簡易的敲擊防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、湖 南 科 技 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 傳感器/測控電路課程設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 劉崢嶸 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)及班級： 09級測控三班 學(xué) 號： 0903030318 指導(dǎo)教師：2012年6月13日 余以道、楊書儀湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)摘要本課題實(shí)驗(yàn)主要采用聲傳感器駐極體話筒和測控電路來制作一個(gè)簡易的敲擊防盜報(bào)警器。由此做成的敲擊防盜報(bào)警器具有結(jié)構(gòu)簡單、小巧靈便、成本低廉的特點(diǎn)。該報(bào)警器主要由三部分組成，傳感器、信號處理電路、報(bào)警電路。傳感器是采用聲振動傳感器駐極體話筒，當(dāng)外界有聲音或敲擊時(shí)，其會輸出一個(gè)大約0.6V的交變電壓電壓；信號處理電路利用了LM386放大電路

2、放大電壓信號，并交予用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處理；報(bào)警電路是采用了蜂鳴器來進(jìn)行報(bào)警。全過程就是當(dāng)聲振動傳感器接受到敲擊聲音振動信號后，輸出電壓給信號處理電路，然后控制蜂鳴器發(fā)出聲音，起到報(bào)警的作用。i湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)目 錄第一章 敲擊防盜報(bào)警器的功能要求說明及設(shè)計(jì)方案介紹1.1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)························&

3、#183;··················11.2 要求說明·····························

4、3;·················11.3 防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)方案······························&#

5、183;······11.3.1 傳感器的選用·······································11.3.2 信號處理電路

6、·······································11.3.3 報(bào)警器的選擇·········

7、;······························21.4 防盜報(bào)警器工作原理·················

8、83;···················2第二章 硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 防盜報(bào)警器各部分功能簡要介紹·························

9、83;·42.1.1 傳感器·············································42.1.2 信號處理

10、電路·······································42.1.3 報(bào)警電路·········

11、;··································62.2 原理圖··············

12、83;··································7第三章 調(diào)試及性能分析3.1 仿真結(jié)果及誤差分析···········&#

13、183;·························83.2 設(shè)計(jì)結(jié)論·······················

14、;························9 參考文獻(xiàn)·························

15、;····························10ii湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)第一章 敲擊防盜報(bào)警器的功能及設(shè)計(jì)方案介紹1.1 課題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)利用聲音傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)敲擊防盜報(bào)警器，當(dāng)有人敲擊時(shí)放出報(bào)警信號。1.2 功能要求報(bào)警器處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)外界有敲擊振動時(shí)，通過信號電路的處理，然后由報(bào)警電路發(fā)出報(bào)

16、警信號。1.3 敲擊防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)方案1.3.1傳感器的選用聲傳感器是一種能將聲波的振動轉(zhuǎn)換為電壓和電流的的聲電轉(zhuǎn)換元件。常用的聲電轉(zhuǎn)換元件有壓電陶瓷片、駐極體話筒等。壓電陶瓷片又稱壓電蜂鳴器，它是根據(jù)某些材料的壓電效應(yīng)而制成的。當(dāng)受到外界機(jī)械壓力或振動作用時(shí)，某些材料會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，產(chǎn)生電壓和電流，其數(shù)值與作用于材料表面的機(jī)械力成正比。把壓電陶瓷片材料制作成圓形薄片并在其表面上燒滲一層薄的銀層作為電極，經(jīng)過直流高壓極化，即成為具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷片。駐極體話筒一般由駐極體與結(jié)型場效應(yīng)管組合而成。駐極體是由進(jìn)行特殊處理的高分子材料組成，這些高分子材料表面具有永久電荷(Q)。駐極體結(jié)構(gòu)有振膜、

17、背極、空隙三部分，這樣在振膜與背極間形成一個(gè)具有定量電荷的電容結(jié)構(gòu)。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進(jìn)行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。當(dāng)信號較強(qiáng)時(shí)，輸出電壓能達(dá)到0.6V。因駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，所以本實(shí)驗(yàn)課題選用駐極體話筒作為聲傳感器。1.3.2信號處理電路本方案采用LM386放大電路和555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)

18、觸發(fā)器。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中；555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制報(bào)警電路的工作，而且它還可以控制報(bào)警電路的工作時(shí)- 1 -湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)間，非常簡便實(shí)用。1.3.3 報(bào)警電路的選擇本方案選用蜂鳴器作為報(bào)警發(fā)聲器，蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。1.4 敲擊防盜報(bào)警器工作原理工作原理：利用駐極體傳聲器來得到敲擊時(shí)的聲音信號，信號經(jīng)LM38

19、6放大器進(jìn)行放大輸入到NE555腳，此時(shí)加在NE555的腳電壓低于Vcc/3，NE555的 腳由低電平跳至高電平，使報(bào)警電路工作。流程圖如下：- 2 -湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)圖1.1 流程圖- 3 -湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 敲擊防盜報(bào)警器各部分功能簡要介紹2.1.1傳感器傳感器選用聲振動駐極體話筒，駐極體膜片受到聲波的沖擊后發(fā)生振動，由振動引起電容器兩端電壓的變化，在它的輸出端就會輸出隨聲波強(qiáng)弱而變化的交變電壓。駐極體話筒結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖2.1 駐極體話筒結(jié)構(gòu)簡圖2.1.2信號處理電路信號處理電路由LM386和NE555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成。（1

20、）LM386LM386是專為低損耗電源所設(shè)計(jì)的功率放大器集成電路。它的內(nèi)建增益為20，透過pin 1 和pin8腳位間電容的搭配，增益最高可達(dá)200。LM386可使用電池為供應(yīng)電源，輸入電壓范圍可由4V12V，無作動時(shí)僅消耗4mA電流，且失真低。其引腳簡圖如下：- 4 -湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)圖2.2 LM386引腳圖LM386的外形和引腳的排列如上圖所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。（2）NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器NE555 （Timer IC）為8腳時(shí)基集成電路，N

21、E555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載，它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。 其引腳圖如下：圖2.3 NE555結(jié)構(gòu)圖Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣

22、須低于1/3 VCC 。Pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。- 5 -湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)Pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/

23、3 VCC以上時(shí)啟動這個(gè)動作。Pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)傳感器接收到信號后，會使NE555的腳的電壓低于Vcc/3，其輸出端腳由低電平跳轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。此后電容C2充電，當(dāng)C2充電至2Vcc/3時(shí)，輸出端腳由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，三極管截止，蜂鳴器停止報(bào)警。此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，電阻RV3是可調(diào)的，則其報(bào)警時(shí)間也為可調(diào)，報(bào)警時(shí)間T=1.1×RV3×C2。如果傳感器一直接收到聲振動信號，則輸出端腳一直處于高電平，報(bào)警器一直工作。2.1.3報(bào)警電路報(bào)警電路由三極管驅(qū)動蜂鳴器組成。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器