觸摸式防盜報警器(含protel)

1、燕 山 大 學(xué) 課程設(shè)計報告姓 名：班 級：檢測技術(shù)與儀器20092 學(xué) 號：題 目：觸摸式防盜報警器設(shè)計 指導(dǎo)老師：燕山大學(xué)課程設(shè)計緒論隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護(hù)意識及自身的安全保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng)，因而對安防措施提出了新的要求。 本設(shè)計就是為了滿足安防的需要而設(shè)計的電子報警系統(tǒng)。這幾年隨著改革開放的不斷深入以及我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民的生活水平有了很大的提高。各種貴重物品以及高檔家電產(chǎn)品為越來越多的家庭所擁有，并且人們手中尤其是城市居民的積蓄數(shù)額也十分可觀。因此，越來越多的家庭對財產(chǎn)安全問題十分關(guān)心

2、。目前，許多家庭都使用了較為安全的防盜門，如果再設(shè)計和生產(chǎn)一種廉價、性能靈敏可靠的防盜報警器用于居民家中，必將在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。該報警器適用于家庭防盜，也適用于中小企業(yè)事業(yè)單位。其特點(diǎn)是靈敏、可靠，一觸即發(fā)，可以立即報警；也可以延時1-35秒再報警，以增加報警的突然性與隱蔽性。報警時可以發(fā)出聲音，提醒主人有不法分子，同時給不法分子警懾。1觸摸式防盜報警器設(shè)計目 錄一、課程設(shè)計任務(wù)書 . 3二、總體方案設(shè)計 . 52.1總體方案分析 . 52.2實(shí)驗(yàn)原理圖分析 . 5三、主要元器件的基本介紹 . 5NE555芯片引腳及功能. 5四、Proteus的仿真實(shí)驗(yàn) . 84.1

3、 Protus的軟件簡介. 84.2 Protus仿真 . 84.3 實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié) . 94.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 . 9五、組裝與調(diào)試 . 10六、心得體會. 11參考文獻(xiàn) . 12附錄一 電路原理圖 . 13附錄二 改進(jìn)后電路圖 . 13附錄三 實(shí)物圖. 142燕山大學(xué)課程設(shè)計一、課程設(shè)計任務(wù)書一、總要求能夠獨(dú)立進(jìn)行小型檢測模塊系統(tǒng)方案的設(shè)計及論證，選擇合理的傳感器、設(shè)計必要的接口電路等，以及合理選擇有關(guān)元器件及正確使用相關(guān)工具與儀器設(shè)備等，并且能結(jié)合實(shí)際調(diào)試與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有關(guān)精度分析與討論。二、總?cè)蝿?wù)針對總要求進(jìn)行原理及方案論證、模塊設(shè)計、接口電路設(shè)計、焊接或插接與調(diào)試、精度分析以及撰寫報告等工作。

4、三、設(shè)計題目觸摸式防盜報警器四、設(shè)計內(nèi)容NE555組成的觸摸報警器可以廣泛的用于防盜報警、危險物觸摸報警等。該報警器一經(jīng)觸摸便能自動報警，并能一定時間后自動停報。五 設(shè)計進(jìn)度或計劃1、準(zhǔn)備及查閱資料 一天2、方案設(shè)計及論證（總體方案） 二天3、硬件電路設(shè)計、畫圖（PROTEL） 三天4、實(shí)驗(yàn)室調(diào)試及結(jié)果分析 二天5、整理報告及準(zhǔn)備答辯 二天六 設(shè)計說明書包括的主要內(nèi)容1、封面2、目錄3、設(shè)計任務(wù)書4、正文（可按下列內(nèi)容撰寫、僅供參考）1）序言可包括系統(tǒng)工作原理的介紹等。2）方案設(shè)計及論證可按模塊進(jìn)行方案設(shè)計與論證；各模塊設(shè)計中應(yīng)包括適當(dāng)?shù)木确治黾斑x型等。3觸摸式防盜報警器設(shè)計3）實(shí)驗(yàn)或系統(tǒng)調(diào)

5、試可包括實(shí)驗(yàn)調(diào)試工具儀器、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及適當(dāng)?shù)姆治龅取?）心得體會5）主要參考文獻(xiàn)另：說明書的撰寫格式應(yīng)符合一定的要求，可參照華東交通大學(xué)本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范進(jìn)行。七、考核方法考核可根據(jù)學(xué)生平時學(xué)習(xí)態(tài)度（含出勤率）20%、設(shè)計完成情況（樣機(jī)）40%、圖紙及說明書質(zhì)量（含答辯）40%確定。6）實(shí)驗(yàn)或系統(tǒng)調(diào)試可包括實(shí)驗(yàn)調(diào)試工具儀器、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及適當(dāng)?shù)姆治龅取?）心得體會8）主要參考文獻(xiàn)另：說明書的撰寫格式應(yīng)符合一定的要求，可參照華東交通大學(xué)本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范進(jìn)行。七、考核方法考核可根據(jù)學(xué)生平時學(xué)習(xí)態(tài)度（含出勤率）20%、設(shè)計完成情況（樣機(jī)）40%、圖紙及說明書質(zhì)量（含答辯）40%確定。4燕山大學(xué)課

