數(shù)電課程設計聲光報警器

1、聲光報警電路設計第一章 緒論聲光報警器在實際的生活中可以見到許多，運用于生活的許多方面，既有硬件實現(xiàn)的，也有硬件和軟件同時控制執(zhí)行。通過這次的課程任務設計，可以很好的對課本知識運用于實踐，同時也可以激發(fā)學生學習于專業(yè)相關的一些知識，從而擴大自己知識面的廣度。聲光報警電路可作為防盜裝置，在有情況時它通過指示燈閃光和蜂鳴器鳴叫，同時報警。要求指示燈閃光頻率為12Hz，蜂鳴器發(fā)出間隙聲響的頻率約為1000Hz，指示燈采用發(fā)光二極管。電路由兩個555多諧振蕩器組成，第一個振蕩器的振蕩頻率為12Hz時，第二個振蕩器的振蕩頻率為1000Hz。將第一個振蕩器的輸出(3腳)接到第二個振蕩器的復位端(4腳)。在

2、輸出高電平時，第二個振蕩器振蕩;輸出低電平時，第二個振蕩器停振。這樣，蜂鳴器將發(fā)出間隙聲響。聲光報警器可用在危險場所，通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號的一種不會引燃易燃易爆性氣體的報警信號裝置。防爆聲光報警器適用于安裝在含有C級T6溫 度組別的爆炸性氣體環(huán)境場所，還可使用于石油、化工等行業(yè)具有防爆要求的1區(qū)及2區(qū)防爆場所，也可以露天、室外使用?？梢院蛧鴥?nèi)外任 何廠家的火災報警控制器配套使用。當生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生事故或火災等緊急情況時，火災報警控制器 送來的控制信號啟動聲光報警電路，發(fā)出聲和光 報警信號，完成報警目的。本產(chǎn)品也可同手動報 警按鈕配合使用,達到簡單的聲,光報警目的。本 產(chǎn)品符合GB3

3、836系列標準的要求（滿足GB3836.12000爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求及GB3836.22000爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備隔爆型“d”標準），經(jīng)國家指定的 檢測機構鑒定并取得了防爆合格證。報警器外殼為全不銹鋼殼體，燈殼抗沖擊能力強，180清晰可視超高亮LED發(fā)光管，配備超強蜂鳴器，具有工作穩(wěn)定，使用壽命長, 功耗低，不受污染物和水的影響等特點。 聲光報警器（Audible and visual alarm）又叫聲光警號， 是為了滿足客戶對報警響度和安裝位置的特殊要求而設置。同時發(fā)出聲、光二種警報信號。產(chǎn)品專用領域：銀行，政府機關，郵政，電信，酒店，大廈，工廠商場 商鋪、別墅、ATM,

4、周界防越系統(tǒng)及保安服務公司等； 是消防火災自動報警系統(tǒng)中的一個配件產(chǎn)品。固了解掌握聲光報警器的工作原理及制作方法對電氣自動化專業(yè)同學來說是非常必要而且實用的。第二章 555定時器聲光報警電路設計2.1 硬件組成閃光燈報警蜂鳴器報警電信號如上圖：聲光報警電路由閃光燈報警和蜂鳴器報警兩部分組成，其中蜂鳴器報警只有在閃光燈報警狀態(tài)下才可發(fā)出一定音調的鳴聲，隨著閃光燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出間隙聲響。2.2 電路原理圖2.3 印刷電路板2.4 555定時器聲光報警電路原理聲光報警電路是一種防盜裝置，在有情況時它通過指示燈閃光和蜂鳴器鳴叫，同時報警。要求指示燈閃光頻率為12Hz，蜂鳴器發(fā)出間隙聲響的頻率約為10

5、00Hz，指示燈采用發(fā)光二極管電路由兩個555多諧振蕩器組成，第一個振蕩器的振蕩頻率為12Hz時，第二個振蕩器的振蕩頻率為1000Hz。將第一個振蕩器的輸出(3腳)接到第二個振蕩器的復位端(4腳)。在輸出高電平時，第二個振蕩器振蕩;輸出低電平時，第二個振蕩器停振。這樣，蜂鳴器將發(fā)出間隙聲響。工作原理對于：通電后: 通過，對進行充電，充電時間為。當電解電容電壓： ；此時，復位無效，工作；當電解電容電壓時：，即輸出保持原狀態(tài)不變，二極管共組，同樣如此；當電解電容電壓時： ，則電容經(jīng)過放點，放電時間。此時復位端，復位有效，則輸出為低電平，蜂鳴器不工作。對于：當時：通過，對進行充電，充電時間為。當電解

