基于555家庭防火防盜報警器課程設(shè)計

1、 華清學(xué)院電子工藝實(shí)習(xí)題 目： 家用防火防盜報警器電路 院 （系）： 華清學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化0802 姓 名： 陳棟 學(xué) 號： 25 指導(dǎo)教師： 孟月波 2012年 7月 10 日目錄一、 實(shí)習(xí)題目3二、 實(shí)習(xí)目的3三、 實(shí)驗原理3原理分析3電路圖4四、 模塊分析4防盜部分4防火部分5基于各模塊的探索分析5五、 電路仿真與分析9單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真分析9單穩(wěn)態(tài)延時電路的仿真分析11多諧振蕩電路的仿真分析13煙霧檢測器的仿真分析15六、 總結(jié)15原理分析15實(shí)習(xí)心得16參考文獻(xiàn)17一實(shí)習(xí)題目家用防盜防火報警電路 二實(shí)習(xí)目的1.利用學(xué)過的知識分析實(shí)際電路。2.學(xué)習(xí)利用電路制作軟件PROTEL完

2、成原理圖。3.根據(jù)繪制的原理圖完成PCB板的設(shè)計工作。4. 借助Multisim2001和Proteus 仿真軟件對電路進(jìn)行了仿真虛擬實(shí)驗。5.通過獨(dú)立完成原理圖，PCB電路圖，對家用防盜防火報警電路的原理，及其運(yùn)行方式有充分的了解；6.經(jīng)過實(shí)習(xí)過程達(dá)到對課程的充分了解。三實(shí)驗原理如圖所示為家用防盜防火報警電路。該電路主要由一個QM-N5氣敏傳感器和555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)延時電路及多諧振蕩器組成。QM-N5與電位器W1等組成煙霧檢測器，當(dāng)可燃性氣體或煙霧超過一定的濃度時，A-B間的電阻變小，結(jié)果B點(diǎn)電位升高且足以使管子BG3導(dǎo)通，C點(diǎn)呈高電乎，相應(yīng)又觸發(fā)由IC3、R8、R9、C6等組成

3、的多諧振蕩器起振，發(fā)出音響報警信號，以提醒用戶注意。IC3的振蕩頻率約為f=1.44/(R8+2R9)C7，圖中所示參數(shù)對應(yīng)的頻率約為1000Hz。同時，調(diào)節(jié)電位器W1可改變報警的閾值。IC1(555)和R1、C1等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，金屬片M與門鎖的金屬部分相連，當(dāng)有人開鎖時，人體的感應(yīng)信號使IC1觸發(fā)置位，3端輸出的高電平使BG1導(dǎo)通，BG2截止。IC2(555)和C4、R4組成單穩(wěn)延時電路，延遲時間為td=1.1R4C4，圖中所示參數(shù)對應(yīng)的延遲時間約為60秒鐘，以使主人開門后關(guān)掉報警器電源；而對小偷來講，其因破門開鎖需一定的時間，一般會超過60秒鐘，IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)IC3多諧振蕩

4、器發(fā)出報警音響。 本電路可與電子鎖、電子機(jī)械鎖、普通門鎖等一起使用，作為家用或庫房的防盜防火報警裝置，當(dāng)有人破門開鎖或發(fā)生煤氣泄露、火災(zāi)時，立即發(fā)出報警聲。四模塊分析防盜功能的部分如圖1所示，利用555電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)延時電路和多諧振蕩器等對人體感應(yīng)信號的處理。當(dāng)人體的感應(yīng)信號經(jīng)第一個555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，輸出一個高電平。然后在單穩(wěn)延時延時后又輸出一高電平，其輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)多諧振蕩器，發(fā)出報警音響。人體傳感信號的輸入報警輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)延時多諧振蕩器氣敏傳感器輸入電路蜂鳴器圖1防火功能部分也如圖1所示，當(dāng)被監(jiān)測的可燃?xì)怏w濃度超過允許范圍時，