6、程設(shè)計二、總體方案設(shè)計2.1總體方案分析本設(shè)計主要是利用時基電路NE555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路設(shè)計并制作觸摸式防盜報警裝置。本設(shè)計將研究組成觸摸式報警器的整個電路的性質(zhì)和基本概況，學(xué)習(xí)觸摸式傳感器的本質(zhì)特征。對此次設(shè)計做出概括分析，并進(jìn)行改進(jìn)處理，利用電路圖繪制軟件，重新繪制電路圖，設(shè)計出PCB電路板，并通過書籍教材及網(wǎng)絡(luò)信息查找相關(guān)資料。觸摸式傳感器實(shí)際上就是一個觸摸式電子開關(guān)，他利用人體的電阻或雜散電信號，將觸摸過程變成開關(guān)信號輸出。對該報警器使用的元器件的內(nèi)部構(gòu)造和使用進(jìn)行了分析。對各元器件在電路中的作用進(jìn)行分析研究。同時在各個單元學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行了電路的繪制，本設(shè)計使用了Protel99

7、SE軟件設(shè)計電路板，并運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)。通過此次設(shè)計制作，了解觸摸式防盜報警器的制作過程。2.2實(shí)驗(yàn)原理圖分析圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖集成電路NE555與C1、C2組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，平時沒有人觸及金屬片時，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，即NE555的（3）腳輸出低電平，報警電路不工作。一旦有人觸及觸摸片，由于人體感應(yīng)電勢給NE555的（2）腳輸入一個負(fù)脈沖（雜波脈沖），單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。NE555的（3）腳由原來的低電平跳變?yōu)楦唠娖?，該高電平信號?jīng)電阻R2使Q1導(dǎo)通，放大器放大推動蜂鳴器發(fā)出報警聲，由于單穩(wěn)態(tài)電路被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的同時，電源開始經(jīng)R3對C1進(jìn)行充電，約經(jīng)1.1R3C1時間

8、后，單穩(wěn)電路自動恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，（3）腳輸出變?yōu)榈碗娖?，停止報警，電路恢?fù)到預(yù)報警狀態(tài)。三、主要元器件的基本介紹NE555芯片引腳及功能NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功5觸摸式防盜報警器設(shè)計能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。NE555的內(nèi)部功能及引腳圖如下圖所示：圖2 內(nèi)部功能及引腳圖 1地 GND 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位5控制電壓 6門限(閾值) 7放電 8電源電壓Vcc 真值表如下

9、表1 真值表6燕山大學(xué)課程設(shè)計觸摸式防盜報警器設(shè)計四、Proteus的仿真實(shí)驗(yàn)4.1Protus的軟件簡介Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是：1.實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等2.支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列

10、、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM7系列以及各種外圍芯片。3.提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51。4.具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。5.PCB設(shè)計以及自動布線。革命性的特點(diǎn)1.互動的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2.仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、

11、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。4.2 Protus仿真一、打開Proteus的集成環(huán)境，點(diǎn)擊文件，新建設(shè)計，根據(jù)2.2元件明細(xì)表中的元件，點(diǎn)擊P，進(jìn)入工作界面。二、在keywords中輸入所找的元件名單，然后點(diǎn)擊右下角的OK，元件被添加了。三、依次放好元件，使元件擺放美觀。四、連接電路，在需要連接的元件接線處，點(diǎn)擊左鍵，移動鼠標(biāo)，可看到導(dǎo)線的出現(xiàn)，再在導(dǎo)線的另一端在另一個元件的端點(diǎn)處點(diǎn)擊，從而連接了電路。如下圖4所示。8

12、燕山大學(xué)課程設(shè)計圖4 仿真電路圖4.3實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)在Proteus環(huán)境版面中點(diǎn)擊左下角，如圖所示擊因，予以改正，當(dāng)蜂鳴器響時，此時調(diào)試已經(jīng)成功。4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析輸入信號vi為1mv，5KHZ的正弦波，調(diào)節(jié)RV1使三極管工作在放大狀態(tài)。（1）、用模擬圖表觀察Vi ，Vo的波形。如圖5: 點(diǎn)，系統(tǒng)開始運(yùn)行，如有出錯，則系統(tǒng)將報錯，點(diǎn)擊報錯處，查找出錯原圖5 Vi ，Vo的波形9觸摸式防盜報警器設(shè)計（2）用示波器仿真的波形圖6 示波器仿真的波形五、組裝與調(diào)試本次實(shí)驗(yàn)由于電路設(shè)計比較簡單，原理清楚明了，在分析電路模塊是比較簡單。在經(jīng)過前面幾個階段的設(shè)計后，NE555觸摸報警器各個模塊已經(jīng)設(shè)計完畢，根據(jù)總

