【原創(chuàng)設計】多路防盜報警器設計報告(數(shù)電)

1、課程設計報告多路防盜報警器設計專業(yè)學生姓名班級學號指導教師完成日期2008年10月28日摘 要: 近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有，并且人們手中特別是城市居民的積蓄也十分可觀。因此，越來越多的居民家庭對財產(chǎn)安全問題十分關心。目前，許多家庭使用了較為安全的防盜門，如果再設計和生產(chǎn)一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器用于居民家中，必將在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。此外，一些倉庫的防盜工作也日益嚴峻，僅用人來值守的年代已經(jīng)不復存在，需要一種無人值守全自動的防盜方式。為此，提出“多路防盜報警器”的設計任務。我設計的6路防

2、盜報警器的優(yōu)點在于其實用，價廉和簡單。關鍵詞: 價廉，報警器，防盜目 錄1、設計任務與要求1.1、設計一種防盜報警器，適用于倉庫、等地防盜報警1.2、功能要求1.3、設計本報警器所需的直流穩(wěn)壓電源2、總體方案設計2.1、方案選擇與論證2.2、報警器的原理框圖如圖2-1所示2.3、總體電路圖3、單元電路設計及說明3.1、電源電路設計及說明3.1.1 電源電路設計方案3.1.2 電源電路圖3.1.3 電源電路相關說明3.2、控制電路設計及說明3.2.1 控制電路設計方案3.2.2 控制電路圖3.2.3 控制電路相關說明3.3、報警聲產(chǎn)生電路3.3.1 報警聲產(chǎn)生電路設計方案3.3.2 報警聲產(chǎn)生電

3、路圖3.3.3 報警聲產(chǎn)生電路圖相關說明3.4 單元電路間的連接方法4、電路參數(shù)計算4.1 電源電路參數(shù)計算4.2 控制電路參數(shù)計算4.3 報警聲產(chǎn)生電路參數(shù)5、電路元件的選擇6、收獲與體會7、參考文獻1、設計任務與要求1.1、設計一種防盜報警器，適用于倉庫、等地防盜報警1.2、功能要求（1）防盜路數(shù)可根據(jù)需要任意設定。（2）在同一地點（值班室）可監(jiān)視多處的安全情況，一旦出現(xiàn)偷盜，用指示燈顯示相應的地點，并通過揚聲器發(fā)出報警聲響。（3）設置不間斷電源，當電網(wǎng)停電時，備用直流電源自動轉換供電。（4）本報警器可用于醫(yī)院住院病人有線“呼叫”。1.3、設計本報警器所需的直流穩(wěn)壓電源2、總體方案設計2.

4、1、方案選擇與論證防盜報警器的關鍵部分是報警控制電路，由控制電路控制聲、光報警信號的產(chǎn)生。下面列出兩種方案：方案一：采用運算放大器進行控制。運算放大器可將由傳感器獲得的微弱信號進行放大，從而使電路發(fā)出聲、光等報警信號。正常情況下，運算放大器不工作，直到有信號時才工作，將信號放大后送入NE555時基電路和阻容組件組成音調(diào)振蕩器，輸出音頻信號使揚聲器發(fā)聲報警。傳感器可采用壓力傳感器。實現(xiàn)方法，可將壓力傳感器裝在門或窗戶等處。此方案需要使用運算放大器，使電路變得復雜。而且，目前市場上很難買到運算放大器。此外，運算放大器的價格比普通組件都要貴，這也增加了設計成本。方案二：采用三極管與可控硅進行控制，無

5、偷盜情況時，使三極管處在截止狀態(tài)，則被控器的聲、光信號產(chǎn)生電路不工作；一旦有偷盜情況，立即使三極管導通，被控器的聲、光信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生聲、光報警信號，呼叫值班人員采取相應措施。電網(wǎng)正常供電時，通過電源變壓器降壓后經(jīng)整流、濾波及穩(wěn)壓得報警器所需直流電壓，為防止電網(wǎng)停電，在控制器的輸入端設置有備用直流電源，保證報警器在停電時能持續(xù)正常工作。與方案一相比，方案二有著明顯的優(yōu)點。主要在于其電路簡單，更實用，設計成本也比較低。市場上也有好多類似的報警器產(chǎn)品。此次課程設計，我采用的正是第二種方案。2.2、報警器的原理框圖如圖2-1所示。圖2-1 多路防盜報警器原理框圖（1） 控制電路由三極管3DG12、電

