無線報警器設(shè)計

1、目錄一設(shè)計指標(biāo)及要求. 2二設(shè)計方案原理框圖. 2三主要單元設(shè)計分析與選取. 2四電路原理圖. 6五元器件清單. 6 2 一設(shè)計指標(biāo)及要求1. 設(shè)計并制作一個依靠振動或聲音觸發(fā)的無線報警器2. 實現(xiàn)傳輸裝置和接收裝置間的傳輸距離為100m ，工作頻率自定3. 調(diào)制方式： am ，fm ，fsk任選一種4. 報警器聲音報警時，顯示報警點位置代號5. 運用仿真軟件對部分電路進(jìn)行仿真6. 盡量增加信號抗干擾措施，提高靈敏度，降低電源功耗二設(shè)計方案原理框圖電子報警器已廣泛適用于各個行業(yè)，無線報警器的電路框圖，如1 所示。按工作原理分，可分單點式報警電路和多點式報警電路。 本設(shè)計要求采用多點式報警電路，

2、傳感器的數(shù)量可視報警控制點而定，它被設(shè)置在需要檢測的位置，傳感器檢測出的電信號可以用電纜傳輸，也可以用無線電波遠(yuǎn)距離傳送（本實驗的要求）。檢測到的信號送到信號處理中心進(jìn)行加工和處理，一般處理時均采用數(shù)字電路和微電腦進(jìn)行。處理后輸出的信號包括測試點的位置信號和控制信號兩大類，前者通過顯示電路顯示出位置的代碼，后者則用于對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制或聲光報警。報警電路中常用的執(zhí)行元件有壓電蜂鳴器、揚聲器、繼電器、集成模塊、led二極管等等。三主要單元設(shè)計分析與選取 方案一 （一）編碼電路：利用一雙音頻電路（cic9187）來產(chǎn)生雙音多頻信號，晶振3.5795mhz為其內(nèi)部振蕩器的時基，以保證輸出頻率的準(zhǔn)確性3

3、.5795mhz 的標(biāo)準(zhǔn)頻率濾波放大電路編碼調(diào)制功放放大解調(diào)解碼執(zhí)行電路被控對象傳感器圖 1 無線報警器電路框圖3 經(jīng)分頻后以數(shù)字方式形成8 中正弦波，分為高頻組和低頻組，分別與鍵盤上的列和行對應(yīng)。例如，當(dāng)按下5 鍵時，輸入線 r2和列輸入線c2被按鍵連通， 從 out 端送出一個雙頻信號，經(jīng)解調(diào)、 功放電路后即可向外輻射。在系統(tǒng)中，可以使用1-3 個按鍵，通過傳感器與之相連，若要檢測的傳感器對象有所增加，只需在接受部分增加相關(guān)器件，圖2 中，左側(cè)電容為100u，r1=47k 。圖 2 編碼電路（二）調(diào)制、功效電路（發(fā)射電路）：采用達(dá)華電子廠生產(chǎn)的twh630, 他是一片內(nèi)藏式的天線長波無線電

4、發(fā)射電路，包括脈沖調(diào)制、整形放大、發(fā)射等幾個部分電路。其原理圖和電路接法如圖2 所示。本發(fā)射頭只有電源正負(fù)供電端以及信號輸入端，與其他的電路配接十分方便主要參數(shù)是：工作電壓 12v ；工作電流4ma （未加調(diào)制信號） ；射頻輸出 10mw ；調(diào)制電壓 5v。當(dāng)其in端接入從編碼電路輸出的編碼信號，編碼信號即在其內(nèi)部進(jìn)行脈沖調(diào)制、整形放大、然后向空中發(fā)射。這種調(diào)制、功放電路具有微型化、遠(yuǎn)距離傳輸、無需調(diào)試、耗電少、抗干擾能力強等特點。圖 3 發(fā)射電路（三）放大、解調(diào)電路（接收電路）：采用與發(fā)射電路twh630 配對使用的接收電路twh632 。twh632 是一片外露天線式無線電長波接收電路，它

5、包括接收回路、脈沖解調(diào)、整形幾部分組成。其引腳功能及其原理圖如圖3 所示，其主要參數(shù)為：工作電壓 6v；守候電流 1ma。out 為解調(diào)信號輸出端，tp為空閑端。 從 twh630 發(fā)射出的無線電調(diào)制信號有twh632 的外露天線接收下來，經(jīng)內(nèi)部脈沖解調(diào)、整形后從out端輸出，此時輸出的脈沖信號為以還原的脈沖編碼信號，其波形從編碼電路輸出地波形一模一樣，可直接加到解碼電路進(jìn)行解碼。（四）解碼電路用 dtmf 譯碼電路mt8870和 4-16 譯碼器 cd4514以及一些分立元件，如圖5 所示，從解調(diào)放大電路輸出的已還原的脈沖編碼信號，加在譯碼電路mt8870的 in 端，經(jīng)其內(nèi)部譯碼后在d1-

