触摸式防盗报警器课程设计.docx

摘要目前，我国国内生产总值稳定而快速的增长，人们的生活水平有了很大的提高， 但与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安都日趋复杂，入室抢窃、偷盗等诸多社会问题的频繁发生，使人们对家庭生命财产的安全越来越重视。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫系统在实际使用中暴露了很多隐患，但先进的技术总为人带来很多的便利，触摸式报警器有着传统防盗系统所不可及的优势， 其自动化程度高，是防盗的一道有力武器。此次电子技术课程设计我的选题是触摸式报警器，触摸式报警器用途十分广泛， 不仅可用于私家的住宅、车辆的安全防盗，也可以用于企事业单位厂房、贵重物品等防盗，省去了过去的大量金属电网等等它的设计对于安全防盗是非常有必要的。同时也对电子专业的课程有了进一步的了解与掌握，并能够应用有关的专业理论去完成电子课程设计。本课程设计设计通过触摸电极片，经电容处理所得尖波信号触发 IC1NE555 的 2 脚使定时器进入暂稳态，达到定时 30S 的效果，输出端 3 脚输出高电平触发 IC2NE555 振荡电路产生周期为 T 的振荡信号，振荡信号经 LM386 芯片构成的集成功率放大电路放大驱动扬声器发出报警声，30S 后,IC1 的 3 脚输出高低电平，报警声消失，直至下一次触摸电极片。关键词： 触摸式报警器；NE555；LM386 芯片目录1 绪论 11.1 前言 11.2 整体电路设计12 设计内容及要求22.1 设计任务及要求22.2 总体方案设计22.3 元器件介绍23 设计原理及参考电路63.1 单稳态电路63.2 音频振荡电路63.3 功率放大电路 73.4 整体电路94 设计总结及心得体会 11参考文献121 绪论1.1 前言目前，我国国内生产总值稳定而快速的增长，人们的生活水平有了很大的提高， 但与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安都日趋复杂，入室抢窃、偷盗等诸多社会问题的频繁发生，使人们对家庭生命财产的安全越来越重视。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫系统在实际使用中暴露了很多隐患，但先进的技术总为人带来很多的便利，触摸式报警器有着传统防盗系统所不可及的优势， 其自动化程度高，是防盗的一道有力武器。1.2 整体电路设计触摸式报警器研究的是防盗报警系统，如何运用简单的电子元件实现报警功能。整体电路设计：通过触摸电极片，尖波信号触发IC1NE555 的 2 脚使定时器进入暂稳态，达到定时 30S 的效果，3 脚输出高电平触发 IC2NE555 振荡电路产生周期为 T 的振荡信号， 振荡信号经 LM386 芯片构成的集成功率放大电路放大驱动扬声器发出报警声，30S 后,IC1 的 3 脚输出高低电平，报警声消失，直至下一次触摸电极片。2 设计内容及要求2.1 设计任务及要求设计任务：设计触摸式报警器电路设计要求：(1) 当有人触摸到金属片的时候，报警器发出报警，持续 30s 后停止，若再次触摸则再报警。(2) 扬声器为 0.125 瓦，8 欧姆。(3) 设计单稳态电路，音频震荡电路，功率放大电路。(4) 电源电压为 9V 直流。2.2 总体方案设计触摸式报警器的报警原理：通过触摸电极片，驱动扬声器发出一定时间的警报声。音频振荡电路通过外部触发信号产生振荡信号，振荡信号经音频功率放大电路放大驱动扬声器发出警报声，单稳态电路控制报警声的长短。电极片单稳态电路音频振荡电路功率放大电路电源电路扬声器2.3 元器件介绍图 2.1系统结构框图设计当中运用到的元器件以及其功能简介： 元器件清单如表 2-1元件名称数量元件名称数量NE555 芯片2 块LM386 芯片1 块电阻5 个电容6 个开关1 个导线若干干电池6 节1、NE555 内部功能图：表 2-1元器件清单图 2.2 NE555 内部功能框图NE555 是属于 555 系列的计时 IC 的其中的一种型号 ，555 系列 IC 的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555 是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。555 定时器的功能表：表 2.2 555 定时器功能表555 组件接上适当 R、C 定时元件和连线，可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路。在外加输入信号的作用下，NE555 的功能如表 2-2 所示， 其中 X 表示任意态。NE555 的特点有：1. 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广， 可由几微秒至几小时之久。2. 它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS 等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。3. 其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4. 它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。2、LM386 芯片LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386 是音频功率放大器,1.5W 的,最大可以到 2W,可以不接多少元件就可以工作,比如直流下,第 2,4 脚接地,3 脚输入信号,第 5 脚接个隔直电容输出到喇叭,第 6 脚接电源+就可以工作!交流整流的供电时,1,8 脚间接个 10uF 的电容 LM386 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。特性: 静态功耗低,约为 4mA,可用于电池供电； 工作电压范围宽,4-12V 或5-18V；外围元件少；电压增益可调,20-200；低失真度。炖益吮轮入 1 27 1 旁 挫轮 入 1 36 1 ，且 总！ 