觸摸式防盜報警器的設計

1、設計題目：觸摸式防盜報警器一、設計任務與要求1）設計一個簡單的觸摸式防盜報警器，以起到觸摸防盜報警的功能。2）該防盜報警器，適用于倉庫、住宅等地的防盜報警。3) 防盜路數(shù)可根據(jù)需要任意設定。4) 一旦小偷觸摸報警器，該報警器通過揚聲器發(fā)出報警聲響。二、電路原理分析與方案設計1.1總體方案設計題目要求設計一個觸摸式防盜報警系統(tǒng)，整個系統(tǒng)可以劃分為幾個模塊。首先為電源模塊，考慮到我所使用的芯片電壓為4.5伏，所以可采用先通過橋堆整流，然后濾波，選用比較常用的電源穩(wěn)壓芯片7805便可以得到實驗所需要的4.5v電壓。其次為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊，用來控制輸出的電壓，以驅動報警集成電路。最后為三聲模擬聲報警集成

2、電路，可直接驅動揚聲器發(fā)聲?？僧a(chǎn)生三種不同的模擬報警聲響，是制作各種報警器的良好聲源。模塊框圖如圖2.1所示。圖2.11.2.1電路原理：觸摸式防盜報警器的電路見圖2-1。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)榈碗娖剑訟2無電不工作，整機靜態(tài)電流僅幾個A。當人體碰到觸摸電極M時，人體從周圍空間感應到的雜波信號經(jīng)VD整流在與非門I的一個輸入端a獲得負脈沖信號，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉進入暫態(tài)，與非門的輸出端突變?yōu)榈碗娖?，?jīng)與非門皿反相后輸出高電平，使A2得電工作，B即發(fā)出“伍一嗚一”警報聲。當暫態(tài)時間一過，單穩(wěn)態(tài)電路

3、恢復穩(wěn)態(tài)，A2就停止工作，警報聲消失。本電路的暫態(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；反之應減小R1或C1數(shù)值。1.2.2觸摸式防盜報警器電路原理圖如下圖2.2 觸摸式防盜報警器電路原理圖1.2.3電路說明此觸摸報警器，具有電路簡單、制作容易，性能穩(wěn)定、可靠等特點。1.2.4總體方案分析：本設計利用與非門和KD9561四聲模擬聲電路設計并制作觸摸式防盜報警裝置。 本設計將研究組成觸摸式報警器的整個電路的性質和基本概況，學習單元電路的在整體電路中的作用及其基本原理。對此次設計做出概括分析，

4、并進行改進處理，利用電路圖繪制軟件，重新繪制電路圖，設計出PCB電路板，并通過書籍教材及網(wǎng)絡信息查找相關資料。根據(jù)觸摸式防盜報警器電路的工作原理，以及其組成部分和各部分單元電路的工作原理。單元電路包括電源電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、音響輸出電路。對該報警器使用的元器件的內部構造和使用進行了分析。對各元器件在電路中的作用進行分析研究。同時在各個單元學習之后，進行了電路的繪制，本設計使用了Protel 99SE軟件設計電路板，進行PCB板的結構布局，元器件安置和正確布線。通過此次設計制作，了解觸摸式防盜報警器的制作過程。1.3 各模塊方案選擇與論證（1）電源電路的方案論證與選擇電源模塊主要用于實現(xiàn)對各模

5、塊供電的功能.對于電源模塊的選擇有以下三種方案:方案一:采用1.5V常用電池串接而成.這種方法簡單易懂,但是精確度不夠,穩(wěn)定度也不高,當電池里面的電用光之后,便不在具有供電功能.方案二:采用直接購買電源的方法.在市場上可以直接買到相應的電源,但是考慮到經(jīng)濟上的原因,顯然這并不合適.方案三:采用自制整流電路.這種方法簡單可行,可以得到精確的電壓值,而且穩(wěn)定度高,可以長期使用.正好可以讓自己所學的知識在實踐中得到很好的運用.其方框圖如圖2.3所示:圖2.3方案選擇：根據(jù)以上論述,考慮到經(jīng)濟、實用等方面因素,在本設計中選擇方案三，并熟悉變壓器與整流電源的知識及原理。（2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的方案論證與選