6、電容電壓：，蜂鳴器發(fā)出聲響；當電解電容電壓時：保持原狀態(tài)不變，蜂鳴器工作當電解電容電壓時：，通過放點，放電時間。始終在到之間來回充電放點。蜂鳴器就會發(fā)出固定頻率的聲音。2.5 性能指標要求對于而言：二極管閃爍頻率， ， 所以：，對于而言：蜂鳴器音調高低對應不同的頻率， 又 ， 所以： 固在調試過程中，可通過二極管閃爍頻率，蜂鳴器音調高低來判斷待調試報警工作狀態(tài)是否標準。第三章 主要元器件原理及相關計算3.1 材料清單元器件數(shù)量蜂鳴器1發(fā)光二極管1555集成定時器2 10電位器1 2電阻1 20電位器1 2電阻10.0110.011 100電解電容1 0.1電解電容1 4.7電解電容1 10電解

7、電容13.2 555定時器芯片工作原理,功能及應用555定時器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結合的中規(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成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。3.2.1 555定時器工作原理555定時器產(chǎn)品有TTL型和CMOS型兩類。TTL型產(chǎn)品型號的最后三位都是555，CMOS型產(chǎn)品的最后四位都是7555，它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。555定時器的電路如圖3-1所示。它由三個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器和、基本RS觸發(fā)器、放電晶體管T、與非門和反相器組成。 圖3-1 555定時器原理圖分壓器

8、為兩個電壓比較器C1、C2提供參考電壓。如5端懸空，則比較器的參考電壓為，加在同相端；的參考電壓為，加在反相端。是復位輸入端。當時，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導通，輸出端為低電平。正常工作時，。和分別為6端和2端的輸入電壓。當， 時，輸出為低電平，輸出為高電平，即，基本RS觸發(fā)器被置0，晶體管T導通，輸出端為低電平。當，時，輸出為高電平，輸出為低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，晶體管T截止，輸出端為高電平。當，時，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜上所述，可得555定時器功能如表3-2所示。表3-2 555定時器功能表3.2.2 555定時器的應用1單穩(wěn)態(tài)電路前面介紹的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

9、器具有兩個穩(wěn)態(tài)的輸出狀態(tài)和，且兩個狀態(tài)始終相反。而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖整形電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的構成形式很多。圖3-3(a)所示為用555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，R、C為外接元件，觸發(fā)脈沖u1由2端輸入。5端不用時一般通過0.01uF電容接地，以防干擾。下面對照圖3-3(b)進行分析。（a）電路圖 (b) 波形圖 圖3-3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1) 穩(wěn)態(tài)接通電源后，經(jīng)R給電容C充電，當上升到大于時，基本RS觸發(fā)器復位，輸出

10、。同時，晶體管T導通，使電容C放電。此后，若不加觸發(fā)信號，即，則保持0狀態(tài)。電路將一直處于這一穩(wěn)定狀態(tài)。(2) 暫穩(wěn)態(tài)在瞬間，2端輸入一個負脈沖，即，基本RS觸發(fā)器置1，輸出為高電平，并使晶體管T截止，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。此后，電源又經(jīng)R向C充電，充電時間常數(shù)，電容的電壓按指數(shù)規(guī)律上升。在時刻，觸發(fā)負脈沖消失()，若，則，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)，仍為高電平。在時刻，當上升略高于時，基本RS觸發(fā)器復位，輸出，回到初始穩(wěn)態(tài)。同時，晶體管T導通，電容C通過T迅速放電直至為0。這時，電路為下次翻轉做好了準備。輸出脈沖寬度為暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，即電容C的電壓從0充至所需的時間。由得 (3-5)由上式可知：

11、改變R、C的值，可改變輸出脈沖寬度，從而可以用于定時控制。 在R、C的值一定時，輸出脈沖的幅度和寬度是一定的，利用這一特性可對邊沿不陡、幅度不齊的波形進行整形。2多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。圖3-4所示是由555定時器構成的多諧振蕩器。、和C是外接元件。剛接通電源時，。當升至后，比較器輸出低電平()，基本RS觸發(fā)器置0，定時器輸出由1變?yōu)?。同時，三極管T導通，電容通過放電，下降。在期間，保持低電平狀態(tài)。在下降

