1繼電器3 3.5.2LED燈4 3.6總電路圖4 3.7仿真圖5 3.8參數(shù)計算6 3.8.1輸出脈沖寬度6 3.8.2恢復(fù)時間6 3.8.3最高工作頻率6第4章制作

2、使用6 4.1實物圖6 4.2誤差分析7 4.2.1LED燈不能亮的誤差分析7 4.2.2延時電路誤差分析7第5章設(shè)計總結(jié)8參考文獻(xiàn)9 第1章設(shè)計目的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，人們生活中逐漸引入報警裝置，用來預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的發(fā)生。防盜報警器，是對用于發(fā)生警情、危險、緊急情況等狀況下一聲音、光線、氣壓等形式發(fā)出報警的電子產(chǎn)品的統(tǒng)稱。所以此次課題設(shè)計了一個由壓電式傳感器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及驅(qū)動電路組成可實現(xiàn)敲擊報警的裝置。第2章設(shè)計要求設(shè)計一個由電壓

3、式傳感器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及驅(qū)動電路組成可以實現(xiàn)敲擊報警的裝置。要求實現(xiàn)其基本功能，畫出設(shè)計電路圖。要求傳感器粘貼在門窗玻璃上，當(dāng)有人敲擊玻璃或擊碎玻璃時，傳感器將輸出一串脈沖信號，該信號送入555集成電路，是引腳3輸出高電平，繼電器工作，相應(yīng)報警電路接通LED燈亮，并且要求延時體現(xiàn)。主要技術(shù)指標(biāo)：工作電壓；應(yīng)用555定時器；也可考慮用三極管加定時器。第3章硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)組成題目要求設(shè)計一個敲擊式防盜報警系統(tǒng)，整個系統(tǒng)將由壓電傳感器、555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、驅(qū)動LED這幾個模塊系統(tǒng)組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)框圖3.2壓電傳感器壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生

4、的壓電效應(yīng)制成的傳感器。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變時，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。自由電荷示意圖如圖3-2所示。圖3-2自由電荷示意圖3.3壓電式傳感器選型本設(shè)計的壓電式傳感器選用的是壓電陶瓷片。本次選用的是直徑為27毫米的壓電陶瓷片。由一個壓電陶瓷和一個金屬片組成。其型號為BH350-3AA。3.4555定時器3.4.1555定時器的結(jié)構(gòu)Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn))這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于，下緣須低于。Pin 3 (輸出)當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)

5、束輸出回到0伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200。Pin 5 (控制)這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 7 (放電)這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。555定時器結(jié)構(gòu)及引腳如圖3-3所示。圖3-3555定時器結(jié)構(gòu)及引腳圖3.4.2555定時器的工作原理它含有兩個電壓比較器，一個基本觸發(fā)器，一個放電開關(guān)，比較器的參考電壓由三只的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器同相比較端和低電平比較器的反相輸入端的參考

6、電平為和。和的輸出端控制觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。 是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接。 是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。3.5輸出電路3.5.1繼電器繼電器由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)彈簧片等構(gòu)件組成。在線圈兩

7、端加上一定的電壓(直流)，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)吸合。這樣吸合釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、斷的轉(zhuǎn)換。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。敲擊防盜報警裝置選用的繼電器是電磁式繼電器，其型號為SRD-05VDC-SL-C。3.5.2LED燈LED是發(fā)光二極管的簡稱。顧名思義，發(fā)光二極管是

8、一種可以將電能轉(zhuǎn)換成光能的并且具有二極管特性的電子器件。LED是一種半導(dǎo)體二極管，與普通半導(dǎo)體二極管一樣有兩個電極。LED在工作時需要外加電源，外加的電能也是由正、負(fù)電極加入到半導(dǎo)體二極管內(nèi)。LED燈是驗證整個電路系統(tǒng)是否能夠正常工作的原件。繼電器的常開觸點(diǎn)閉合后才會發(fā)光，并且不需要太大的電壓就可以使其通電發(fā)光。如果電壓過大就會LED使燈擊穿。3.6總電路圖防盜報警裝置的總電路圖如圖3-4所示。圖3-4防盜報警裝置電路圖圖3-4為系統(tǒng)總設(shè)計原理圖，由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路沒有信號時單穩(wěn)態(tài)是穩(wěn)定的，當(dāng)壓電元件受到擠壓時產(chǎn)生一個高電平，經(jīng)過反相器后變?yōu)榈碗娖捷斎氲?管腳，單穩(wěn)態(tài)電路被破壞55

