觸摸式防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目：觸摸式防盜報(bào)警器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的觸摸式防盜報(bào)警器，以起到觸摸防盜報(bào)警的功能。2）該防盜報(bào)警器，適用于倉(cāng)庫(kù)、住宅等地的防盜報(bào)警。3) 防盜路數(shù)可根據(jù)需要任意設(shè)定。4) 一旦小偷觸摸報(bào)警器，該報(bào)警器通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響。二、電路原理分析與方案設(shè)計(jì)1.1總體方案設(shè)計(jì)題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)觸摸式防盜報(bào)警系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)可以劃分為幾個(gè)模塊。首先為電源模塊，考慮到我所使用的芯片電壓為4.5伏，所以可采用先通過(guò)橋堆整流，然后濾波，選用比較常用的電源穩(wěn)壓芯片7805便可以得到實(shí)驗(yàn)所需要的4.5v電壓。其次為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊，用來(lái)控制輸出的電壓，以驅(qū)動(dòng)報(bào)警集成電路。最后為三聲模擬聲報(bào)警集成

2、電路，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲?？僧a(chǎn)生三種不同的模擬報(bào)警聲響，是制作各種報(bào)警器的良好聲源。模塊框圖如圖2.1所示。圖2.11.2.1電路原理：觸摸式防盜報(bào)警器的電路見(jiàn)圖2-1。A1中與非門(mén)I和組成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，A2與R2、B組成了模擬音響發(fā)生器。平時(shí)，與非門(mén)輸出高電平，經(jīng)與非門(mén)接成的反相器后變?yōu)榈碗娖剑訟2無(wú)電不工作，整機(jī)靜態(tài)電流僅幾個(gè)A。當(dāng)人體碰到觸摸電極M時(shí)，人體從周?chē)臻g感應(yīng)到的雜波信號(hào)經(jīng)VD整流在與非門(mén)I的一個(gè)輸入端a獲得負(fù)脈沖信號(hào)，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫態(tài)，與非門(mén)的輸出端突變?yōu)榈碗娖?，?jīng)與非門(mén)皿反相后輸出高電平，使A2得電工作，B即發(fā)出“伍一嗚一”警報(bào)聲。當(dāng)暫態(tài)時(shí)間一過(guò)，單穩(wěn)態(tài)電路

3、恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，A2就停止工作，警報(bào)聲消失。本電路的暫態(tài)時(shí)間由RICI時(shí)間常數(shù)決定，約20s左右。即每觸摸一次M，B發(fā)警報(bào)聲20s左右；再次觸碰，再次發(fā)聲。如要延長(zhǎng)暫態(tài)（報(bào)警）時(shí)間，可加大R1或C1；反之應(yīng)減小R1或C1數(shù)值。1.2.2觸摸式防盜報(bào)警器電路原理圖如下圖2.2 觸摸式防盜報(bào)警器電路原理圖1.2.3電路說(shuō)明此觸摸報(bào)警器，具有電路簡(jiǎn)單、制作容易，性能穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)。1.2.4總體方案分析：本設(shè)計(jì)利用與非門(mén)和KD9561四聲模擬聲電路設(shè)計(jì)并制作觸摸式防盜報(bào)警裝置。 本設(shè)計(jì)將研究組成觸摸式報(bào)警器的整個(gè)電路的性質(zhì)和基本概況，學(xué)習(xí)單元電路的在整體電路中的作用及其基本原理。對(duì)此次設(shè)計(jì)做出概括分析，

4、并進(jìn)行改進(jìn)處理，利用電路圖繪制軟件，重新繪制電路圖，設(shè)計(jì)出PCB電路板，并通過(guò)書(shū)籍教材及網(wǎng)絡(luò)信息查找相關(guān)資料。根據(jù)觸摸式防盜報(bào)警器電路的工作原理，以及其組成部分和各部分單元電路的工作原理。單元電路包括電源電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、音響輸出電路。對(duì)該報(bào)警器使用的元器件的內(nèi)部構(gòu)造和使用進(jìn)行了分析。對(duì)各元器件在電路中的作用進(jìn)行分析研究。同時(shí)在各個(gè)單元學(xué)習(xí)之后，進(jìn)行了電路的繪制，本設(shè)計(jì)使用了Protel 99SE軟件設(shè)計(jì)電路板，進(jìn)行PCB板的結(jié)構(gòu)布局，元器件安置和正確布線。通過(guò)此次設(shè)計(jì)制作，了解觸摸式防盜報(bào)警器的制作過(guò)程。1.3 各模塊方案選擇與論證（1）電源電路的方案論證與選擇電源模塊主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各模

