室內(nèi)防盜報(bào)警器電路設(shè)計(jì).doc

室內(nèi)防盜報(bào)警器電路設(shè)計(jì)前言隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的概念和分析方法已經(jīng)滲透并應(yīng)用許多種不同的領(lǐng)域中。但，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盜竊團(tuán)伙的犯案手法也變得層出不窮。他們不是一個(gè)落后的團(tuán)伙，他們也得利用高科技犯案。因而偵破盜竊案，成了公安機(jī)關(guān)的一大難題。防止盜竊犯罪的發(fā)生，不僅是公安機(jī)關(guān)的責(zé)任，普通公民也應(yīng)該保管看護(hù)好自己的財(cái)物，以免盜賊有機(jī)可乘。特別是那些無(wú)人看管的財(cái)物，更是為賊人提供了“優(yōu)異”的作案環(huán)境。因而在家中安裝防盜報(bào)警系統(tǒng)，是預(yù)防被盜的有效方法。當(dāng)家中無(wú)人的時(shí)候，家中的貴重物品便成了主心中的“牽掛”。為了更加安心地出門，在家中安裝防盜報(bào)警器是最直接的方法。出門前，啟動(dòng)報(bào)警器，當(dāng)有人非法進(jìn)入內(nèi)時(shí)，觸動(dòng)了早已裝置的報(bào)警器。報(bào)警器，便會(huì)制造聲響，以嚇走盜賊或引起鄰居的注意，做到防盜的目的。但同樣令主人頭痛的就是：市面上有著各種各樣的報(bào)警器，選擇，是一件難事情，擔(dān)心這樣那樣的事情。還有就是它們的性價(jià)問(wèn)題通過(guò)自行動(dòng)手，翻閱資料，本人設(shè)計(jì)了任務(wù)要求的具有“記憶”性的紅外線家庭防盜聲光報(bào)警器。在思考和設(shè)計(jì)過(guò)程中，我由淺入深，從認(rèn)識(shí)器件開始到自行改裝和設(shè)計(jì)電路，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和了解，增長(zhǎng)了見識(shí)，提高了能力， （一）設(shè)計(jì)電路的功能和主要性能指標(biāo)（1）設(shè)計(jì)電路的功能此電路工作時(shí)，當(dāng)紅外線發(fā)射管照射到紅外線接收管的紅外光受到遮擋時(shí)，紅外線接收管導(dǎo)通，啟動(dòng)繼電器，繼電器的常開開關(guān)閉合，報(bào)警電路開始工作。喇叭發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的警報(bào)聲，顯示燈開始閃爍此時(shí)，即使紅外光沒有被遮擋，報(bào)警電路仍然保持在工作狀態(tài)，因?yàn)閱?dòng)電路已經(jīng)把繼電器鎖上（“記憶”），不按復(fù)位開關(guān)，即2電器常開開關(guān)不會(huì)打開。這樣賊人就無(wú)法停止報(bào)警器“報(bào)警”（除非他破壞了電路）。此電路對(duì)阻嚇賊人較強(qiáng)大的作用，防盜實(shí)用較大，制作也不太復(fù)雜，操作容易，材料也較容易買到，具有一定的商用價(jià)值（2）設(shè)計(jì)電路的主要性能指標(biāo)a，此電路由6v的直流電源供電。電路也可用612v的直流電源，只需要更換部分元器件即可。b，電路采用穩(wěn)定性高的555集成電路組成。ic1是利用輸出腳電平的高低來(lái)控制繼電器常開開關(guān)的開與合。ic2與ic3構(gòu)多諧振蕩器，負(fù)責(zé)控制閃光燈和喇叭。c，該電路耗電低，在沒有觸動(dòng)報(bào)警的情況下，啟動(dòng)電路部分耗電流僅20ma左右;警報(bào)電路部分根本不耗電。報(bào)警時(shí)，啟動(dòng)電路電流達(dá)數(shù)十ma；報(bào)警電路僅為20ma左右。d，紅外光接收管反應(yīng)敏捷，受到紅外光照射時(shí)管子保持截止的狀態(tài)；當(dāng)紅外光線被阻截時(shí)，管子立即導(dǎo)通，啟動(dòng)繼電器工作，即是報(bào)警器開始報(bào)警。