5、傳感器兩極間的電阻劇減，使555多諧振蕩器起振，蜂鳴器發(fā)出報警聲響.基于圖1中各模塊的探索分析.人體感應(yīng)信號輸入及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的設(shè)計VO1O1VI1圖2.1.1如右圖2.1.1所示，用一金屬片與門鎖的金屬部分相連，IC1（555）和R1、C1等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當(dāng)沒有觸發(fā)信號即沒有人在開門時，VI1處于高電平（VIVDD3），接通電源后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出VO為低電平。若有人開門時，即人體的感應(yīng)信號輸入觸發(fā)輸入端VI1時，電容C2通過金屬片M與人體接觸，直接與大地相連放電，等到C2VDD3時，VO1跳變?yōu)榈诫娖剑娐愤M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。此后電容C1充電，當(dāng)C1充電至VC1=2VDD3時，電路的輸出電壓

6、由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，同時555內(nèi)的放電三極管導(dǎo)通，于是電容C1放電，電路回到穩(wěn)定狀態(tài)。如果忽略555內(nèi)的放電三極管的飽和壓降，則VC1從零電平上升到2VCC3的時間，即為輸出電壓VO1的脈寬tw=Rcln31.1RC.通常R的取值在幾百歐至幾兆歐之間，電容取值為幾百皮法到幾百微法。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾個微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)0.1%。單穩(wěn)延時電路的設(shè)計VI2VO2圖2.2.1 如右圖2.2.1所示，IC2和C4、R4等組成單穩(wěn)延時電路。當(dāng)沒有人體的觸發(fā)信號觸發(fā)時，接通電源后，由于IC1的輸出VO1為低電平，所以BG1截止，BG2導(dǎo)通。那么就有IC2的2、6腳為高低平，使電容C4兩端的

7、壓降近似為零，電容不充電，單穩(wěn)態(tài)延時電路的輸出VO2問低電平。若有觸發(fā)信號到來時，IC1輸出高電平，BG1導(dǎo)通，BG2截止。又由于電容C4兩端的電壓不能突變，在BG2截止的那一瞬間，電容兩端的壓降仍然大約相等，但馬上IC2的2或6腳的電位會因下面接了一電阻和地線而逐漸下降，這時IC2的2和6腳都是低電平，使單穩(wěn)態(tài)延時電路的輸出VO2越變?yōu)榱烁唠娖?。同時，它導(dǎo)致了電容C4兩端的電位不平衡而致使電容C4通過R和BG2進(jìn)行充電。直到IC2的2和6腳的電壓等于2VDD3時，輸出VO2又跳變?yōu)榈碗娖剑氐椒€(wěn)定狀態(tài)。延時時間td=1.1R4C4圖示的參數(shù)對應(yīng)的延時約為60秒鐘此。延時模塊的設(shè)計是為了當(dāng)主人

8、開門后關(guān)掉報警器的電源，而對于小偷來說，因破門開鎖需要一定時間，一般會超過60秒，IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)IC3多諧振蕩器，音響報警。多諧振蕩器及輸出電路的設(shè)計VO3VI3圖2.3.1如圖2.3.1所示，IC3、C7和音響Y組成。因為IC3的4腳是其的復(fù)位輸入端，當(dāng)4腳輸入為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端VO3都為低電平，所以當(dāng)在沒有IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖（整個電路沒有人體感應(yīng)信號觸發(fā)）時，VI3就是IC2的輸出信號，為低電平，使得輸出VO3也為低電平。當(dāng)前面有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖時，IC3的4腳變?yōu)楦唠娖?，這時由于在接通電源后電容C6通過R8和R9進(jìn)行充電，當(dāng)VC6上升到2VDD