9、5定時器轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，此時管腳3輸出一個高電平驅(qū)動LED燈發(fā)光，暫穩(wěn)態(tài)不是穩(wěn)定狀態(tài)，電壓給電容充電達(dá)到電壓的時又從暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)到單穩(wěn)態(tài)報警結(jié)束。延時的時間參數(shù)的公式為。3.7仿真圖敲擊防盜報警裝置的仿真圖如圖3-5所示。圖3-5敲擊防盜報警裝置的仿真圖圖3-5是敲擊防盜報警裝置的仿真圖。仿真圖中的核心部件是555定時器，用來實現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)。圖中的示波器相當(dāng)于壓電陶瓷片，提供的是一個方波，經(jīng)電容濾波后，經(jīng)方波送入555定時器芯片的2引腳，然后從3引腳輸出。電阻和LED燈串聯(lián)，目的是為了防止電流過大擊穿LED燈。3.8參數(shù)計算3.8.1輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度等于暫穩(wěn)態(tài)時間，也就是定時電容的充電時間。

10、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度僅決定于定時原件的取值，與輸入信號和電源電壓無關(guān)。3.8.2恢復(fù)時間恢復(fù)時間就是暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，定時電容經(jīng)飽和導(dǎo)通的晶體三極管放電的時間。3.8.3最高工作頻率輸入出發(fā)信號是周期為的連續(xù)脈沖，為保證單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作應(yīng)滿足下列條件：即周期的最小值應(yīng)為，即。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為 第4章制作使用4.1實物圖防盜報警裝置的焊接實物圖如圖4-1所示。圖4-1防盜報警裝置的焊接實物圖4.2誤差分析4.2.1LED燈不能亮的誤差分析敲擊防盜報警裝置的硬件電路中，導(dǎo)致發(fā)光二極管不能亮的原因有以下幾點(diǎn)：1.給定的電阻過大，電壓為12V，電流過小從而使發(fā)光二極管不能發(fā)光；

11、2.焊接工藝不熟練，導(dǎo)致某部分短接或短路；3.壓電傳感器的靈敏度不高，從而導(dǎo)致敲擊時電荷移動變化不明顯。4.2.2延時電路誤差分析555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路沒有信號時單穩(wěn)態(tài)是穩(wěn)定的，壓電元件受到擠壓時產(chǎn)生的高電平不能達(dá)到時，不能經(jīng)過反相器后變?yōu)榈碗娖捷斎氲?管腳，單穩(wěn)態(tài)電路不會被破壞，此時管腳3仍輸出一個低電平，輸出電路為穩(wěn)定狀態(tài)，不會進(jìn)行報警。延時的時間參數(shù)的公式為。第5章設(shè)計總結(jié)本設(shè)計實現(xiàn)了敲擊防盜的報警裝置，通過給壓電傳感器施加一定的力，使繼電器線圈得電，相應(yīng)的輔助觸點(diǎn)閉合，LED燈發(fā)光，從而實現(xiàn)防盜報警。敲擊防盜報警裝置的硬件電路中，導(dǎo)致發(fā)光二極管不能亮的原因有以下幾點(diǎn)：1.給定的電

12、阻過大，電壓為12V，電流過小從而使發(fā)光二極管不能發(fā)光；2.焊接工藝不熟練，導(dǎo)致某部分短接或短路；3.壓電傳感器的靈敏度不高，從而導(dǎo)致敲擊時電荷移動變化不明顯。經(jīng)過這次小學(xué)期的課程設(shè)計過程，首先是讓我對理論知識的理解。通過自身對傳感器的設(shè)計、仿真、組裝，將在課堂上學(xué)到的理論知識用以解決這一系列過程當(dāng)中出現(xiàn)的種種問題。不僅使理論正確的指導(dǎo)了實踐，更在實踐的過程中深化了對理論的認(rèn)知，真正將課堂上的知識變?yōu)榱俗约旱?。?jīng)過老師的細(xì)心點(diǎn)撥和我們小組的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，最終我們攻克了一個個難題。這次小學(xué)期使我懂得勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、勤于動手是這次設(shè)計成功的基石。為以后的課程設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。其次，這次課程設(shè)計提高了我的團(tuán)隊合作水平，使我們配合更加默契，在完成整個設(shè)計之后，心中的喜悅之情是難以表達(dá)的。因此，也確實讓我們體會到了自己動手的無限樂趣。當(dāng)然，在設(shè)計過程中，我們也遇到了不少的問題。比如：有些知識我們并不了解，在相關(guān)資料上查閱的時候弄不懂為什么是這樣，所以，我們必須找我們的指導(dǎo)老師來對我們進(jìn)行講解。這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多，最后要感謝在這次小學(xué)期課程設(shè)計中