超聲波防盜報(bào)警裝置

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)超聲波防盜報(bào)警裝置摘 要： 本次設(shè)計(jì)介紹了利用超聲波敏感器件作為發(fā)射頭和接受頭, 發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射等幅超聲波，接收器接收反射回來的超聲波，在沒有移動(dòng)物體進(jìn)入被探測區(qū)域時(shí)，反射回來的超聲波是等幅的。當(dāng)有活動(dòng)的物體進(jìn)入探測區(qū)域時(shí)，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化，接收電路檢測到變化的信號(hào)控制電路做出反應(yīng)即驅(qū)動(dòng)報(bào)警。關(guān)鍵詞： 超聲波 防盜 報(bào)警Abstract：The design introduces a way to use the ultrasonic T/R head ，the launcher launches the same rat

2、e of ultrasound into the detecing area, and the receiver receives the reflection of the ultrasound back, in the absence of moving objects enter the detecing area, the rate, which the reflection of ultrasonic back, was the same.When the activities of detecting objects into the region, the return rate

3、 of ultrasonic is ranging and constantly changing, and the receiving circuitry is to detect changes which is in the control circuit to respond to signals that drive alarm. Keywords：Ultrasonic Intruder Alarm前言可以探測活動(dòng)物體的超聲波探測器有著廣泛的用途 。例如，自動(dòng)開關(guān)門的檢測 、控制器；電梯自動(dòng)啟動(dòng)器；防盜報(bào)警探測器等。這種探測器的特點(diǎn)是可以判斷被探測區(qū)域 內(nèi)有無活動(dòng)的人動(dòng)物或其它移動(dòng)的

4、物體，控制圍較大 ，可靠性高。這種超聲波探測器具有兩種典型結(jié)構(gòu)：其一是發(fā)射器和接收器相對放置，物體擋住超聲波的傳播路徑時(shí)即被檢測到物體的存在，這種結(jié)構(gòu)類似于紅外線防盜報(bào)警器的道理。另一種應(yīng)用較廣泛的結(jié)構(gòu)是超聲波發(fā)射器和接收器并排放在一起。發(fā)射器發(fā)射超聲波，接收器接收反射回來的超聲波，通過反射的超聲波可以判斷有無被探測物體的存在，及存在的距離等。本文介紹的是超聲波移動(dòng)物體探測器。測器的基本原理是：發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射等幅超聲波，接收器接受發(fā)射回來的超聲波，在沒有移動(dòng)物體進(jìn)入被探測區(qū)域時(shí)，反射回來的超聲波是等幅的。當(dāng)有活動(dòng)的物體進(jìn)入探測區(qū)域時(shí)，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化，接受電路檢測

5、到變化的信號(hào)控制電路做出反應(yīng)即驅(qū)動(dòng)報(bào)警。本設(shè)計(jì)中的超聲波防盜報(bào)警器具有以下功能和特點(diǎn)：偵測范圍 10米；在有效范圍內(nèi)偵測到有物體移動(dòng)時(shí)，延時(shí)約 2 0秒發(fā)出聲、光報(bào)警，以便使用者進(jìn)入時(shí)有切除警報(bào)的可能；發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)經(jīng)2分鐘后能自動(dòng)撤除警報(bào)，以便重復(fù)偵測報(bào)警。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、用超聲波設(shè)計(jì)出報(bào)警裝置。2、掌握信號(hào)的檢波放大方法。3、掌握報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：1、單片機(jī)產(chǎn)生40K頻率信號(hào)，經(jīng)過整形后送到超聲波發(fā)射器驅(qū)動(dòng)其發(fā)出超聲波。2、設(shè)計(jì)接收器接收反射回來的超聲波。3、接收信號(hào)后經(jīng)過放大檢波濾波后，又經(jīng)過電平比較后，轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)。4、延時(shí)處理，處理后驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路從而發(fā)生聲光

6、報(bào)警。5、設(shè)計(jì)報(bào)警電路。三、電路總設(shè)計(jì)：超聲波發(fā)射超聲波接受整形方波發(fā)生器放大電平檢測延時(shí)控制檢波濾波電平比較驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警 圖1 總設(shè)計(jì)圖四、單元電路設(shè)計(jì)：4.1.1超聲波發(fā)射模塊 發(fā)射器采用通用的 NE55時(shí)基集成電路，它的晟大優(yōu)點(diǎn)是電路較簡單、調(diào)整方便，而且頻率穩(wěn)定。在時(shí)基電路的輸出端接了反相器，為的是提高時(shí)基電路帶負(fù)載的能力，同時(shí)也起到對輸出波形整形的作用。經(jīng)這兩極反相器驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭，通過發(fā)射頭內(nèi)部的陶瓷激勵(lì)器和諧振片轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào) ，經(jīng)錐形輻射口將40kHz的方波信號(hào)以最大的聲壓能級(jí)向空間輻射出去。采用敏感元件T40-16,R40-16作為超聲波發(fā)射、接收傳感器；其詳細(xì)介紹如下