5、塊供電的功能.對(duì)于電源模塊的選擇有以下三種方案:方案一:采用1.5V常用電池串接而成.這種方法簡(jiǎn)單易懂,但是精確度不夠,穩(wěn)定度也不高,當(dāng)電池里面的電用光之后,便不在具有供電功能.方案二:采用直接購(gòu)買(mǎi)電源的方法.在市場(chǎng)上可以直接買(mǎi)到相應(yīng)的電源,但是考慮到經(jīng)濟(jì)上的原因,顯然這并不合適.方案三:采用自制整流電路.這種方法簡(jiǎn)單可行,可以得到精確的電壓值,而且穩(wěn)定度高,可以長(zhǎng)期使用.正好可以讓自己所學(xué)的知識(shí)在實(shí)踐中得到很好的運(yùn)用.其方框圖如圖2.3所示:圖2.3方案選擇：根據(jù)以上論述,考慮到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等方面因素,在本設(shè)計(jì)中選擇方案三，并熟悉變壓器與整流電源的知識(shí)及原理。（2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的方案論證與選

6、擇方案一:由555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊(如圖2.4)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作時(shí)，若未加輸入負(fù)脈沖，即Vi保持高電平，則單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出Vo一定是低電平。方案二:由兩個(gè)與非門(mén)或者或非門(mén)組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊(如圖2.5)，這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路中廣泛地用于對(duì)脈沖信號(hào)的延時(shí)、展寬和整形等。圖2.4 由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖2.5 或非門(mén)組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器方案選擇：鑒于報(bào)警器對(duì)單穩(wěn)觸發(fā)器的要求，以及市場(chǎng)上所賣(mài)的芯片，決定選擇方案二中的由兩與非門(mén)組成的單穩(wěn)觸發(fā)模塊，即用一塊CD4011芯片即可。（3）三聲模擬報(bào)警專(zhuān)用集成電路的方案論證與選擇方案一：用555芯片組成多諧振蕩器（如圖2.6）來(lái)驅(qū)動(dòng)報(bào)警

7、器發(fā)聲。方案二：直接用四音響模擬集成電路KD-9561（如圖2.8）作為驅(qū)動(dòng)升壓電路。 方案三：采用LC179型三模擬聲報(bào)警專(zhuān)用集成電路（如圖2.9），它采用雙列8腳直插塑料硬封裝，電路可靠性好；內(nèi)部集成了功率放大器，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲；可產(chǎn)生三種不同的模擬報(bào)警聲響，是制作各種報(bào)警器的良好聲源。圖2.6 555構(gòu)成多諧振蕩器圖2.7 多諧振蕩器的波形圖圖2.8 LC179型三模擬聲報(bào)警專(zhuān)用集成電路 圖2.9 kD9561原理圖方案選擇：鑒于報(bào)警器的實(shí)際需求和物件的市場(chǎng)供應(yīng)，通過(guò)比較，KD-9561用起來(lái)方便實(shí)用，因此用它來(lái)作為報(bào)警器的電壓驅(qū)動(dòng)模塊。（4）發(fā)聲電路的方案論證與選擇方案選擇：發(fā)聲

