《无线报警器设计》word版.doc

目 录一设计指标及要求3二设计方案原理框图3三主要单元设计分析与选取3四电路原理图7五元器件清单7一设计指标及要求1.设计并制作一个依靠振动或声音触发的无线报警器2.实现传输装置和接收装置间的传输距离为100m，工作频率自定3.调制方式：AM，FM，FSK任选一种4.报警器声音报警时，显示报警点位置代号5.运用仿真软件对部分电路进行仿真6.尽量增加信号抗干扰措施，提高灵敏度，降低电源功耗二设计方案原理框图滤波放大电路编码调制功放放大解调解码执行电路被控对象传感器图1 无线报警器电路框图电子报警器已广泛适用于各个行业，无线报警器的电路框图，如1所示。按工作原理分，可分单点式报警电路和多点式报警电路。本设计要求采用多点式报警电路，传感器的数量可视报警控制点而定，它被设置在需要检测的位置，传感器检测出的电信号可以用电缆传输，也可以用无线电波远距离传送（本实验的要求）。检测到的信号送到信号处理中心进行加工和处理，一般处理时均采用数字电路和微电脑进行。处理后输出的信号包括测试点的位置信号和控制信号两大类，前者通过显示电路显示出位置的代码，后者则用于对执行机构的控制或声光报警。报警电路中常用的执行元件有压电蜂鸣器、扬声器、继电器、集成模块、LED二极管等等。三主要单元设计分析与选取方案一（一）编码电路：利用一双音频电路（CIC9187）来产生双音多频信号，晶振3.5795MHz为其内部振荡器的时基，以保证输出频率的准确性3.5795MHz的标准频率经分频后以数字方式形成8中正弦波，分为高频组和低频组，分别与键盘上的列和行对应。例如，当按下5键时，输入线R2和列输入线C2被按键连通，从out端送出一个双频信号，经解调、功放电路后即可向外辐射。在系统中，可以使用1-3个按键，通过传感器与之相连，若要检测的传感器对象有所增加，只需在接受部分增加相关器件，图2中，左侧电容为100u，R1=47K。 图2 编码电路 （二）调制、功效电路（发射电路）： 采用达华电子厂生产的TWH630,他是一片内藏式的天线长波无线电发射电路，包括脉冲调制、整形放大、发射等几个部分电路。其原理图和电路接法如图2所示。本发射头只有电源正负供电端以及信号输入端，与其他的电路配接十分方便主要参数是：工作电压 12V；工作电流4mA（未加调制信号）；射频输出 10mW；调制电压 5V。当其IN端接入从编码电路输出的编码信号，编码信号即在其内部进行脉冲调制、整形放大、然后向空中发射。这种调制、功放电路具有微型化、远距离传输、无需调试、耗电少、抗干扰能力强等特点。调制整形放大发射IN天线图3 发射电路（三）放大、解调电路（接收电路）： 采用与发射电路TWH630配对使用的接收电路TWH632。TWH632是一片外露天线式无线电长波接收电路，它包括接收回路、脉冲解调、整形几部分组成。其引脚功能及其原理图如图3所示，其主要参数为：工作电压 6V；守候电流 1mA。OUT为解调信号输出端，TP为空闲端。从TWH630发射出的无线电调制信号有TWH632的外露天线接收下来，经内部脉冲解调、整形后从OUT端输出，此时输出的脉冲信号为以还原的脉冲编码信号，其波形从编码电路输出地波形一模一样，可直接加到解码电路进行解码。图4 接收电路OUT接收解调放大整形（四）解码电路 用DTMF译码电路MT8870和4-16译码器CD4514以及一些分立元件，如图5所示，从解调放大电路输出的已还原的脉冲编码信号，加在译码电路MT8870的IN端，经其内部译码后在D1-D4端输出四位二进制数，并在译码结束的同时，由STB端输出一个正脉冲，作为后缀电路锁存的脉冲。CD4514为4-16译码器，在本系统中只使用它的部分输出端，INH为其输出缓冲端，STB为允许译码锁存端。当INH=“1”时，保持先前的译码结果；当INH=“0”，STB=“1”时，启动芯片开始译码。三极管T1，电阻R5、R6和电容C3正是为了满足这一条件而搭成的电子开关。（五）执行电路执行电路分别由若干片双D触发器CD4013组成，它们均接成双稳态形式，每当CLK端输入一个上升沿，输出端Q的状态就翻转一次。由于它们的输入端与CD4514的输出端分别连接在一起，所以它们能将CD4514输出端的高电平脉冲信号（每次只有一路输出为高电平）转换成ON或OFF状态，从而控制若干个喇叭，为确保开机时个输出端均处于复位状态，CD4013的复位端R均接到C5、R7的支路上，由CD4013直接驱动喇叭和指示灯。如图5所示。图5 解码电路和执行电路方案二（一） 传感器根据题目要求，本电路选用压电式传感器，将振动波转换成电信号，其工作原理是以压电效应为基础的。某些物理在机械力作用下发生形变时，内部产生极化现象，而在其上下表面产生符号相反的电荷，去掉外力时电荷立即消失，这种现象称为压电效应。具有压电效应的物质如石英晶体、多晶体压电陶瓷材料等。压电式传感器的结构是在两块表面镀银的压电片间加一片金属薄片，并引出输出信号的引线，当有振动、冲击时，压电元件的应力变化，从而输出与振动、冲击成正比例的电信号，电信号的频率一般在几千赫兹以上。