7、：這種傳感器具有良好的溫度特性和耐振動(dòng)、抗沖擊等特點(diǎn)。超聲波發(fā)射器和接收器并排放在一起，發(fā)射器發(fā)射超聲波，接收器接收反射回來的超聲波，通過反射的超聲波可以判斷有無被探測物體的存在，及存在的距離。發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射等幅超聲波，接收器接受發(fā)射回來的超聲波，在沒有移動(dòng)物體進(jìn)入被探測區(qū)域時(shí)，反射回來的超聲波是等幅的。當(dāng)有活動(dòng)的物體進(jìn)入探測區(qū)域時(shí)，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化。其性能參數(shù)見表1所示： 表1：超聲波傳感器電性能參數(shù)：型號(hào)用途中心頻率帶寬靈敏度（40kHz）電容量（Pf）絕緣電阻（M）最大輸出電壓(MV)UCM-40T發(fā)射40KHZ96KHz/db110dB1700>10

8、020UCM-40R接收40KHZ-73KHz/db-65 dB1700>100采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生40KHZ方波信號(hào)。下面介紹555集成定時(shí)器的工作原理和使用：555集成定時(shí)器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等。TTL集成定時(shí)器555定時(shí)器的內(nèi)部原理框圖和引腳圖如圖1、2所示。它是由上、下兩個(gè)電壓比較器、三個(gè)5k電阻、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)放電三極管 T以及功率輸出級(jí)組成。比較器 C1的同相輸入端接到由三個(gè)5 k電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的2/3Vcc處，反相輸入端為閥值電壓輸入端。

9、比較器C2的反相輸入端接到分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的1/3Vcc處，同相輸入端為觸發(fā)電壓輸入端，用來啟動(dòng)電路。兩個(gè)比較器的輸出端控制RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器設(shè)置有復(fù)位端，當(dāng)復(fù)位端處干低電平時(shí)，輸出為低電平?？刂齐妷憾耸潜容^器C1的基準(zhǔn)電壓端，通過外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時(shí)可將它與地之間接一個(gè)O01F的電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍是+4.5+18V，輸出電流可達(dá)100200mA，能直接驅(qū)動(dòng)小型電機(jī)、繼電器和低阻抗揚(yáng)聲器。CMOS集成定時(shí)器CC7555的功能和TTL集成定時(shí)電路完全一樣，但驅(qū)動(dòng)能力小一些，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不同，555定時(shí)器的功能表

10、見表2。 圖2 555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3 555 引腳圖表2 555 功能表觸發(fā)閾值復(fù)位放電端輸出H導(dǎo)通LH原狀態(tài)H截止HL導(dǎo)通L(1) 構(gòu)成基本多諧振蕩器如圖4，由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端 Ct 放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放電，其波形如圖5-(b)所示。輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是 Ttw1tw2， tw10.7(R1R2)C ， tw20.7R2C 555電路要求R1 與R2 均應(yīng)大于或等于1K ，但

11、R1R2應(yīng)小于或等于3.3M。 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很圖4 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形 該模塊的原理圖見下圖5圖5 超聲波發(fā)射模塊4.1.2超聲波接收放大與檢波濾波電路接收到的信號(hào)經(jīng)過R6,C4濾波后，經(jīng)過運(yùn)算放大器作為前級(jí)放大,放大倍數(shù)為A1=R7/R5=47,又經(jīng)過A2=R9/R8=47,總的增益A=47*47；放大的信號(hào)經(jīng)過二極管D1,D2進(jìn)行幅度檢波后，在所探測的區(qū)域沒有物體移動(dòng)時(shí)輸出為零，當(dāng)存在活動(dòng)的物體即有電壓信號(hào)。運(yùn)算放大器采用的是TL0

12、82,首先介紹一下其有關(guān)資料：TL082 寬帶高速運(yùn)算放大器，其管腳圖如圖6所示。圖6 運(yùn)算放大器管腳圖該模塊原理圖如圖7所示：圖7 超聲波接收放大與檢波濾波電路4.1.3電平比較與檢測電路當(dāng)存在活動(dòng)的物體即有電壓信號(hào)，再經(jīng)過濾波和運(yùn)放放大，經(jīng)二極管D3,D4整流后得到比較平滑的直流電平； 得到的直流電平延時(shí)1S后送至一個(gè)由運(yùn)算放大器組成的比較器，進(jìn)行電平比較檢測 ，有物體移動(dòng)時(shí)輸出為低電平，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖。該模塊的運(yùn)放用的是LM358,介紹其相關(guān)資料： 其管腳如圖8 圖8 LM358管腳圖該模塊原理圖見圖9 圖9 電平比較與檢測電路4.1.4延時(shí)控制電路 當(dāng)有物體移動(dòng)使會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖觸發(fā)后