6、擇方案一:由555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊(如圖2.4)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作時，若未加輸入負脈沖，即Vi保持高電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出Vo一定是低電平。方案二: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。圖2.4 由555構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖2.5 或非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器方案選擇：鑒于報警器對單穩(wěn)觸發(fā)器的要求，以及市場上所賣的芯片，決定選擇方案二中的由兩與非門組成的單穩(wěn)觸發(fā)模塊，即用一塊CD4011芯片即可。（3）三聲模擬報警專用集成電路的方案論證與選擇方案一：用555芯片組成多諧振蕩器（如圖2.6）來驅動報警

7、器發(fā)聲。方案二：直接用四音響模擬集成電路KD-9561（如圖2.8）作為驅動升壓電路。 方案三：采用LC179型三模擬聲報警專用集成電路（如圖2.9），它采用雙列8腳直插塑料硬封裝，電路可靠性好；內部集成了功率放大器，可直接驅動揚聲器發(fā)聲；可產(chǎn)生三種不同的模擬報警聲響，是制作各種報警器的良好聲源。圖2.6 555構成多諧振蕩器圖2.7 多諧振蕩器的波形圖圖2.8 LC179型三模擬聲報警專用集成電路 圖2.9 kD9561原理圖方案選擇：鑒于報警器的實際需求和物件的市場供應，通過比較，KD-9561用起來方便實用，因此用它來作為報警器的電壓驅動模塊。（4）發(fā)聲電路的方案論證與選擇方案選擇：發(fā)聲

8、模塊在本實驗中是用來接受信號發(fā)出報警聲音即可，故用一個揚聲器作為發(fā)生器模塊。1.2.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)的基本框圖如圖2.10所示.三、單元電路分析與設計1.1 電源部分電路的設計通過對220v電源進行整流濾波，再由7805進行穩(wěn)壓，就可以達到所需的電壓，穩(wěn)定性能夠達到要求。1）7805典型連接電路如下（ 圖3.1.1 ），塑封硅整流橋堆圖如下（圖3.1.2）圖3.1.1 7805典型連接電路 圖3.1.2 塑封硅整流橋堆2）塑封硅整流橋堆極限值和溫度特性圖如下：圖3.1.3 塑封硅整流橋堆極限值和溫度特性3）電源電路圖如下：圖3.1.4 電源電路圖1.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)部分電路設計采用CD4011的

9、兩個與非門組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊。用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它的主要原理是利用門電路輸入端的閾值電平和加入門電路中的RC元件的充放電作用。用與非門或者邏輯門都可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)。2.在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到一個暫穩(wěn)態(tài)。3.由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時間取決于RC的參數(shù)值。與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖如下：圖3.1.5 與非門組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4001簡介：功能：4二輸入或非門電源電壓范圍：3V15V功耗：700mW（普通封裝）；500mW（小外形

10、封裝）工作溫度范圍：CD4001BM -55+125CD4001BC -40+851.3 聲音模擬報警專用集成電路部分設計采用四音響模擬集成電路KD-9561，使用時vDD腳和SEL2腳分別和SEL1腳或互相短接即可發(fā)出不同聲音。（如圖3.1.7）表3.1.7 KD-9561引腳的接法 KD-9561性能參數(shù)：三極管一般選側8505或者9013.帶O字母的引腳有三個。其中兩個是晶振頻率外接振蕩電阻的6、7腳（OSC）,還有一個是OUT腳(3腳)，就是三極管集電極管腳信號放大輸出腳。2.仿真分析2.1 電源電路仿真(1) 設計中電源的設計只是為了給運放提高相應的工作電壓,以保證運放的正常工作,在