本设计选用的XDZ-01型传感器是一种厚度只有2mm的片状高灵敏度振动模块，可作为振动报警器的微型传感头用于门窗及其他场合的报警防盗，也可用于其他电路的控制。 其主要参数为：工作电压 DC2.4-6V(极限9V，典型应3V)；静态电流 小于等于50uA(模块端电压小于3V时)； 输出电流 小于等于0.5mA(模块端电压为3V时)；输出幅度 接近电源电压（模块端电压）； 输出方式 高电平（静态为低电平）；输出时间 高电平大于10s（环境温度大于50摄氏度输出小于10s）（二） 放大电路1放大电路：放大电路由集成运算放大器LM324组成。2放大电路的设计振动信号的转换及其放大电路，如图6所示，本电路第一级采用放大采用反向方大，放大倍数约为10倍，第二级采用同向放大，放大倍数为11-21可调，两级放大倍数在110-210之间。图中，C1、R1、C2、R4组成高通滤波器，用以排除直流部分，低频干扰及温度漂移的影响。根据传感器的特性，产生电信号在几千赫兹以上，选取截止频率为50Hz，即有f=1/2*pi*R1*C1。设Av=Vr1/Vs,若取电阻R1=10K.,则C1=3.18uf，考虑到外界元件对运放输入阻抗的影响，取C1=10uf/16V。同理可取R4=10.,C2=10uf/16V（三）检测电路检测电路采用电压比较器，而且是迟滞比较器具有两个门限电压，通过电路引进正反 馈获得，输出电压发生跳变的临界条件是Vn=Vp。迟滞比较器的回差电压V=R1(Vh-Vl)/（R1+R2）, Vh为高电压值，Vl低电压值。可以看出，通过改变R1即可改变回差电压的大小，即可以改变检测电路的灵敏度。如图7所示（四）脉冲编码和解码电路1编码电路PT2262 图7 检测电路PT2262/2272是CMOS型大规模编码/解码专用集成电路。其中PT2262为8位编码器，它采用不同宽度的脉冲组合代表不同的指令，以串行的形式输出。它的引脚如在元件清单中所示，A0-A7：加密地址编码输入，每端可编为“1”、“0”和“开路”三种状态。D0-D3：既可以做加密地址输入端也可以做控制数据编码输出端，当为控制数据码输入时，只可接“1”、“0”两种状态。TE(非)：编码脉冲发送启动端，低电平有效；DOUT：编码脉冲发送端，当TE(非)为低电平时，DOUT端输出加密地址及数据编码的串行脉冲，该脉冲是以不同的脉冲宽度及组合表征不同的编码。R(非)、R：外接振荡电阻端，它们外接一只电阻R即可与内部电路构成时钟振荡器，向整个编码器提供时钟脉冲，振荡频率为Fo=1.6*106/R Hz,其中R的取值范围为几十到几百K。2解码器PT2272解码器PT2272是与PT2262配对使用的，引脚图见元器件清单。A0-A7：加密地址编码输入，要与PT2262设置地址一致。D0-D3：控制数据编码输出端，为锁存输出。VT译码指示端，译码有效时，由低电平边为高电平。R(非)、R：外接振荡电阻端，要求与PT2262的外接电阻相同。Di：编码脉冲输入端，待解码信号由Di输入。PT2272与PT2262工作电压为2V-6V,静态电流为1mA-10mA。（五）单稳电路 采用CD4013B双D触发器构成单稳电路，实现译码有效时输出信号的锁存，其引脚图见元器件清单。（六）射频电路、接收模块F05B、J04E1射频发射模块F05B（主要参数） 工作电压：3-12V； 发射电流：2-10mA；发射功率：10mW；发射频率315-433M；工作温度：-40到+60OC；频率稳定度：10-5；调制方式：AM；频差：正负150K；传输速率：10kbps。 12V为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约为5-8mA。高电平脉冲宽度在0.08-1ms时发射效果较好，大于1ms后效率开始下降；当低电平区大于10ms，接收到的数据第一位极易被干扰而引起不解码。F05天线长度可从0-250选用，也可无天线发射，但发射效率下降，F05应垂直安装在印版边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影响而停振，它的发射距离与调制信号频率幅度、发射电压、及电池容量、发射天线、接收机灵敏度及收发环境有关。其应用电路如8所示2射频接收模块J04E（主要参数） 工作电压：3V； 工作电流：0.2mA； 接收频率：315M,433M； 灵敏度：5uV；输出：高低电平数据；带宽：正负1.5MHZJ04E无信号时输出为零电平状态可适合与单片机输入端接口，无需外接天线，接收灵敏度高即使强烈振动也不用担心频点偏移，且具有较宽的接受带宽，出厂时已调在315M，它具有极低的功耗，可长期处于手机状态。它的应用电路如图9所示。 图8 射频发射电路 图9 射频接收电路 四电路原理图本次设计采用以上设计方案中的第二个方案，把电路分为发射电路（图6）和接收电路（图10）。发射部分包括传感器、放大电路、检测电路、脉冲编码、无线发射电路。接收部分包括RF接收模块。脉冲解码电路、单稳电路、振荡器及译码显示电路。在发射端，压电式传感器将振动波，该电信号放大电路放大后进入检测