触摸式报警器课程设计.docx

西华大学课程设计说明书触摸式报警器摘 要：本实验针对触摸报警器选择用NE555芯片组成单稳态触摸报警器，并选择了一种相对来说较简单的设计方案，进行由上而下层次化的设计，先定义和规定各个模块的结构，再对模块内部进行详细设计。最后将设计好的模块组合调试，并在Protel 99软件上仿真通过。关键词：NE555芯片 Protel 99软件 单稳态 输出高电平有效Abstract: This experiment in touch alarm with NE555 chip composition choice single state touch alarm, and choose a relatively more simple design, by go up and down the hierarchical structure design, first definition and regulations of each module structure, and then within the detailed design module. Finally the design good modules, and debugging in 99 software simulation through ProtelKeywords: NE555 chip Protel 99 software single state output high level effective目 录1前言12总体方案设计22.1方案一2 2.2方案二.3 2.3方案比较.53实现方案.6 3.1总体方案分析.6 3.2实验原理图分析.64主要元器件的基本介绍7 4.1NE555芯片引脚及功能.75 proteus与protel的仿真.10 5.1protel的软件简述.10 5.2protues的软件简述.105.3protues软件仿真.115.4实验调节.115.5实验结果分析.126组装与调试137心得体会148谢辞159 参考文献.1610附录.1718一前言随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识及自身的安全保护意识在不断的增强，因而对安防措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足安防的需要而设计的电子报警系统。 这几年随着改革开放的不断深入以及我国经济的迅猛发展，人民的生活水平有了很大的提高。各种贵重物品以及高档家电产品为越来越多的家庭所拥有，并且人们手中尤其是城市居民的积蓄数额也十分可观。因此，越来越多的家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭都使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。该报警器适用于家庭防盗，也适用于中小企业事业单位。其特点是灵敏、可靠，一触即发，可以立即报警；也可以延时1-35秒再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。报警时可以发出声音，提醒主人有不法分子，同时给不法分子警慑。目的：本次设计的目的是要设计一种能够实现完全的自动进行触摸式报警器，准确及时的报警，让工厂或者家庭能及时地采取措施，减少工厂或者家庭的经济损失。技术要求:本次设计的技术要求是一要报警器比较安全可靠，安全性较高；二是要实现完全的自动报警，完全可以脱离人的管理就可以工作；三是可以控制该报警器是否在工作状态。1.通过对电子技术的综合应用，使学到的理论知识相互融会贯通，在认识上产生一个飞跃。2.初步掌握一般电子电路设计的方法，得到一些工程设计的初步训练，并为以后的毕业设计奠定良好基础。3.培养自学能力，独立分析问题解决问题的能力。4.通过课程设计这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。要解决的问题:许多电子报刊杂志上也介绍过一些来电停电报警器，但它们都存在诸多问题，也就是说没有实现完全的自动化。本文所要解决的就是报警器安全性低以及不能完全实现自动报警的问题。成果这次的设计的成果在于可以应用于工厂的报警装置，电路简单，成本低廉，适于大范围的推广使用。(后面的章节将对停来电报警器进行简要的阐述)二总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这三种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。2.1方案一扬声器电源模块复位电路多谐振荡器电路斯密特触发电路 图2-1 原理框图图2-2工作原理：这个电路（图2-1）是由2个NE555时基集成电路（图中的U1和U2）组成的，其中第一个555时基集成电路组成了一个施密特触发器，而第二个555则组成了一个多谐振荡器。U1的输出端3通过一个非门连到U2的复位端4。触碰M之前，开关闭合，6脚接地，即相当于接低电平，U1输出的高电平通过非门变成低电平，U2的4脚接低电平复位，U2不工作，LB不响。当触碰M时，开关断开，6脚悬空，看作接高电平，U1输出由高电平跳变为低电平，通过非门，U2的4脚接高电平解除复位，U2组成的振荡电路起振，输出端就可以得到一个周期性的矩形波，LB发声。2.2 方案二扬声器复位电路电源模块多谐振荡器电路图2-3原理框图图2-4工作原理：这个电路（图2-2）只有一个NE555时基集成电路(U1)，还加了一个3DJ6场效应管。3DJ6的漏极一端通过一个非门接到U1的复位端4脚。触摸Q之前，3DJ6的漏极有一个很大的漏极电流，此处相当于高电平，通过非门，4脚接低电平，复位，U1不工作，LB不响。当触摸Q时，给了它一个很大的负电压，漏极电流被夹断，此处相当于变成了低电平，通过非门后，4脚接高电平解除复位，振荡电路起振，LB发声。2.3 方案比较方案一和方案二都是由NE555时基集成电路组成的。两种方案都是可以的。方案一虽然用了2个NE555时基集成电路，可是整个思路也很明确，通过改变第一个555的输出，而改变第二个555的4脚接的电平，从而控制其工作与否，比较稳定可靠。不过，这个方案的触摸灵敏度和报警时间都不能调节。方案二只用了1个NE555时基集成电路，外加一个场效应管，整体电路都比较简单，工作原理也很容易懂。而且电路中的滑动变阻器，可以调节触摸的灵敏度，但是由于电路比较简单，只能改变它工作或部工作两种状态，不能实现报警时间可调。三、实现方案3.1总体方案分析本设计主要是利用时基电路NE555组成的单稳态触发电路设计并制作触摸式防盗报警装置。本设计将研究组成触摸式报警器的整个电路的性质和基本概况，学习触摸式传感器的本质特征。对此次设计做出概括分析，并进行改进处理，利用电路图绘制软件，重新绘制电路图，设计出PCB电路板，并通过书籍教材及网络信息查找相关资料。触摸式传感器实际上就是一个触摸式电子开关，他利用人体的电阻或杂散电信号，将触摸过程变成开关信号输出。对该报警器使用的元器件的内部构造和使用进行了分析。对各元器件在电路中的作用进行分析研究。