11、這里我們采用整流電路來實現(xiàn).以輸出12V電壓為例，具體電路如下圖3.2.8圖3.2.8 1例2V輸出電源電路(2) 電源電路仿真如圖3.2.9所示在Multision7環(huán)境下設計的4.5v電源電路仿真電路圖。圖3.2.9）輸出4.5V的電源電路仿真圖仿真開始后電壓表的讀數(shù)如圖3.3.0所示。 從圖中可以看出，電壓已經(jīng)很穩(wěn)定，沒有起伏變化。輸出電壓分別為4.5V和-4.5V達到了設計的要求。圖3.3.0 仿真后電壓表讀數(shù)經(jīng)過使用仿真軟件multisim對電源進行仿真，經(jīng)過仿真后認為此電路可以實現(xiàn)我所要求的電壓及穩(wěn)定度。2.2 單穩(wěn)態(tài)電路仿真使用multisim對單穩(wěn)態(tài)電路進行仿真，但是仿真元件庫

12、中沒有本設計中用到的一些芯片，所以只能對一些單元電路進行仿真。在仿真中，用函數(shù)發(fā)生器發(fā)出矩形波來模擬按鍵，然后看是否單穩(wěn)態(tài)的輸出隨輸入的變化而進行翻轉。單穩(wěn)態(tài)仿真電路原理圖如下:圖3.3.1 雙穩(wěn)態(tài)仿真電路圖3.3.2 示波器仿真結果（輸入信號）圖3.3.3示波器仿真結果（輸出信號）2.3）總電路圖的仿真及其分析由于Maltisim中沒有找到KD-9561及能被替代的芯片，所以仿真其接入端的輸出信號，并根據(jù)KD-9561的工作原理分析出總的輸出信號。仿真電路中，彈簧片用頻率為5Hz,電壓為5V的矩形方波信號代替。 分析原理圖如下：圖3.3.4 總電路圖的仿真開關J2斷開時的輸出波形及電壓值如下

13、圖：圖3.3.5 斷開開關時輸出電壓值圖3.3.6斷開開關時輸出波形圖3.3.7閉合開關時某瞬時電壓值圖3.3.8 閉合開關時的輸出波形有以上仿真結果可知，加入方波信號，閉合開關J1、J2后，輸出端就有信號輸出并進入KD-9561，在該信號作用下，觸摸報警器開始報警。四、總原理圖及元器件清單1.1）總原理圖如下圖4.1.1）觸摸防盜報警器總原理圖1.2)利用protell 99se制圖如下：圖4.2.1 PCB電路圖2）元件清單五、安裝與調試將個元件按照總原理圖組裝起來，并接入所設計的4.5V電源。組裝好后，用手觸摸彈簧片，測試喇叭是否有聲音放出，并適當?shù)恼{試電阻R2的阻值，以改變發(fā)聲音調。六

14、、性能測試與分析根據(jù)如上的總電路仿真結果進行分析可得：1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它提供了數(shù)秒的延時時間，用于定時精度要求不高的場合。本設計中延時主要決定于電容C。延時的實測數(shù)據(jù)。C的最大容量可達幾百微法，延時可達數(shù)秒。延時結束后還需要等待一段時間(稱恢復時間)，就是要等待電容C兩端電壓不再變化時，方能進行第二次觸發(fā)，否則，不是電路不能觸發(fā)，便是所得的延時不穩(wěn)定。等待第二次觸發(fā)所需的時間決定于RC。2.KD-9561有四種報警聲音方式，內部集成了功率放大器，可直接驅動揚聲器發(fā)聲，是制作各種報警器的良好聲源，并通過增減所接電阻器的阻值可改變發(fā)聲音調。七、結論與心得課程設計，是以學生自己動手動腦，并親手設計

15、、制作、組裝與調試為特色的。它將基本技能訓練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機結合，培養(yǎng)我們的實踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時代的大學生，僅會書本理論是不夠的，基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎和必要條件。通過本次實習，將書本上學到的知識應用于實踐，學會了一些電子電路仿真設計能力, 熟悉了有關軟件protell、multisim的使用，能夠熟練使用普通萬用表和示波器；.熟悉常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍，能查找資料，查閱有關的電子器件圖書等；另外在這次實驗中我們遇到了不少的問題，最終一一解決了遇到的問題。在我們遇到不懂的問題時，利用網(wǎng)上和圖書館的資源，搜索查找得到需要的信息，并且，和隊友之間相互討論，明白了團隊合作的重要性。這次的制作還讓我們感受到，我們在電子方面學到的只是很小的一部分知識，我們需要更多的時間來自主學習相關知識，在解決這些問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質的一種提高