6、阻R1,R2,R3和可控硅SCR1共同組成，如圖2-2所示。電源電壓12V通過R2給三極管3DG12提供基極直流偏置，初始狀態(tài)下，開關S1斷開。三極管基極無電流，三極管發(fā)射極沒有偏置電壓，使三極管處于截止狀態(tài)。此時，可控硅的控制極上無信號或者緊有微小的信號，可控硅不能導通。正常情況下，可控硅的T1、T2極間有正向偏壓，但不導通。一旦開關S1被觸碰，將使整個電路導通，由于有電解電容，三極管導通前，電路先給三極管充電，直到三極管基極具有足夠的電壓使三極管發(fā)射極正偏，電壓應高于0.7V?？煽毓杓淳чl管導通后，使報警電路工作，發(fā)出聲、光報警信號。圖2-2 控制電路（2）電網(wǎng)電壓通過電源變壓器降壓后，經(jīng)

7、整流橋整流，電容器濾波，三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后供給控制電路，同時將備用直流電源通過二極管并入控制電路的輸入端。電網(wǎng)電壓正常供電時，二極管截止，一旦電網(wǎng)停電，二極管導通，備用電源自動供電。（3）指示燈采用燈泡顯示，控制電路輸出信號使其發(fā)光。顯示器可按不同設防地點進行編號。采用NE555時基電路和阻容組件組成音調(diào)振蕩器，控制器輸出信號控制其工作，NE555的（3）腳輸出音頻信號再通過放大電路放大后揚聲器發(fā)聲報警。2.3、總體電路圖圖2-3 總體電路圖本多路報警器為6路防盜報警器，每一路有相同的電路結構，控制電路也相同，均由可控硅控制。由總體電路圖可看出，此6路防盜報警器電路總共有三個基本組成單元。分

8、別是：電源電路、控制電路、報警聲產(chǎn)生電路。3、單元電路設計及說明3.1、電源電路設計及說明3.1.1 電源電路設計方案 本設計是6路防盜報警器，各路電路結構完全相同，共享一個直流穩(wěn)壓電源。為了降低設計成本，減少功耗，故采用12V直流穩(wěn)壓電源供電。在電網(wǎng)正常供電情況下，可直接將家庭電路中的220V交變電壓通過變壓器降壓、整流橋整流、電容濾波和三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后得到12V直流電壓，可充當直流穩(wěn)壓電源使用。在電網(wǎng)停止供電時，即家庭停電時，備用直流電源直接開始工作，這樣就實現(xiàn)了電源供電的連續(xù)性。通過利用二極管的正向導通特性，將12V直流電源并入電路中，電網(wǎng)供電情況下，二極管沒有正向偏壓，不能導通，由

9、電路直接為報警電路供電。當電網(wǎng)停電時，二極管便獲得正向偏壓，因而能夠導通。備用12V直流電源或電池組開始工作。3.1.2 電源電路圖圖3-1 電源電路3.1.3 電源電路相關說明 除去備用直流電源的電源電路，我剛在實習中使用過，并且完成了安裝與測試。家庭電路中的220V經(jīng)過變壓器降壓后變?yōu)榻涣?5V，再使用由四個相同型號整流二極管組成的整流電路整流，而后又經(jīng)電解電容C7與瓷片電容濾波后得到20V的直流電壓。然后再用型號為78L12國際上普遍使用的12V三端集成穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓，通過穩(wěn)壓即可得到比較理想的12V直流電壓。三端集成穩(wěn)壓塊之后電路上又并聯(lián)了容量為47nF的瓷片電容與容量較大的電解電容將低于

10、12V少量電壓放大，除此之外，C10與C8還有保護電路的作用。即當電網(wǎng)斷電瞬間，電容上仍然充滿了電荷，電容開始放電，等到電容兩端的電壓小于11.3V時，二極管D7便開始導通，備用直流電源開始工作。三端穩(wěn)壓塊采用國際上較常用的78L12，可以穩(wěn)12V的直流電壓。3.2、控制電路設計及說明3.2.1 控制電路設計方案 本多路報警器要控制的電路有6路。在電路中起到控制聲、光報警信號產(chǎn)生的作用?？刂齐娐酚卸喾N設計方法，也可以用多鐘元件實現(xiàn)，但我選擇較簡單的三極管與可控硅，使電路簡單化，也使之易于實現(xiàn)?？煽毓璧膶ㄇ疤釛l件是有正向偏壓，然后如果控制極上有一個高于陰極的電壓信號，該可控硅便導通。其外，可控

11、硅的一個重要特點是，一旦導通后，就可以維持導通狀態(tài)，與控制極不再有關系?？衫每煽毓璧倪@種特性與三極管的導通條件設計控制電路?？蓪⒔佑|式開關串在三極管的基極上，正常情況下，開關斷開，三極管基極上沒有電壓，僅有集電極直接與電源相連。要使三極管能正常工作，應先調(diào)節(jié)三極管的靜態(tài)工作點，使其工作在放大區(qū)。這樣，三極管導通后才能將基極上微小的電流放大后送到發(fā)射極。在發(fā)射極上串聯(lián)一個較大的電阻，這樣一來，在三極管導通后，發(fā)射極上電阻能獲得較大的電勢差，然后將其加到可控硅的控制極與陰極上，可控硅就可迅速導通。另外，考慮到接觸式開關防盜應用中，開關不可能合上以后就不再斷開。一般情況下，接觸式開關只是短暫的閉合