e，“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”兩端可以并聯(lián)多組“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”，使其“探測(cè)”范圍更廣。(二)單元電路的設(shè)計(jì)過(guò)程 （1）對(duì)報(bào)警器進(jìn)行構(gòu)想報(bào)警電路該如何工作？如何能讓擅闖者觸動(dòng)報(bào)警器？報(bào)警器該如何開啟？通過(guò)上互聯(lián)網(wǎng)查找資料，發(fā)現(xiàn)許多報(bào)警器的警報(bào)系統(tǒng)都是利用集成電路的延時(shí)來(lái)發(fā)出警報(bào)聲音或者是閃燈，觸動(dòng)后的報(bào)警器后不久就會(huì)自復(fù)位，再次處于警戒狀態(tài)，我覺得這樣不能阻嚇賊人，經(jīng)過(guò)考慮，最后確定了初步的方案：a利用“常開”繼電器啟動(dòng)警報(bào)電路，使報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)閃光和聲音。b利用感光二極管作為觸動(dòng)開關(guān)。c報(bào)警器工作時(shí)，被觸動(dòng)后，報(bào)警器的閃燈和喇叭不停工作，以阻嚇賊人和引起別人注意。直到主人重新設(shè)置報(bào)警器為止。由以上幾點(diǎn)，最后決定用555集成電路對(duì)設(shè)想中的電路進(jìn)行控制。（2）理解555集成電路的工作原理，以更好地設(shè)計(jì)電路。（3）設(shè)計(jì)構(gòu)想中的電路首先設(shè)計(jì)繼電器的啟動(dòng)電路，利用單個(gè)555集成電路的輸出端電平的高低以及其復(fù)位的作用來(lái)控制繼電器的開與關(guān)。然后設(shè)計(jì)閃爍燈和喇叭的警報(bào)電路，利用兩個(gè)555集成電路組成的多諧振蕩器，對(duì)閃爍燈和喇叭發(fā)出的聲音進(jìn)行控制，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。考慮把“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”安裝在哪個(gè)電路上，以達(dá)到最少的影響。最后畫出簡(jiǎn)單的分部電路圖，以便進(jìn)行組合。（4）根據(jù)畫出的簡(jiǎn)圖，利用ewb軟件進(jìn)行測(cè)試先對(duì)啟動(dòng)電路進(jìn)行測(cè)試；然后對(duì)警報(bào)電路進(jìn)行測(cè)試；再把“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”分別接到電路上，測(cè)試其影響，并決定把“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”放在哪個(gè)電路上；最后把兩個(gè)電路組合其來(lái)，并進(jìn)行測(cè)試。（5）根據(jù)測(cè)試的結(jié)果得出設(shè)計(jì)好的電路圖。（6）進(jìn)一步理解報(bào)警電路。（三）整機(jī)電路和各部分電路的工作原理說(shuō)明a，元件清單名稱符號(hào)數(shù)值單位名稱符號(hào)電阻r1510喇叭y86v電阻r224k開關(guān)k1電阻r3510開關(guān)k2電阻r420knpn三極管vd1電阻r530k555集成電路ic1電阻r6510555集成電路ic2電阻r750k555集成電路ic3電阻r8100k繼電器ka;s16v,常開;型號(hào)：jw1hn電容c10.022f二極管指示燈l1綠色電容c2100f紅外線發(fā)射管l2電容c30.01f紅外線接受管l3無(wú)紅外光照射時(shí)截止電容c40.1f直流電源e1電容c50.01f直流電源e2電容c65.8fb，整機(jī)電路的主要功能整機(jī)原理圖如下圖說(shuō)明:閉合總開關(guān)k1，把k2由“解警”扳到“警戒”位置，報(bào)警器開始工作。