12、至以后，比較器輸出低電平()，使觸發(fā)器置1，輸出由0變?yōu)?。同時三極管T截止，于是電容C再次被充電。如此不斷重復上述過程，多諧振蕩器的輸出端就可得到一串矩形波。工作波形如圖3-4(b)所示。 (a)電路圖 (b) 波形圖 圖3-4 多諧振蕩器振蕩周期等于兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。第一個暫穩(wěn)態(tài)時間tp1為電容C的電壓uc從充電至所需時間 (3-6) 第二個暫穩(wěn)態(tài)時間tp2為電容C的電壓從放電至所需時間 （3-7）3.3 蜂鳴器3.3.1 蜂鳴器的介紹1蜂鳴器的作用 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等

13、電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。2蜂鳴器的分類 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。3蜂鳴器的電路圖形符號 蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。3.3.2 蜂鳴器的結構原理1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理

14、后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。2電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。3.4 發(fā)光二極管3.4.1 發(fā)光二極管發(fā)光原理50年前人們已經(jīng)了解半導體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫， 發(fā)光二極管它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 發(fā)光二

15、極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。3.4.2 發(fā)光二極管物理特性式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線

16、中較長的一根為正極，應按電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。 發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數(shù)碼管，每個數(shù)碼管可顯示09十個數(shù)目字。第四章 焊接與調試4.1 焊接一、焊接的好壞標準1.焊接質量標準 (1)焊點表面：光滑，色

17、澤柔和，沒有砂眼，氣孔、毛剌等缺陷(2)焊料輪廓：印制電路板焊盤與引腳間應呈彎月面，潤濕角 1545 (3)焊點間：無橋接、拉絲等短路現(xiàn)象（4)焊料內(nèi)部：金屬沒有疏松現(xiàn)象，焊料與焊件接觸界面上形成310的金屬間化合物 良好焊點的形貌（5）表面安裝良好焊點的特殊要求2. 不良焊接現(xiàn)象的判別4.2 調試調試的方法：1. 將待調試電板按正負極接好，要求使用+5V直流電源，負極接地；2. 接通電源開關，觀察二極管是否正常工作，蜂鳴器是否正常工作。若不正常，檢查練練，正負極是否接反，連接是否良好等；3. 旋轉，觀察二極管閃爍頻率是否有變，若無變化，檢查是否損壞，是否連接良好；4. 保持不變，旋轉，觀察蜂

18、鳴器音調是否高低變化，若無變化，檢查是否損壞，連接是否良好；5. 將輸出端引出，接到示波器，觀察輸出波形，并記錄；6. 調試結束，關閉電源。第五章 結論5.1 完成接線的電板圖片原件面焊接面5.2 輸出波形輸出波形：輸出波形：第六章 心得體會通過本次試驗，我了解了聲光報警系統(tǒng)的制作方法，加深了自己對555定時器的理解，為以后更多的應用555定時器打下了堅實的基礎。本次課程設計試驗內(nèi)容雖然簡單，但其過程對我們的鍛煉是多方面的。第一，它鍛煉了我們的信息搜集與處理能力，在電板制作過稱各種，其中有的原件我們并不熟悉，但是借助于相關書籍與網(wǎng)絡等途徑，我們搜集到了了大量有關這些原件的資料，并整合了有關這些

19、原件的原理、性能指標、應用范圍的信息；第二，它鍛煉了我們的思維與創(chuàng)新能力：我們在電板制作過程中涌現(xiàn)了許多新奇的想法，比如是否可將次聲光報警系統(tǒng)改裝成厭惡報警系統(tǒng)，或者假裝上其他芯片組構成定時鬧鈴系統(tǒng)作為學校的鈴聲等；第三，它為我們以后更深一步的學習打下了堅實的基礎，也為我們畢業(yè)論文的設計打下了基礎。作為一名自動化專業(yè)的學生，我覺得做此類課程設計是十分有意義，而且是十分必要的，在已度過的大學時間里，我們接觸的時專業(yè)課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)課的理論知識，如何去鍛煉我們的時間能力？如何把我們所學的專業(yè)基礎課理論只是運用到實踐中去呢？我們做類似的課程十幾就是為我們提供了良好的實踐平臺。在昨晚本次課程設計的過程中，