13、面的單穩(wěn)電路。該模塊采用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)電路來實(shí)現(xiàn)延時(shí)和定時(shí)的目的。采用兩個(gè)555定時(shí)器分別實(shí)現(xiàn)定時(shí)20S和140S，然后將，將IC2 NE555的3腳輸出20S的脈沖信號(hào)取反后與IC3 NE555 3腳輸出的140S脈沖信號(hào)相與，就可以實(shí)現(xiàn)20S延時(shí)后，2分鐘的定時(shí)報(bào)警。在IC3的4腳接按鍵，當(dāng)需要切除警報(bào)時(shí)，按下該鍵復(fù)位即可實(shí)現(xiàn)。先介紹下555構(gòu)成單穩(wěn)電路的原理，見圖10圖10 555構(gòu)成單穩(wěn)電路接通VCC后瞬間，VCC通過R對C充電，當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo0。這時(shí)Q=1，放電管T導(dǎo)通，C通過T放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。ui到來時(shí)，因?yàn)閡iVCC/

14、3，使C20，觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時(shí)Q=0，放電管T截止，VCC經(jīng)R對C充電。雖然此時(shí)觸發(fā)脈沖已消失，比較器C2的輸出變?yōu)?，但充電繼續(xù)進(jìn)行，直到uc上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo0T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。脈沖寬度tp=1.1RC.該模塊的時(shí)序圖如圖11：有人進(jìn)入時(shí)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)定時(shí)器產(chǎn)生20S延時(shí)，在20S內(nèi)若未解除警報(bào)，則產(chǎn)生2分鐘定時(shí)報(bào)警；若在20S內(nèi)按復(fù)位鍵解除警報(bào)，則不會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警電路。VtkVo2ResetVo3圖 11 延時(shí)控制電路的時(shí)序圖該模塊的原理圖如圖12所示： 圖12 延時(shí)控制

15、電路原理圖4.1.5 聲光報(bào)警電路該模塊用555構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào)來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器，從而實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。555的復(fù)位腳時(shí)由2分鐘的定時(shí)信號(hào)來控制的，當(dāng)2分鐘未到時(shí)，復(fù)位腳未高電平正常工作，當(dāng)時(shí)間到后，復(fù)位腳為低電平，停止工作。該模塊的原理圖如圖13所示：圖13 聲光報(bào)警原理圖42 單元模塊的連接關(guān)系將模塊2，模塊3依次相連，將模塊3的輸出作為模塊4觸發(fā)脈沖輸入端的的信號(hào)，將模塊的最后輸出信號(hào)連接到模塊5的4腳復(fù)位端即可。五.參數(shù)計(jì)算與調(diào)試 根據(jù)555定時(shí)器產(chǎn)生的單穩(wěn)脈沖寬度為tp=1.1RC,定時(shí)20S和120S，通過計(jì)算可知，模塊4中的電阻在IC2中R=200K,C

16、=100Uf,在IC3中R=1.2M,C=100Uf.而模塊1和模塊5中用到的多諧振蕩器的頻率有公式：F=1.433/(RA+RB)*C 計(jì)算。超聲波發(fā)射器和接收器在安裝上必須 注意 ，它們之間必須保持彈性聯(lián)接 ，而不要鋼性固定。避免發(fā)射波直接通過鋼性聯(lián)接傳到接收器件 。電路中有3個(gè)電位器 VR，VR1用來調(diào)節(jié)發(fā)射電路的振蕩頻率，調(diào)節(jié) VR1 ，使其達(dá)到最大值，此時(shí)VR1最好應(yīng)停在中間位置 。 六.設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)通過對這次超聲波防盜報(bào)警裝置電路的設(shè)計(jì)，我感受頗多，總結(jié)起來大致有以下幾個(gè)方面在：首先，我學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用課堂之中所學(xué)的模擬電子和數(shù)字電子的理論知識(shí)獨(dú)立完成了一個(gè)設(shè)計(jì)。我們在平時(shí)的上課學(xué)習(xí)過程中，接觸到的大多是一些理論的東西，一直感覺很抽象，不知道怎樣與實(shí)際相聯(lián)系。而這次的課程設(shè)計(jì)正好給了我這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，讓我學(xué)著將理論的東西與實(shí)踐結(jié)合起來。其次，通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，我開始學(xué)著獨(dú)立思考核解決問題。在查閱的過程中，也學(xué)到了很多平時(shí)課堂上沒有涉及到的知識(shí)。而在設(shè)計(jì)的過程中，通過與同學(xué)的討論發(fā)現(xiàn)解決問題的方法是多種多樣的，每一種思維都有它的可取之處，都有值得自己學(xué)習(xí)的地方。在交流學(xué)習(xí)的過程中