诉图 2-3LM386 芯片2 脚为反相输入端3 脚为同相输入端5 脚为输出端4 脚为接地端6 脚为电源端7 脚为旁路端1 脚和 8 脚为电压增益设定端3 单元电路设计及工作原理分析3.1 单稳态触发电路1、电路组成：Ne555 定时器构成的单稳态触发器如下图所示：图 3.1单稳态触发器发器工作波形 ：图 3.2 工作波形2、工作原理：接通电源 ，VCC 对 C 充电，使 uC 上升，当 uC> 2/3 Vcc 时，电路进入稳态。若在电路触发输入端 TR 加入一个负向触发脉冲后，电路进入暂稳态。 VCC通过R 对 C 充电， uC 上升，当 uC>2/3Vcc 时，恢复稳态。电路输入端的 R1 和 C1 构成输入微分环节，以保证外加触发脉冲信号的宽度小于电路输出脉冲的宽度。tW该电路输出脉宽为：= RCln3 1.1RC3.2 音频振荡电路VccR 3487R 23NE55562C35C41当接通电源 VCC 时，如果电容 C3 的初始电压为 0，第三脚处于高电平，放电管T 截止，电源通过R3 和R2 向电容C3 充电，经过t1 时间后，uc 达到高触发电平2Vcc/3， u0 由 1 变为 0，此时放电管 T 导通，电容 C3 通过电阻 R2 放电，到 t=t2 时，uc 下降到低触发电平 VCC/3, u0 又翻回到 1 状态，随即T 又截止，电容C3 又开始充电，如此反复，在输出端得到矩形波电压。图 3.2NE555 构成的多谐振荡电路充电时间：T1=0.7(R3+R2)C3放电时间：T2=0.7R2C3 矩形波的周期：T=T1+T2当 4 脚复位端接入单稳态电路 3 脚输出的低电平，振荡电路振荡不振荡，无振荡信号产生，当接入单稳态电路 3 脚输出的高电平时，振荡电路才产生振荡信号，作为功率放大电路的输入信号。3.3 功率放大电路功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。要求放大电路有足够大的输出功率。这样的放大电路统称为功率放大电路。功率放大的基本原则： 输出功率大：要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。效率要高：效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。非线性失真要小：非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如， 在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。散热少：BJT 的散热问题在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。参数选择：在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视。分析任务：功率放大电路的分析任务是：最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数。在分析方法上，由于管子处于大信号下工作，故通常采用图解法。图 3.3音频功率放大电路仿真截图参数如下：C5=0.05uF C6=250uFR4=10K WRL=8 WP=0.125WLM386 芯片Vcc=2.4V输入波形的幅值是 4.024计算公式：POM=VCC2/4 2 RLPOM=0.125WRL=8 WVCC=2.4V Vim= VCC/2 2 AVVCC=2.4VVim=4.024V振荡电路产生的微弱信号经LM386 芯片构成的集成功率放大电路放大20 倍驱动P=0.125WRL=8 W 的扬声器发出警报声，通过 RW 调节扬声器的音量3.4 整体电路图 3.4触摸式报警器电路如图 3.4 所示，用手摸金属片M 时，IC1NE555 第 2 端脚接受的杂波信号触发其进入暂稳态，电容 C1 开始充电，在充电时间 TW=1.1R1*C1 达到前，第 5 脚输出为高电平，第 5 脚输出的高电平触发IC2NE555 多谐振荡电路振荡产生微弱信号微弱信号， 微弱信号经 LM386 芯片构成的集成功率放大电路放大 20 倍驱动扬声器发出报警声，报警 30S 后 IC1NE555 复位端复位，报警声停。4 结束语此次电子技术课程设计基本完成，从开始到结束历经近两周时间，两周虽短，但在这个过程中，我们小组几人经过不断讨论，查阅资料，请教老师和同学，逐步逐步地对设计越来越熟悉，脑海里越来越有法子。虽然此过程中，我们失败了很多次，每一个新的想法，每一个新的电路图，抱着成功的渴望接通时，结果经常让人心情掉落谷底，但是，战胜无数次失败，我们走向了成功，我们终于完成了此次的电子技术课程设计触摸式报警器。设计的时间一晃而过，也可以说很漫长；构思、设计、查资料、上网搜索、画图，实在是漫长。付出终有回报，我们完成了这次课程设计任务， 我现在心里有一股极其强烈的成就感！经过这段珍贵的时间的学习探索，我已初步掌握了电子技术的初步应用，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到了一个数字系统庞大的知识体系并且使我深刻体会了从书本知识到实际应用的设计 过程。在成功之余，通过不断反省自我，我发现了自身还有许多不足，所学到得知识还远远不够，以至于还有一些功能不能被完成，但通过学习这一次实践，增强了我们的团结合作能力，实际动手能力，提高和巩固了电子电工方面的知识。从中，我们的团队合作精神也大大增强，没有最强的个人，只有最强的团队，并让我们认识到把理论用于实践是多么重要。此后，我还有把此次设计的收获，心得运用于以后的生活和学习之中，学会分析， 学会探讨，学会请教，学会查阅，学会合作。在这个知识日新月异的时代，我们只有不断学习，不断提升自我才能不被社会所淘汰。参考文献1 黄智伟主编电子电路计算机仿真设计与分析.电子工业出版社.20052 曾建唐主编.电工电子基础实践教程.机械工业出版社.20023 康光华主编.电子技术基础.高教出版社出版.第四版.19994 陈坚 赵玲主编.电力电子技术及应用.北京中国电力出版社.20065 石新春主编.电力电子技术.北京中国电力出版社.20066 曹丰文主编.电力电子技术基础.北京中国电力出版社.20077 贺益康 潘再平主编.电力电子技术.北京科学出版社.2004