8、模塊在本實(shí)驗(yàn)中是用來(lái)接受信號(hào)發(fā)出報(bào)警聲音即可，故用一個(gè)揚(yáng)聲器作為發(fā)生器模塊。1.2.3 系統(tǒng)組成系統(tǒng)的基本框圖如圖2.10所示.三、單元電路分析與設(shè)計(jì)1.1 電源部分電路的設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)220v電源進(jìn)行整流濾波，再由7805進(jìn)行穩(wěn)壓，就可以達(dá)到所需的電壓，穩(wěn)定性能夠達(dá)到要求。1）7805典型連接電路如下（ 圖3.1.1 ），塑封硅整流橋堆圖如下（圖3.1.2）圖3.1.1 7805典型連接電路 圖3.1.2 塑封硅整流橋堆2）塑封硅整流橋堆極限值和溫度特性圖如下：圖3.1.3 塑封硅整流橋堆極限值和溫度特性3）電源電路圖如下：圖3.1.4 電源電路圖1.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)部分電路設(shè)計(jì)采用CD4011的

9、兩個(gè)與非門(mén)組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊。用門(mén)電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它的主要原理是利用門(mén)電路輸入端的閾值電平和加入門(mén)電路中的RC元件的充放電作用。用與非門(mén)或者邏輯門(mén)都可以組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。2.在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。3.由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時(shí)間又回到原來(lái)的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時(shí)間取決于RC的參數(shù)值。與非門(mén)組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖如下：圖3.1.5 與非門(mén)組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4001簡(jiǎn)介：功能：4二輸入或非門(mén)電源電壓范圍：3V15V功耗：700mW（普通封裝）；500mW（小外形

10、封裝）工作溫度范圍：CD4001BM -55+125CD4001BC -40+851.3 聲音模擬報(bào)警專(zhuān)用集成電路部分設(shè)計(jì)采用四音響模擬集成電路KD-9561，使用時(shí)vDD腳和SEL2腳分別和SEL1腳或互相短接即可發(fā)出不同聲音。（如圖3.1.7）表3.1.7 KD-9561引腳的接法 KD-9561性能參數(shù)：三極管一般選側(cè)8505或者9013.帶O字母的引腳有三個(gè)。其中兩個(gè)是晶振頻率外接振蕩電阻的6、7腳（OSC）,還有一個(gè)是OUT腳(3腳)，就是三極管集電極管腳信號(hào)放大輸出腳。2.仿真分析2.1 電源電路仿真(1) 設(shè)計(jì)中電源的設(shè)計(jì)只是為了給運(yùn)放提高相應(yīng)的工作電壓,以保證運(yùn)放的正常工作,在

11、這里我們采用整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn).以輸出12V電壓為例，具體電路如下圖3.2.8圖3.2.8 1例2V輸出電源電路(2) 電源電路仿真如圖3.2.9所示在Multision7環(huán)境下設(shè)計(jì)的4.5v電源電路仿真電路圖。圖3.2.9）輸出4.5V的電源電路仿真圖仿真開(kāi)始后電壓表的讀數(shù)如圖3.3.0所示。 從圖中可以看出，電壓已經(jīng)很穩(wěn)定，沒(méi)有起伏變化。輸出電壓分別為4.5V和-4.5V達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。圖3.3.0 仿真后電壓表讀數(shù)經(jīng)過(guò)使用仿真軟件multisim對(duì)電源進(jìn)行仿真，經(jīng)過(guò)仿真后認(rèn)為此電路可以實(shí)現(xiàn)我所要求的電壓及穩(wěn)定度。2.2 單穩(wěn)態(tài)電路仿真使用multisim對(duì)單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行仿真，但是仿真元件庫(kù)

12、中沒(méi)有本設(shè)計(jì)中用到的一些芯片，所以只能對(duì)一些單元電路進(jìn)行仿真。在仿真中，用函數(shù)發(fā)生器發(fā)出矩形波來(lái)模擬按鍵，然后看是否單穩(wěn)態(tài)的輸出隨輸入的變化而進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。單穩(wěn)態(tài)仿真電路原理圖如下:圖3.3.1 雙穩(wěn)態(tài)仿真電路圖3.3.2 示波器仿真結(jié)果（輸入信號(hào)）圖3.3.3示波器仿真結(jié)果（輸出信號(hào)）2.3）總電路圖的仿真及其分析由于Maltisim中沒(méi)有找到KD-9561及能被替代的芯片，所以仿真其接入端的輸出信號(hào)，并根據(jù)KD-9561的工作原理分析出總的輸出信號(hào)。仿真電路中，彈簧片用頻率為5Hz,電壓為5V的矩形方波信號(hào)代替。 分析原理圖如下：圖3.3.4 總電路圖的仿真開(kāi)關(guān)J2斷開(kāi)時(shí)的輸出波形及電壓值如下