當(dāng)有物體遮擋紅外光線時(shí)，l2導(dǎo)通，s1自動(dòng)閉合（繼電器被鎖上），警報(bào)電路報(bào)警燈閃爍并發(fā)出報(bào)警聲音：“嘀、嘀、嘀”。主人回來(lái)時(shí)，把k2由“警戒”扳到“解警”位置，警報(bào)電路s1斷開，報(bào)警停止,重新扳到“警戒”,報(bào)警器重新進(jìn)入”待機(jī)”狀態(tài)。c，部分電路的工作原理說(shuō)明1)啟動(dòng)電路這是一個(gè)具有自保記憶性特性的利用二極管截止和導(dǎo)通的警戒開關(guān), 用一只555集成電路和一只繼電器構(gòu)成。電路如“整機(jī)原理圖”中的“啟動(dòng)電路”部分所示, 工作前把開關(guān)k2扳到 “警戒”位置, 于是555集成電路第三腳輸出高電平, 繼電器ka處于釋放狀態(tài),報(bào)警電路不工作。當(dāng)有不速之客遮擋紅外光時(shí)，管子導(dǎo)通，555第六腳因加上高電平而使輸出轉(zhuǎn)換成低電平，于是繼電器ka吸動(dòng)常開觸點(diǎn)開關(guān)s1閉合。報(bào)警電路接通電源，開始報(bào)警。由于該電路具有自鎖功能，若不把k2扳到“解警”（復(fù)位），繼電器ka恒處于工作狀態(tài)，于是常開觸點(diǎn)s1恒處于閉合狀態(tài)，因而警報(bào)電路不斷發(fā)出警示。這時(shí)，不管“紅外線接收管”是否導(dǎo)通，不按復(fù)位開關(guān)，繼電器不會(huì)自動(dòng)釋放。把k2扳到“解警”(復(fù)位)后，繼電器釋放，常開觸點(diǎn)s1打開，警報(bào)電路因斷電而停止工作。2)警報(bào)電路這是一個(gè)多諧振蕩器，用兩只555集成電路構(gòu)成。主要是控制閃光的頻率和喇叭發(fā)出的聲音。a)555電路的工作原理555的說(shuō)明：它是一種時(shí)基電路，能在4.5-18v電源下工作，輸出電平可與ttl，cmos，htl邏輯電路兼容，振蕩精度與外接元件特性有關(guān)，具有200ma的吸收或供出電流，可直接推動(dòng)揚(yáng)聲器，電感等低電阻負(fù)載。555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和cmos兩種類型，其型號(hào)分別有 ne555、5g555 、c7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而cmos定時(shí)電路具有底功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為516v，最大負(fù)載電流可達(dá)200ma；cmos定時(shí)器電源電壓為318v，最大負(fù)載電流在4ma以下。555定時(shí)器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路，其組成電路框圖，功能表見表如下：從555定時(shí)器的功能表可以看出：555定時(shí)器有兩個(gè)閾值（threshold）電平，分別是1/3vcc和2/3vcc；輸出端為低電平時(shí)三極管td導(dǎo)通， 7腳輸出低電平；輸出端為高電平時(shí)三極管td截止， 如果7腳接一個(gè)上拉電阻， 7腳輸出為高電平。所以當(dāng)7腳接一個(gè)上拉電阻時(shí)，輸出狀態(tài)與3腳相同555定時(shí)器有二個(gè)比較器a1和a2，有一個(gè)rs觸發(fā)器，r和s高電平有效。三極管vt1對(duì)清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管vt2是放電管，將對(duì)外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個(gè)由三個(gè)5kw電阻組成的分壓器，由此可以獲得和 兩個(gè)分壓值，一般稱為閾值。