12、。為了延長電路的工作時間，可在三極管的基極與地之間并聯(lián)一個電解電容，用于延遲電路導通和延續(xù)電路的導通狀態(tài)。3.2.2 控制電路圖圖3-2 控制電路圖3.2.3 控制電路相關說明 控制電路是整個多路防盜報警器電路中的核心。起著控制聲、光報警信號產(chǎn)生的作用。如圖3-2，可控硅的右側是聲光報警信號的輸入端，由圖可看出，只要可控硅導通，聲光報警信號便可發(fā)出?？刂齐娐返挠覀仁钱a(chǎn)生報警光信號的電路，其電路也極其簡單，只需將一個較大的電阻與燈泡串聯(lián)后接到電源上。圖中，D1也有重大的作用，產(chǎn)生報警聲信號電路只有通過D1然后再通過可控硅，才能正常產(chǎn)生報警聲信號。要使二極管D1導通，需要其有正向偏壓。要達到此目的

13、，需使 R4阻值較大及使燈泡有一個較大的功率，使二極管的陰極電位較低。此控制電路中，三極管靜態(tài)工作點的調(diào)試也比較重要，電路導通時應使三極管工作在放大區(qū)。3.3、報警聲產(chǎn)生電路 3.3.1 報警聲產(chǎn)生電路設計方案 首先考慮使用555時基集成電路，不僅是因為其使用廣泛，它也有其獨特的作用。使用555時基集成電路之前還需了解其內(nèi)部結構與工作過程。555時基電路的工作過程：當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTll導通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導通，它的飽和壓降Vces使VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和

14、，從而使 VTl8截止，VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的47k電阻的正反饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于VDD 的電平為止。當觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7k電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使 VT6也截止。當觸發(fā)信號加

15、到6腳時，且電位高于VDD時，則VTl、VT2、VT3都導通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、VTl4截止，則 VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，進而VTl8導通，VTl9、VT2都截止，VT21飽和導通，故3腳輸出低電平。當6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則 VTl5通過4.7k電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，VTl8的導通，使放電級 VT6飽和導通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的

16、電位低于VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當6腳的電位高于 VDD時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時2腳的電位高于VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復位端。當在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導通的飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止狀態(tài)，VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當復位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3

17、腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。 顯然，555電路內(nèi)含兩個比較器A1和A2、一個觸發(fā)器、一個驅動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構成的分壓器設定的VDD和VDD。參考電壓所限定。為進一步理解其電路功能，并靈活應用555集成塊，下面簡要說明其作用機理。從圖3-3可見，三個5k電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個比較器構成一個電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為VDD，下觸發(fā)電平為VDD。在5腳控制端外接一個參考電源Vc，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2 的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的RS觸發(fā)器必須用負極極性信號觸發(fā)，因此，

18、加到比較器Al同相端6腳的觸發(fā)信號，只有當電位高于反相端5腳的電位時，RS觸發(fā)器才翻轉；而加到比較器A2反相端2腳的觸發(fā)信號，只有當電位低于A2同相端的電位VDD時，RS觸發(fā)器才翻轉。 通過上面對等效功能電路和CA555時基電路的內(nèi)部等效電路的分析，可得出555各功能端的真值表。 圖3-3 555時基電路接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器引腳 2 6 4 3 7 電平 VDD * 1.4V 高電平 懸空狀態(tài) 電平 < VDD VDD 1.4V 低電平 低電平 電平 < VDD > VDD 1.4V 保持電平 保持 電平 * * 0.3V 低電平 低電平 由表可看出，S、R、MR的輸入不一定是邏

19、輯電平，可以是模擬電平。因此，該集成電路兼有模擬和數(shù)字電路的特色。 一般的報警聲不是連續(xù)的聲音，應該是間斷的有高有底的聲音。實現(xiàn)方法是用RC振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號，然后送入555時基集成電路，再由3腳輸出振蕩信號?？紤]到不應有負信號，故需在555集成電路的3腳上接一個整流二極管。通過整流后還應用電解電容濾掉直流信號，這樣報警聲的效果會更好。但是，僅由555時基集成電路3腳輸出在經(jīng)整流隔直的振蕩信號很小，不能直接驅動揚聲器發(fā)出報警聲。故需在輸出端增加一個放大電路單元。放大電路選用兩級放大，提高增益，使輸出端得到較高的振蕩信號，并能驅動揚聲器，產(chǎn)生報警信號。3.3.2 報警聲產(chǎn)生電路圖圖3-4 報警