13、圖：圖3.3.5 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)輸出電壓值圖3.3.6斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)輸出波形圖3.3.7閉合開(kāi)關(guān)時(shí)某瞬時(shí)電壓值圖3.3.8 閉合開(kāi)關(guān)時(shí)的輸出波形有以上仿真結(jié)果可知，加入方波信號(hào)，閉合開(kāi)關(guān)J1、J2后，輸出端就有信號(hào)輸出并進(jìn)入KD-9561，在該信號(hào)作用下，觸摸報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警。四、總原理圖及元器件清單1.1）總原理圖如下圖4.1.1）觸摸防盜報(bào)警器總原理圖1.2)利用protell 99se制圖如下：圖4.2.1 PCB電路圖2）元件清單五、安裝與調(diào)試將個(gè)元件按照總原理圖組裝起來(lái)，并接入所設(shè)計(jì)的4.5V電源。組裝好后，用手觸摸彈簧片，測(cè)試?yán)仁欠裼新曇舴懦觯⑦m當(dāng)?shù)恼{(diào)試電阻R2的阻值，以改變發(fā)聲音調(diào)。六

14、、性能測(cè)試與分析根據(jù)如上的總電路仿真結(jié)果進(jìn)行分析可得：1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它提供了數(shù)秒的延時(shí)時(shí)間，用于定時(shí)精度要求不高的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)中延時(shí)主要決定于電容C。延時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。C的最大容量可達(dá)幾百微法，延時(shí)可達(dá)數(shù)秒。延時(shí)結(jié)束后還需要等待一段時(shí)間(稱(chēng)恢復(fù)時(shí)間)，就是要等待電容C兩端電壓不再變化時(shí)，方能進(jìn)行第二次觸發(fā)，否則，不是電路不能觸發(fā)，便是所得的延時(shí)不穩(wěn)定。等待第二次觸發(fā)所需的時(shí)間決定于RC。2.KD-9561有四種報(bào)警聲音方式，內(nèi)部集成了功率放大器，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，是制作各種報(bào)警器的良好聲源，并通過(guò)增減所接電阻器的阻值可改變發(fā)聲音調(diào)。七、結(jié)論與心得課程設(shè)計(jì)，是以學(xué)生自己動(dòng)手動(dòng)腦，并親手設(shè)計(jì)

15、、制作、組裝與調(diào)試為特色的。它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識(shí)和創(chuàng)新啟蒙有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時(shí)代的大學(xué)生，僅會(huì)書(shū)本理論是不夠的，基本的動(dòng)手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。通過(guò)本次實(shí)習(xí)，將書(shū)本上學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，學(xué)會(huì)了一些電子電路仿真設(shè)計(jì)能力, 熟悉了有關(guān)軟件protell、multisim的使用，能夠熟練使用普通萬(wàn)用表和示波器；.熟悉常用電子器件的類(lèi)別、型號(hào)、規(guī)格、性能及其使用范圍，能查找資料，查閱有關(guān)的電子器件圖書(shū)等；另外在這次實(shí)驗(yàn)中我們遇到了不少的問(wèn)題，最終一一解決了遇到的問(wèn)題。在我們遇到不懂的問(wèn)題時(shí)，利用網(wǎng)上和圖書(shū)館的資源，搜索查找得到需要的信息，并且，和隊(duì)友之間相互討論，明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。這次的制作還讓我們感受到，我們?cè)陔娮臃矫鎸W(xué)到的只是很小的一部分知識(shí)，我們需要更多的時(shí)間來(lái)自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，在解決這些問(wèn)題的過(guò)程無(wú)疑也是對(duì)自己自身專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的一種提高