555定時(shí)器的1腳是接地端gnd，2腳是低觸發(fā)端tl，3腳是輸出端out，4腳是清除端rd，5腳是電壓控制端cv，6腳是高觸發(fā)端th，7腳是放電端dis，8腳是電源端vcc。555定時(shí)器的輸出端電流可以達(dá)到200ma，因此可以直接驅(qū)動(dòng)與這個(gè)電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載，如繼電器、揚(yáng)聲器、發(fā)光二極管等。當(dāng)th高觸發(fā)端6腳加入的電平大于 ，tl低觸發(fā)端2腳的電平大于 時(shí)，比較器a1輸出高電平，比較器a2輸出低電平，觸發(fā)器置“0”，放電管飽和，7腳為低電平。 當(dāng)th高觸發(fā)端加入的電平小于 ，tl低觸發(fā)端的電平大于 時(shí)，比較器a1輸出低電平，比較器a2輸出低電平，觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍維持前一行的電路狀態(tài)，輸出低電平，放電管飽和，7腳為低電平。 當(dāng)th高觸發(fā)端6腳加入的電平小于 ，tl低觸發(fā)端的電平小于 時(shí)，比較器a1輸出低電平，比較器a2輸出高電平，觸發(fā)器置“1”，輸出高電平，放電管截止，7腳為高電平。因7腳為集電極開路輸出，所以工作時(shí)應(yīng)有外接上拉電阻，故7腳為高電平。 當(dāng)從功能表的最后一行向倒數(shù)第二行變化時(shí)，電路的輸出將保持最后一行的狀態(tài)，即輸出為高電平，7腳高電平。只有高觸發(fā)端和低觸發(fā)端的電平變化到倒數(shù)第三行的情況時(shí)，電路輸出的狀態(tài)才發(fā)生變化，即輸出為低電平，7腳為低電平。 由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：1555定時(shí)器有兩個(gè)閾值，分別是 和 。 2輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對(duì)應(yīng)放電管飽和，在7腳外接 有上拉電阻時(shí)，7腳為低電平。輸出高電平對(duì)應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時(shí)，7腳為高電平。 3輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為 。 4輸出與觸發(fā)輸入反相。 b)555構(gòu)成的多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，當(dāng)電路接好后，只要接通電源，再其輸出端變可以獲得矩形脈沖。 電路圖如下：振蕩電路的周期與頻率計(jì)算：tw1=0.7(ra+rb)c tw2=0.7rbc t=tw1+tw2=0.7(ra+2rb)c f=1/t 警報(bào)電路中的振蕩器是利用兩多諧振蕩器組成的，振蕩器ic3的輸出電壓u3，接到振蕩器ic2中555定時(shí)器的復(fù)位端，當(dāng)u3為高電平時(shí)ic2振蕩，為低電平時(shí)，ic2復(fù)位停止振蕩。當(dāng)ic3的u3為高電平時(shí)v1導(dǎo)通，此時(shí)l3的電流可以經(jīng)過(guò)v1到達(dá)電源負(fù)極，l3發(fā)出綠光。當(dāng)u3為低電平時(shí)v1截止，l3的電流不能經(jīng)過(guò)v1到達(dá)電源負(fù)極 ，因此l3 中沒有電流經(jīng)過(guò)，故l3不能發(fā)光。u3是高低電平方波脈沖，電平的高低正好控制v1的導(dǎo)通與截止，這樣，l3中的電流就時(shí)有時(shí)無(wú)，因此l3可以一閃一閃地進(jìn)行報(bào)警提示。喇叭y的工作方式與l3的工作方式相似，只是u2的波形與u3的波形不同，u2頻率讓ic3中的u3搞亂了而已。