6、d4端輸出四位二進(jìn)制數(shù)，并在譯碼結(jié)束的同時，由stb端輸出一個正脈沖，作為后綴電路鎖存的脈沖。cd4514為 4-16 譯碼器，在本系統(tǒng)中只使用它的部分輸出端， inh 為其輸出緩沖端，stb為允許譯碼鎖存端。當(dāng)inh=“1”時，保持先前的譯碼結(jié)果；當(dāng)inh=“0” ，stb=調(diào)制整形放大發(fā)射in 天線out 接收解調(diào)放大整形圖 4 接收電路4 “1”時，啟動芯片開始譯碼。三極管t1，電阻 r5、 r6和電容 c3正是為了滿足這一條件而搭成的電子開關(guān)。（五）執(zhí)行電路執(zhí)行電路分別由若干片雙d觸發(fā)器 cd4013組成，它們均接成雙穩(wěn)態(tài)形式，每當(dāng)clk端輸入一個上升沿，輸出端q的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次。由于

7、它們的輸入端與cd4514的輸出端分別連接在一起，所以它們能將cd4514輸出端的高電平脈沖信號（每次只有一路輸出為高電平）轉(zhuǎn)換成on或 off狀態(tài)，從而控制若干個喇叭，為確保開機(jī)時個輸出端均處于復(fù)位狀態(tài)，cd4013的復(fù)位端r均接到 c5、r7的支路上，由cd4013直接驅(qū)動喇叭和指示燈。如圖5 所示。圖 5 解碼電路和執(zhí)行電路方案二 （一）傳感器根據(jù)題目要求，本電路選用壓電式傳感器，將振動波轉(zhuǎn)換成電信號，其工作原理是以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。某些物理在機(jī)械力作用下發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而在其上下表面產(chǎn)生符號相反的電荷，去掉外力時電荷立即消失，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)如石英

8、晶體、多晶體壓電陶瓷材料等。壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)是在兩塊表面鍍銀的壓電片間加一片金屬薄片，并引出輸出信號的引線，當(dāng)有振動、 沖擊時，壓電元件的應(yīng)力變化，從而輸出與振動、沖擊成正比例的電信號，電信號的頻率一般在幾千赫茲以上。本設(shè)計選用的xdz-01 型傳感器是一種厚度只有2mm的片狀高靈敏度振動模塊，可作為振動報警器的微型傳感頭用于門窗及其他場合的報警防盜，也可用于其他電路的控制。其主要參數(shù)為：工作電壓 dc2.4-6v(極限 9v，典型應(yīng) 3v)；靜態(tài)電流小于等于50ua(模塊端電壓小于3v 時) ；輸出電流小于等于0.5ma(模塊端電壓為3v 時)；輸出幅度接近電源電壓（模塊端電壓）；輸出方式

9、高電平（靜態(tài)為低電平）；輸出時間高電平大于10s（環(huán)境溫度大于50 攝氏度輸出小于10s）（二）放大電路1放大電路：放大電路由集成運算放大器lm324組成。2放大電路的設(shè)計振動信號的轉(zhuǎn)換及其放大電路，如圖6 所示，本電路第一級采用放大采用反向方大，放大倍數(shù)約為10 倍，第二級采用同向放大，放大倍數(shù)為11-21 可調(diào)，兩級放大倍數(shù)在110-210 之間。圖中， c1、r1 、c2、r4 組成高通濾波器， 用以排除直流部分，低頻干擾及溫度漂移的影響。根據(jù)傳感器的特性，產(chǎn)生電信號在幾千赫茲以上，選取截止頻率為50hz，即有 f=1/2*pi*r1*c1。設(shè) av=vr1/vs, 若取電阻r1=10k

10、 ., 則 c1=3.18uf ，考慮到外界5 元件對運放輸入阻抗的影響，取c1=10uf/16v 。同理可取r4=10.,c2=10uf/16v （三）檢測電路檢測電路采用電壓比較器，而且是遲滯比較器具有兩個門限電壓，通過電路引進(jìn)正反饋獲得， 輸出電壓發(fā)生跳變的臨界條件是vn=vp 。遲滯比較器的回差電壓v=r1(vh-vl)/（r1+r2 ）, vh為高電壓值， vl 低電壓值?？梢钥闯觯ㄟ^改變r1即可改變回差電壓的大小，即可以改變檢測電路的靈敏度。如圖7 所示（四）脈沖編碼和解碼電路1編碼電路pt2262 圖 7 檢測電路pt2262/2272 是 cmos 型大規(guī)模編碼/解碼專用集成