20、聲產(chǎn)生電路3.3.3 報警聲產(chǎn)生電路圖相關說明 圖3-4中，I點為電源輸入端，為整個報警聲產(chǎn)生電路供電。G點為接地端，如果G端能正常接地，整個報警聲產(chǎn)生電路將接通，振蕩信號便能驅動揚聲器發(fā)出報警聲?？刂齐娐氛抢每刂艷端來達到控制整個報警聲產(chǎn)生電路的目的。即將G點輸出信號通過二極管接到可控硅的陽極，這樣一來，可控硅就控制了整個報警聲產(chǎn)生電路。在I點與G點之間，555時基集成電路與R25、R26、C11共同組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。振蕩頻率 f=1.44/(R25+2R26)C11,振蕩頻率為668Hz。在555之后，12V直流電源保證輸出級放大電路能正常工作。R27用一個較大的電阻使三極管工作在

21、放大區(qū)。T7為硅材料NPN型高頻中功率管，T8為鍺材料PNP型低頻小功率管。兩個晶體三極管構成兩級放大電路。3.4 單元電路間的連接方法 電源電路主要作用是為整個電路提供持續(xù)不斷的12V直流電源供應，以保證有偷盜情況時電路能正常產(chǎn)生報警信號。電源電路輸出端直接連接至控制電路與報警聲信號產(chǎn)生電路的輸入端?？刂齐娐吠ㄟ^可控硅連接報警光信號與報警聲信號產(chǎn)生電路，并控制報警聲、光信號的產(chǎn)生。報警聲信號產(chǎn)生電路與控制電路之間又連一個二極管，然后才連到可控硅的陽極上。4、電路參數(shù)計算4.1 電源電路參數(shù)計算 組成整流橋的四個整流二極管型號相同。每個二極管的耐壓值為：V=21.2V平均電流為：由于電路中沒有

22、負載電阻，所以正常情況下，二極管中的電流很小。經(jīng)過濾波后的電路電壓為：=21V(V)時間常數(shù)： ，二極管D7耐壓值為:12V4.2 控制電路參數(shù)計算 由于各路電路相同，各路的電路參數(shù)也相同。以第一路為例，取R1=43k,R2=180,三極管為高頻小功率管。三極管靜態(tài)工作點的計算：指示燈泡的額定電壓為8V,額定電流為0.15A,額定功率為=1.2W,電阻為：=53.3 則R4阻值為：=700可控硅的正向電流大于0.15A 二極管D1陰極的電位為0.7V4.3 報警聲產(chǎn)生電路參數(shù) R25、R26、C11與555構成音調(diào)振蕩電路，振蕩頻率為： f=1.44/(R25+2R26)C11,振蕩頻率為66

23、8Hz三極管T7的靜態(tài)工作點計算： 5、電路元件的選擇 此6路防盜報警器電路中所用的各種元件信息如下表：元件名稱元件標號數(shù)值型號電解電容C1C6,C847uFC7470uFC121uF瓷片電容C1047nF473C1122nF223C1333nF333C1422nF223二極管D1-D88只2CP10可控硅SCR1SCR66只KP11指示燈DS1DS66只XZ8-0.15集成塊IC11只78L12IC21只NE555電阻R1、R5、R9、R13 43K6只色 標R17、R21、R26黃橙橙銀R3、R7、R11、R15 12K6只色 標R19、R23、R25棕紅橙銀R2、R6、R10、R14 1

24、806只色 標R18、R22棕灰棕銀R27180K棕灰橙銀R282.4K紅黃紅銀開關S1S66只DS-03K、K12只KDC-1201晶體三極管T1T77只3DG12T81只3AX31變壓器Tr1只電位器W1W622K6只揚聲器Y1個直流電源12V 電阻均選用碳膜電阻器，電阻的大小及色標在上表中均已注明，可直接到市場上購買到。6只電位器選用普通的，可用起子直接調(diào)節(jié)其阻值。普通電容均選用瓷片電容，在電容表面都標有標號。標號在上表中也已注明。電解電容容值都已知到，選購時，可選耐壓值為35V的電解電容，也可選擇耐壓值更高的。二極管型號大多相同，為N型硅材料小信號管。三極管T1T7選用硅材料NPN型高頻小功率管。而三極管T8選用鍺材料PNP型低頻小功率管?？煽毓柽x用普通反向阻斷型，1A耐壓100V,正向管壓降0.4V-1.2V.指示燈的型號為XZ8-0.15，額定電壓為8V，額定電流為0.15A，壽命為1500小時，既環(huán)保又節(jié)能。變壓器為15V變壓器，有三個短線，較常見。此多路報警器電路中所用元件在市場都能買到，且價格大多比較便宜