2022年课程设计分析方案简易防盗报警器的设计.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 前 言 随着我国全面小康建设步伐的加快,人们的生活水平有了很大的提高,同时,社会人口的流淌性大大增加,社会结构和社会治安问题日趋复杂,人们对家庭生命 财产的安全越来越重视；因此,人们在生活中逐步引入报警器,用来预防抢劫、盗 窃等意外大事的发生；防盗报警系统是用物理方法或电子技术,自动探测发生在布防监测区域内的侵 入行为,产生报警信号,并提示值班人员发生报警的区域部位,显示可能实行计策 的系统；防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外大事的重要设施；一旦发生突发事 件,就能通过声光报警信号在安保掌握中心精确显示出事地点,使于快速实行应急 措施；防盗报警系统与出入口掌握系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子 巡更系统等一起构成了安全防范系统；报警器 alarm> ,又称防盗器；是由传感器和信号处理组成的,用来探测入侵 者入侵行为的,由电子和机械部件组成的装置；传感器又是报警器的核心元件,采 用不同原理的传感器件,可以构成不同种类、不同用途的报警装置；防盗报警器,是对用于发生警情、危急、紧急情形等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称；随着社会科学技术的快速进展,人们对报 警器的性能提出了越来越高的要求；其应用也是越来越广泛,涉及到各个行业中；传统报警器通常采纳触摸式报警、开关报警器、光电报警等；这类报警器具有 性能稳固、有用性强等特点；本课程设计所设计的简易防盗报警器是借助于数字逻 辑电路,采纳模块化的设计思想；不仅使得设计变得简洁、便利、敏捷性强,而且 电路简洁简洁实现,工作稳固；1 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章：设计基本要求 设计一检测电路,将检测器件安装在门、柜把手,箱、包等的防盗报警装置,只要有触摸,扬声器即会发出报警声,并且即使手离开感应器时,扬声器也会延时1<s）左右停止响鸣；【主要参考元器件】 NE555；其次章：系统组成及原理依据课题设计要求初步建立系统框图检测电路定时模块频率掌握模块语音报警图 2-1 系统框图2.1 检测电路检测电路是用来检测当手接触感应器时使压电元件产生微量的变形产生压电效 应经过低噪声电缆把信号送到具有高输入阻抗的前置放大器；从而实现把作用力转变成电信号,输入到电路中；2.2 单稳态触发模块由两个与非门或者或非门组成单稳态触发模块 如图 2.5>,这种单稳态触发器在电路中广泛地用于对脉冲信号的延时、展宽和整形等；2 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 定时模块的作用是来掌握语音报警的时间长度,防止报警时间过长,电能损耗过多；主要构成是由 NE555 定时器完成,将其接成单稳态电路,可以产生一脉冲,脉冲维护时间可以通过设计参数而得,脉冲的维护时间就是电路报警的时间长度；依据实际要求延时参数设置为 1<S）；2.3 频率掌握模块频率掌握模块是产生一频率为1.2KHz 的信号模块电路,完成设计基本要求；为提高电路的有用性,设计一个可以自动变频的电路,使得报警声音多样化；电路中 用 NE555定时器构成的多谐振荡器作为产生频率的电路,再经过分频电路,分成不 同的频率信号,再经过数据挑选器,选出频率,使不同频率能够自动变换地传输到语音报警电路；2.4 语音报警 语音报警电路完成的是将电信号转化成声音信号,从而达到报警目的；3 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三章：电路各模块设计分析及电路原理图设计3.1 检测电路 本试验是做一个报警器,当有人触摸到检测电路时,电路发生报警；这要求电路能够准时检测出人体信号,并能通过电路准时报警；通过对 NE555的明白知道,当用 NE555做成单稳态电路时,电路可以检测出人体信号并转化成电信号,利用这 一特点可以用 NE555芯片设计检测电路；3.1.1 555定时器做单稳态电路图 3-1 555结构图NE555 为 8 脚时基集成电路,各脚主要功能 1 脚 地 GND 2 脚触发 3 脚 输出 4 脚 复位 5 脚 掌握电压 6 脚 门限 阈值 > 7 脚 放电 8 脚 电源电压 Vcc 当 555的 6 脚和 7 脚相接, 2 脚和触发电平相接,就构成单稳态触发器；单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态.