13、體設(shè)計時的方案框圖，將各個子電路組合起來，加入信號，對電路進(jìn)行總體測試。組裝好電路之后，在接入電源之后，本應(yīng)該是要實(shí)現(xiàn)：沒有觸摸金屬片時，LED亮且蜂鳴器不響，用手觸摸金屬片之后電路可以使得蜂鳴器正常響應(yīng)，調(diào)整正變電阻的阻值的大小就能夠獲得不同的報警時間。報警與恢復(fù)預(yù)報狀態(tài)所用時間T=1.1R3*C1。但是在接好電路之后，沒有觸摸金屬片之時正好是相反的：LED不亮，蜂鳴器響個不停，仔細(xì)檢查電路接線發(fā)現(xiàn)電路沒有任何問題，再用萬用表檢查555芯片的引腳輸出電壓時，也是沒有任何問題的，示波器檢查555的波形輸出也是沒有問題，一氣之下我就沒有再管了。第二天過去實(shí)驗(yàn)室我又接了一次，這次正常工作了，完成了

14、實(shí)驗(yàn)的要求，我想了一下估計是電源的問題。在最初的方案設(shè)計中，本想用另外一個方案，利用門電路產(chǎn)生脈沖就是在發(fā)聲電路部分用音響集成電路接一個三極管放大電路后接入報警器，通過接入相對應(yīng)的引腳可發(fā)出不同聲音。改裝后的電路圖見附錄圖2。它的工作原理是：A1中與非門I和組成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，A2與R2、B組成了模擬音響發(fā)生器。平時，與非門輸出高電平，經(jīng)與非門接成的反相器后變?yōu)榈碗娖?，所以A2無電不工作，整機(jī)靜態(tài)電流僅幾個A。當(dāng)人體碰到觸摸電極M時，人體從周圍空間感應(yīng)到的雜波信號經(jīng)VD整流在與非門I的一個輸入端a獲得負(fù)脈沖信號，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫態(tài)，與非門的輸出端突變?yōu)榈碗娖剑?jīng)與非門反相后輸10燕山大學(xué)

15、課程設(shè)計出高電平，使A2得電工作，B即發(fā)出“嗚一嗚一”警報聲。當(dāng)暫態(tài)時間一過，單穩(wěn)態(tài)電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，A2就停止工作，警報聲消失。暫態(tài)時間由RICI時間常數(shù)決定，約20s左右。即每觸摸一次M，B發(fā)警報聲20s左右；再次觸碰，再次發(fā)聲。如要延長暫態(tài)（報警）時間，可加大R1或C1；反之應(yīng)減小R1或C1數(shù)值。整個報警電路焊裝在一個絕緣小盒內(nèi)。觸摸電極M實(shí)則是門鎖或需要保護(hù)物品的金屬部分，它必須與大地保持良好絕緣。M與報警器間的連接導(dǎo)線不宜過長、且一定要采用單芯金屬屏蔽線，其外編織套接電源負(fù)極，以避免電路受外界雜波信號干擾而產(chǎn)生誤報警。六、心得體會本次實(shí)驗(yàn)距上個學(xué)期微電子實(shí)習(xí)之后的一個相關(guān)性實(shí)驗(yàn)，由于這次

16、是時間比較的短，另外一個就是有一個人自己做，而且在選題目之前一些感興趣的題目都被選走，所以我就自己選擇了一個題目。怎么說呢，發(fā)現(xiàn)自己今年沒有去年那么能夠認(rèn)真的對待這個課設(shè)了，也沒有那么積極了。去年和搭檔在實(shí)驗(yàn)室整整的呆了三個禮拜，而這次自己呆的時間卻不是很長。感覺真的是缺少了什么東西似的，老是覺得自己的項(xiàng)目太簡單了，沒什么意思，但是難的自己又不想去搞，怕自己做不出來，惰性就產(chǎn)生了。但是總的來說還是不錯，至少每天都能夠去實(shí)驗(yàn)室走一趟，看看其他同學(xué)的方案和實(shí)物圖，也學(xué)到了不少的東西。特別是前幾天看他們好幾組為電子大賽做的通宵，真的是特別的辛苦，特別的佩服他們。這次課設(shè)，總的來說比上個學(xué)期多學(xué)到了一

17、些東西：首先就是加深了對NE555芯片的掌握，上個學(xué)習(xí)我們制作數(shù)字電子計時器時本來是要用555產(chǎn)生1Hz的秒脈沖的，但是由于上個學(xué)習(xí)中電路涉及的元器件太多，電路較為復(fù)雜，我們沒有使用555而是直接用晶振分頻之后產(chǎn)生1Hz的脈沖。在這次實(shí)驗(yàn)中，由于電路設(shè)計要求的主體是用NE55結(jié)成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，通過查閱大二的電工學(xué)這本書，掌握了它的接法并且知道了它的電路的工作原理。其次，在這次連接電路之前，我學(xué)習(xí)了用protus先對電路原理圖進(jìn)行仿真以確立它的正確可行性，第一次用protus許多的元器件都找不到，后面通過查找資料以及同學(xué)的知道，我終于能夠基本掌握它的用法了。在仿真能夠?qū)崿F(xiàn)功能之后，確定了方案的無誤才開始連電路。我想這種方法以后可以在做下一個課設(shè)或是畢業(yè)