11、電路。其中pt2262 為 8 位編碼器，它采用不同寬度的脈沖組合代表不同的指令，以串行的形式輸出。它的引腳如在元件清單中所示，a0-a7：加密地址編碼輸入，每端可編為“ 1” 、 “0”和“開路”三種狀態(tài)。d0-d3：既可以做加密地址輸入端也可以做控制數(shù)據(jù)編碼輸出端，當(dāng)為控制數(shù)據(jù)碼輸入時，只可接“1” 、 “ 0”兩種狀態(tài)。te(非) ：編碼脈沖發(fā)送啟動端，低電平有效；dout ：編碼脈沖發(fā)送端，當(dāng)te(非) 為低電平時， dout 端輸出加密地址及數(shù)據(jù)編碼的串行脈沖，該脈沖是以不同的脈沖寬度及組合表征不同的編碼。r(非) 、r：外接振蕩電阻端，它們外接一只電阻r 即可與內(nèi)部電路構(gòu)成時鐘振蕩

12、器，向整個編碼器提供時鐘脈沖，振蕩頻率為fo=1.6*106/r hz, 其中 r的取值范圍為幾十到幾百k。2解碼器pt2272解碼器 pt2272 是與 pt2262 配對使用的，引腳圖見元器件清單。a0-a7：加密地址編碼輸入，要與pt2262 設(shè)置地址一致。 d0-d3：控制數(shù)據(jù)編碼輸出端，為鎖存輸出。vt譯碼指示端，譯碼有效時，由低電平邊為高電平。r(非)、r：外接振蕩電阻端，要求與pt2262的外接電阻相同。di：編碼脈沖輸入端，待解碼信號由di輸入。pt2272與 pt2262工作電壓為2v-6v, 靜態(tài)電流為1ma-10ma 。（五）單穩(wěn)電路采用 cd4013b雙 d觸發(fā)器構(gòu)成單

13、穩(wěn)電路，實現(xiàn)譯碼有效時輸出信號的鎖存，其引腳圖見元器件清單。（六）射頻電路、接收模塊f05b、 j04e 1射頻發(fā)射模塊f05b（主要參數(shù)）工作電壓： 3-12v； 發(fā)射電流： 2-10ma；發(fā)射功率： 10mw ；發(fā)射頻率315-433m；工作溫度： -40 到 +60oc；頻率穩(wěn)定度： 10-5；調(diào)制方式： am ；頻差：正負(fù)150k；傳輸速率： 10kbps。 12v為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約為5-8ma。高電平脈沖寬度在0.08-1ms 時發(fā)射效果較好，大于1ms后效率開始下降；當(dāng)?shù)碗娖絽^(qū)大于10ms，接收到的數(shù)據(jù)第一位極易被干擾而引起不解碼。f05天線長度可從0-

14、250 選用，也可無天線發(fā)射，但發(fā)射效率下降，f05 應(yīng)垂直安裝在印版邊部，應(yīng)離開周圍器件5mm 以上，以免受分布參數(shù)影響而停振，它的發(fā)射距離與調(diào)制信號頻率幅度、發(fā)射電壓、及電池容量、發(fā)射天線、接收機(jī)靈敏度及收發(fā)環(huán)境有關(guān)。其應(yīng)用電路如8 所示2射頻接收模塊j04e（主要參數(shù)）工作電壓： 3v；工作電流： 0.2ma；接收頻率： 315m,433m ；6 靈敏度： 5uv；輸出：高低電平數(shù)據(jù)；帶寬：正負(fù)1.5mhz j04e無信號時輸出為零電平狀態(tài)可適合與單片機(jī)輸入端接口，無需外接天線， 接收靈敏度高即使強烈振動也不用擔(dān)心頻點偏移，且具有較寬的接受帶寬，出廠時已調(diào)在315m ，它具有極低的功耗，可長期處于手機(jī)狀態(tài)。它的應(yīng)用電路如圖9 所示。圖 8 射頻發(fā)射電路圖 9 射頻接收電路四電路原理圖本次設(shè)計采用以上設(shè)計方案中的第二個方案，把電路分為發(fā)射電路（圖6）和接收電路（圖10） 。發(fā)射部分包括傳感器、放大電路、檢測電路、脈沖編碼、無線發(fā)射電路。接收部分包括rf 接收模塊。脈沖解碼電路、單穩(wěn)電路、振蕩器及譯碼顯示電路。在發(fā)射端，壓電式傳感器將振動波，該電信號放大電路放大后進(jìn)入檢測電路