在外界触发脉冲作用下,它能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维护一段时间以后,再自动返回稳态,暂稳态维护时间的 长短取决于电路本身的参数,与触发脉冲的宽度和幅度无关；由于单稳态触发器具4 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 有这些特点,常用来产生具有固定宽度的脉冲信号；用 发器是负脉冲触发的单稳态触发器,其暂稳态维护时间为：电路本身的参数 R、C 有关；555定时器构成的单稳态触 Tw=lnRC=1.1RC,仅与其检测电路设计图如图 3-2 ,开关 J1<实际电路中用铁片或铁丝代替）按下时,2 管脚由高电平变为低电平常,输出管脚3 脚就由低电平变为高电平输出一个脉冲,高电平脉冲维护的时间由电阻 R1 和电容 C1 打算,其运算公式为：Tw=lnR1*C 11.1RC<3-1）图 3-2 检测电路图3.2 定时模块在数字电路中,定时实际上是产生一脉冲信号,其信号的高电平或低电平维护的时间可由运算电路参数而确定；555 做单稳态触发器时就有定时的作用,因此定时模块可由 555芯片完成；考虑到检测电路中已使用了 555 做单稳态触发器,因此可将两模块合二为一,既用作检测电路又用作定时；其电路如图 3-3,定时的长短由电路参数 R 和 C 确定：<3-2）5 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-3 定时模块电路图3.3 频率掌握模块课程设计的基本要求中,产生一频率为1.2KHz 的报警声音；要实现这一要求很简洁,只要多加一片555芯片,用它做多谐振荡器产生频率1.2KHz；3.3.1 555定时器做多谐振荡器如将 555的引脚 2 与 6 相接,如图 3-4 所示,就可形成多谐振荡器；外接电容 C 通过 R1、R2 充电,而放电电流仅通过 R2；可求出：充电时间：<3-3）放电时间：<3-4 ）周期： <3-5 ）占空比： <3-6 ）由公式运算参数：由于频率为 1.2KHz,电容 C选取 0.1uf ,运算出电阻 R1、R2的阻值约为 1K、10K,选取 1K、10K的电阻做 R1、R2；6 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-4 多谐振荡器及波形图3.3.2 提高设计要求考虑到本次课程设计比较简洁,为提高实践才能和电路的有用性,与同组人共同争论设计出报警声音有多个频率的报警器；分频的实现主要是转变一脉冲信号的周期,将其周期变大,频率变小；数字电路中有多种器件都可以实现分频功能,本次试验挑选了 J、K 触发器来组合成分频器；其设计思路如下：实现四分频需要四个输出分别为Q0、Q1、Q2、Q3；列出状态转换图为：图 3-5 状态图7 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据状态转换图画状态转移表,如下表：表 3-1 状态转移表CP 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 0 1 0 0 0 1 1 3 0 0 1 1 0 1 0 0 4 0 1 0 0 0 1 0 1 5 0 1 0 1 0 1 1 0 6 0 1 1 0 0 1 1 1 7 0 1 1 1 1 0 0 0 8 1 0 0 0 1 0 0 1 9 1 0 0 1 1 0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 1 11 1 0 1 1 1 1 0 0 12 1 1 0 0 1 1 0 1 13 1 1 0 1 1 1 1 0 14 1 1 1 0 1 1 1 1 15 1 1 1 1 0 0 0 0 化简状态转换表可得到状态方程：Q1=Q0<3-7）Q2=Q0*Q1 <3-8）Q3=Q0*Q1*Q2 <3-9）由状态方程得出四分频的电路图：图 3-7 四分频电路图8 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 波形图：图 3-7 四分频电路输出波形图原脉冲 <图 3-7 中的 CP）经过分频器,输出Q0、Q1、Q2、Q3 四个脉冲,频率分成 CP的二分之一、四分之一、八分之一仍有十六分之一；然后利用一个四选一的 数据挑选器 <74LS153）的挑选作用在不同时刻内挑选不同频率,从而使得蜂鸣器鸣叫时声音的频率有规律的变化；而四选一数据挑选器<74LS153）的地址掌握脚是由74LS161掌握的； 74LS161是十六进制循环计数器,利用其循环的特性可以有规律的掌握数据挑选器的地址掌握脚,从而有规律的选频；起帮助分频作用；74ls08< 四与门）芯片在电路中用到的器件有 74LS112<J、K 触发器）两片、 74LS153一片、 74LS08 一片、74LS161 一片；下面分别介绍各芯片的功能表和引脚图：9 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 74LS112功能表及引脚图：图 3-8 74ls112 