9、3時，使輸出VO3為低電平，同時IC3內(nèi)的放電三極管導(dǎo)通，此時電容C6放電，VC6也隨之下降。當(dāng)VC6下降到VDD3時，VO3翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C6放電所需的時間為tpl=R9C6Vln20.7R9C6當(dāng)放電結(jié)束時，IC3內(nèi)的放電三極管截止，VDD通過R8和R9向電容器C6充電，VC6由VDD3上升到2VDD3所需要的時間為tph=（R8+R9）C6ln20.7（R8+R9）C6當(dāng)VC6上升到2VDD3時，電路的輸出VO3又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到了一個周期性的矩形波。其振蕩的頻率為f=1（tpl+tph）1.43（R8+2R9）C6由于555定時器內(nèi)部的比較器

10、靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。當(dāng)它受到IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)，發(fā)出報警音響。圖示IC3的振蕩頻率為1000HZ左右。 煙霧檢測器設(shè)計圖2.4.1如圖2.4.1所示，QM-N5與W1等組成煙霧檢測器設(shè)計。當(dāng)沒有人體感應(yīng)信號輸入時，接通電源后，由于QM-N5和W1等的分壓，使得IC3的4腳的輸入為低電平，且它是直接復(fù)位輸入端，那么其輸出VO3也為低電平，不能時音響發(fā)出報警信號。然而，若煙霧或可燃?xì)怏w超過一定濃度時，氣敏電阻A-B間電阻變小，使B點(diǎn)的電位足以使BG3導(dǎo)通，IC3的4腳輸入成高電平，IC3起振（具體過程請看

11、2.3多諧振蕩器及輸出電路的設(shè)計），發(fā)出音響報警信號。四電路仿真與分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真分析當(dāng)人體的感應(yīng)信號輸入時，引起IC1的2腳的輸入的變化，導(dǎo)致了它的輸出VO1的跳變。如下圖，仿真1為沒有觸發(fā)信號時的IC1的輸入VI1為高電平，輸出仿真圖1VO1為低電平。但有人體的感應(yīng)信號觸發(fā)時，VO1躍變?yōu)楦唠娖剑?dāng)電容充電到2VDD3時，又回到到低電平。其波形變化如下的VI1和VO1的仿真波形1所示。VO1仿真波形1 VI1仿真波形1當(dāng)有人體感應(yīng)信號一直觸發(fā)時，VO1也一直為低電平，但只要停頓一下就也會觸發(fā)使VO1輸出一直為高電平。其波形如下VI1和VO1仿真波形2所示。VI1仿真波形2 VO1仿真

12、波形2單穩(wěn)態(tài)延時電路的仿真分析 如下仿真圖2所示，當(dāng)VO1為高電平時，有如VI2和VO2仿真波形。仿真圖2VO2仿真波形 VI2仿真波形多諧振蕩器的仿真分析 如下仿真圖3所示，當(dāng)有人體的感應(yīng)信號時，VO2輸出高電平，使IC3仿真圖3直接復(fù)位端無效，則輸出振蕩波。其波形如下VI4和VO4的仿真波形所示。VI3仿真波形 VO3仿真波形煙霧檢測器的仿真分析 如下仿真及波形圖所示，QM-N5氣敏傳感器用一滑動變阻器代替，當(dāng)可燃?xì)怏w或是煙霧超過一定的濃度時，傳感器兩端，也就是下圖中的R1的仿真及波形圖4阻值急劇減小，致使其間的電位躍變?yōu)楦唠娖剑墒苟嘀C振蕩器產(chǎn)生振蕩。五實(shí)習(xí)心得 原理分析：此家庭防火防盜報警器是基于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)延時電路和多諧振蕩器的簡單且實(shí)用的報警裝置。它主要由人體感應(yīng)或可燃?xì)怏w超濃度的信號輸入、信號延時和多諧振蕩器的輸出使音響報警幾部分構(gòu)成。本裝置利用了555定時電路和一個電阻和三個電容構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使當(dāng)有人體的感應(yīng)信號輸入時，其輸出高電平，觸發(fā)其后面的延時電路。同時，單穩(wěn)延時電路也主要有555定時器構(gòu)成，完成了對單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的高電平信號的60秒鐘的延時，使當(dāng)是主人開門時有60秒鐘的時間去把報警器的電源關(guān)