《無線報警器設(shè)計》word版

1、目 錄一設(shè)計指標(biāo)及要求3二設(shè)計方案原理框圖3三主要單元設(shè)計分析與選取3四電路原理圖7五元器件清單7一設(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(shí)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，F(xiàn)M，F(xiàn)SK任選一種4.報警器聲音報警時，顯示報警點(diǎn)位置代號5.運(yùn)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(diǎn)式報警電路和多點(diǎn)式報警電

2、路。本設(shè)計要求采用多點(diǎn)式報警電路，傳感器的數(shù)量可視報警控制點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(yáng)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

3、時基，以保證輸出頻率的準(zhǔn)確性3.5795MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(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

4、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(qiáng)等特點(diǎn)。調(diào)制整形放大發(fā)射IN天線圖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

5、，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。圖4 接收電路OUT接收解調(diào)放大整形（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-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

6、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=“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)，

7、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

8、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 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(yùn)算放大器LM324組成

9、。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.,則C1=3.18uf，考慮到外界元件對運(yùn)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

10、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?，通過改變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

11、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PT2

12、262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)成單穩(wěn)電路，實(shí)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、J04E1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+6

13、0OC；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0-250選用，也可無天線發(fā)射，但發(fā)射效率下降，F(xiàn)05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

14、作電壓：3V； 工作電流：0.2mA； 接收頻率：315M,433M； 靈敏度：<5uV；輸出：高低電平數(shù)據(jù)；帶寬：正負(fù)1.5MHZJ04E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(qiáng)烈振動也不用擔(dān)心頻點(diǎn)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