功能表及引脚图74LS153功能表及引脚图：图 3-9 74ls153 功能表及引脚图74LS161功能表及引脚图：图 3-10 74ls161 功能表及引脚图10 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 74LS08引脚图：图 3-11 74ls08 引脚图3.4 语音报警语音报警是用蜂鸣器将电信号转化成声音信号,从而报警；只需要将蜂鸣器直接接入电路,当有高平信号时蜂鸣器就发生鸣叫；此部分电路很简洁实现,联系频率掌握模块的设计, 74ls153在多种频率中选出一种频率,这种频率的电信号就可以直接接到蜂鸣器上使蜂鸣器鸣叫,所以蜂鸣器接在11 / 17 74ls153输出管脚上；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第四章：试验成效本电路由四部分组成：检测电路、定时、分频、报警；检测电路是用 555设计成的,其 2 管脚连接一个触摸片,当用手触摸时产生一低电平,555 的三管脚就产生一个时长为 16.5s的高平信号,从而使其次片555 的四管脚的电平为高；其次片555 是一个多谐振荡电路,当四脚为高时,电路振荡开头,产生一频率约为 1.2KHz的脉冲信号；信号经过分频电路被分成四种频率分别为0.6KHz、0.3KHz、150Hz 和75Hz,再经过选频,在肯定时间内输出一个固定频率的信号 <此信号是自动变换的）并传到蜂鸣器,蜂鸣器将电信号变为声音信号报警；图 4-1 电路仿真波形图12 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第五章：试验调试与分析电路按设计电路接好,接通电源,触摸触摸片,蜂鸣器不响；用万用表测量蜂鸣器两端电压,电压为零；再测量第一片 555三管脚的输出电压,在 4.25V 左右变化,第一片 555工作正常；测量其次片 555三管脚的输出电压,在 4V 左右变化,确定其次片 555 工作也正常；由此估计,电路的故障显现在分频电路中,测量74LS112 的 5 管脚和 9 管脚的电压,万用表显示的数值和估计的一样,都为高电平；测量 74LS153管脚电压,发觉电压都为零；检查此处的电路,发觉 74LS153没接电源,断开电源,将 74LS153的电源管脚焊入电源中；重新将电路接上电源,蜂鸣器响了,但是发出的声音只有一种频率；估计是74LS153或 74LS161 工作不正常,检测两芯片各个管脚的电压,发觉 74LS161与 74LS153相连接的管脚电压为零,确定 74LS161的连接无误后,推测是芯片坏了；断开电源,换上芯片后,接通电源,触摸触摸片,蜂鸣器响了,并有不同频率的声音发出；电路设计胜利了；13 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 结 论本文设计中有优点也有缺点,其优点是产生变频的声音,并且能够自动变频,比起一般的报警器更表达出声音的魅力；缺点是设计所用的芯片过多,特别是设计 变频功能时用到了五片芯片,这给电路带来很多累赘,使得设计成本费增高；再次反过来摸索这个电路图,整个电路简洁明白,可以依据此电路图应用到实 际中去,各模块功能独立,可扩充性强,应用广泛,报警电路也可以发出不同的声 音；可以说是非常有利用价值；14 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参考文献1 阎石. 数字电子技术基础 <第五版） M. 北京：高等训练出版社, 2005；2 高吉利 . 电子技术基础试验与课程设计M. 北京：电子工业出版社, 2002；3 赫鸿安,徐红媛 .555 集成电路有用大全 M. 上海科学普及出版社, 2005；4 张延琪 . 常用电子电路 280 例解读 M. 北京: 中国电力出版, 2004 第一版；5 宋家友,张友汉新编电子线路设计有用手册M 福建：福建科学技术出版社,2007；6 康华光 . 电子技术基础数字部分第 4 版M. 北京高等训练出版社, 2000；7 郑家龙 . 集成电子技术基础 M. 北京高等训练出版社, 2002；8 路成红 . 专用集成电路设计与电子设计自动化 M. 清华高校出版社, 2004；15 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 一元件清单：74LS112 2 个；74LS153 1 个；74LS161 1 个；74LS08 1 个；NE555芯片 2 个；蜂鸣器 1 个；稳压电源 1 台；电阻阻值10K 1K 150K 数量1 2 1 电容万能电路板容值0.01uf 0.1uf 100uf 1 块；数量2 1 1 导线如干16 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 二电路仿真图 <一）17 / 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页