c)鏡面反射原理如下圖所示，左圖是紅外光線未被遮擋時(shí)的情況，右圖為紅外光線被遮擋時(shí)的情況 紅外光線的鋪設(shè)，可以利用平面鏡，凹鏡，凸鏡等進(jìn)行反射原理。鏡子的面積可以大，也可以小，也可以整齊地裝在兩邊的墻上，不過(guò)光線應(yīng)盡可能的多。這樣，即使賊人發(fā)現(xiàn)有紅外線的存在，但由于密度的關(guān)系，賊人在經(jīng)過(guò)時(shí)，不管多小心，都會(huì)遮擋光線，從而觸動(dòng)報(bào)警器。（四）設(shè)計(jì)電路的優(yōu)缺點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想（1）優(yōu)點(diǎn)a，此電路用紅外線光感二極管作為觸發(fā)裝置，與直接開關(guān)式防盜器相比先進(jìn)了不小，其紅外線分布可以利用平面鏡的反光原理進(jìn)行鋪設(shè)，那么感應(yīng)探察范圍就可以很大，相應(yīng)盲區(qū)就少，又因?yàn)榧t外線線是肉眼看不見，因而感應(yīng)就變得無(wú)形而難以躲避。b，此電路有自鎖記憶功能，鎖定后賊人無(wú)法關(guān)掉報(bào)警器（除非啟動(dòng)電路或者報(bào)警電路被破壞了），直到主人回來(lái)，對(duì)電路進(jìn)行復(fù)位后，報(bào)警才會(huì)停止。這樣，主人就可以根據(jù)報(bào)警器有沒有啟動(dòng)，從而判斷是否有不速之客。由于盜賊觸動(dòng)報(bào)警后，報(bào)警器一直工作，這樣對(duì)盜賊有較大的阻嚇作用。c，此電路是直流電路，防止了交流電停電或賊人切斷外部交流電源。d，此電路聲光同時(shí)報(bào)警，既阻嚇了盜賊，又引起了人們的注意。e，此電路裝放和工作隱蔽，不易為人所知（特別是盜賊）。f，此電路可以在“紅外線發(fā)射管”及“紅外線接收管”兩端并聯(lián)多組“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”，這樣就可以增大防盜范圍。g，警報(bào)電路，由于不警報(bào)時(shí)，電路與電源是斷開的。因而在“警戒”狀態(tài)時(shí)，警報(bào)電路不耗電。h，此電路，在沒有東西遮擋紅外線時(shí)，誤報(bào)現(xiàn)象幾乎不會(huì)出現(xiàn)。（2）缺點(diǎn)a，此電路在設(shè)置紅外線的分布時(shí)比較困難，要借用多種輔助工具，特別是利用鏡面反射原理進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)工程更困難。b，此電路在工作時(shí)，啟動(dòng)電路中的“紅外線發(fā)射管”要長(zhǎng)期處與工作狀態(tài)，這樣電池的消耗就較大。因而供電就成了報(bào)警器的首要問(wèn)題。c，報(bào)警器在工作時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻都在耗電，當(dāng)報(bào)警器電量不足時(shí)，報(bào)警器不能自行提醒主人換電，因而主人需要經(jīng)常留意電池的電量。以免報(bào)警器缺電而不能正常工作。d，報(bào)警器沒有工作狀態(tài)的提示燈，因而主人不能確定報(bào)警器是否在工作，往往要自行測(cè)試報(bào)警器的工作狀態(tài)。（3）改進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想a，在“紅外線發(fā)射管”及“紅外線接收管”兩端并聯(lián)上熱敏感應(yīng)元件之類的，報(bào)警器的用途就可以更廣一些。改裝后，到時(shí)就可以做到既防盜又防火等的報(bào)警器。b，電路中的兩個(gè)開關(guān)如果利小型遙控器來(lái)控制，這樣主人就可以隨時(shí)隨地地按照自己的要求對(duì)報(bào)警器進(jìn)行開啟警戒解警狀態(tài)的設(shè)置。c，利