同时在各个单元学习之后，进行了电路的绘制，本设计使用了Protel99SE软件设计电路板，并运用Proteus软件进行仿真试验。通过此次设计制作，了解触摸式防盗报警器的制作过程。3.2实验原理图分析 图3-1 实验原理图集成电路NE555与C1、C2组成单稳态触发器，平时没有人触及金属片时，电路处于稳定状态，即NE555的（3）脚输出低电平，报警电路不工作。一旦有人触及触摸片，由于人体感应电势给NE555的（2）脚输入一个负脉冲（杂波脉冲），单稳态电路被触发翻转进入暂稳态。NE555的（3）脚由原来的低电平跳变为高电平，该高电平信号经电阻R2使Q1导通，放大器放大推动蜂鸣器发出报警声，由于单稳态电路被触发翻转的同时，电源开始经R3对C1进行充电，约经1.1R3C1时间后，单稳电路自动恢复到稳定状态，（3）脚输出变为低电平，停止报警，电路恢复到预报警状态。四主要元器件的基本介绍4.1NE555芯片引脚及功能NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。NE555的内部功能及引脚图如下图所示： 图4-1 内部功能及引脚图1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电 8电源电压Vcc 真值表如下 表1 真值表输入输出阈值输入（VI1)触发输入（VI2）复位（RD)输出（Vo)放电管TDX2Vcc/32Vcc/3XVcc/3Vcc/30111010不变导通截止导通不变表2.555定时器的参数表参数符号值单位电源电压Vcc16V导致温度（焊接10秒）TLEAD300C功耗PD600mW工作温度范围LM555/NE555 SA555TOPR0 +70-40 +85CNE555应用十分广泛，可装如下几种电路： 1。单稳类电路作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。 2。双稳类电路作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。 3。无稳类电路作用：方波输出 ，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。由于本次实验应用的是单稳态电路，是人工启动单稳，所以在此主要简述下此类单稳态电路。由555组成单稳态触发器的电路及其波形如3所示： （a）单稳态触发电路 （b）工作波形 图 4-2 单稳态触发器图3(a)为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端3输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到2端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C开始充电，VC 按指数规律增长。当VC充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器C1 翻转，输出V0 从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图如图3(b)所示。暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。tw 1.1RC通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。五、Proteus与protel的仿真实验5.1Protel的软件简介早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。5.2Protus的软件简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：1.实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等2.支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM7系列以及各种外围芯片。3.提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51。4.具有强大的原理图绘制功能。5.PCB设计以及自动布线。革命性的特点 1.互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 2.仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。5.3 Protus仿真一、打开Proteus的集成环境，点击文件，新建设计，根据2.2元件明细表中的元件，点击P，进入工作界面。二、在keywords中输入所找的元件名单，然后点击右下角的OK，元件被添加了。三、依次放好元件，使元件摆放美观。四、连接电路，在需要连接的元件接线处，点击左键，移动鼠标，可看到导线的出现，再在导线的另一端在另一个元件的端点处点击，从而连接了电路。如下图4所示。 图5-1 仿真电路图5.4实验调节在Proteus环境版面中点击左下角，如图所示 点击，系统开始运行，如有出错，则系统将报错，点击报错处，查找出错原因，予以改正，当蜂鸣器响时，此时调试已经成功。5.5实验结果分析输入信号vi为1mv，5KHZ的正弦波，调节RV1使三极管工作在放大状态。（1）、用模拟图表观察Vi ，Vo的波形。 图5-2 Vi ，Vo的波形 （2）用示波器仿真的波形 图5-3 示波器仿真的波形 六、组装与调试本次实验由于电路设计比较简单，原理清楚明了，在分析电路模块是比较简单。在经过前面几个阶段的设计后，NE555触摸报警器各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，加入信号，对电路进行总体测试。组装好电路之后，在接入电源之后，本应该是要实现：没有触摸金属片时，LED亮且蜂鸣器不响，用手触摸金属片之后电路可以使得蜂鸣器正常响应，调整正变电阻的阻值的大小就能够获得不同的报警时间。报警与恢复预报状态所用时间T=1.1R3*C1。但是在接好电路之后，没有触摸金属片之时正好是相反的：LED不亮，蜂鸣器响个不停，仔细检查电路接线发现电路没有任何问题，再用万用表检查555芯片的引脚输出电压时，也是没有任何问题的，示波器检查555的波形输出也是没有问题，一气之下我就没有再管了。第二天过去实验室我又接了一次，这次正常工作了，完成了实验的要求，我想了一下估计是电源的问题。在最初的方案设计中，本想用另外一个方案，利用门电路产生脉冲就是在发声电路部分用音响集成电路接一个三极管放大电路后接入报警器，通过接入相对应的引脚可发出不同声音。改装后的电路图见附录图2。它的工作原理是：A1中与非门I和组成了单稳态触发器，A2与R2、B组成了模拟音响发生器。平时，与非门输出高电平，经与非门接成的反相器后变为低电平，所以A2无电不工作，整机静态电流仅几个A。当人体碰到触摸电极M时，人体从周围空间感应到的杂波信号经VD整流在与非门I的一个输入端a获得负脉冲信号，使单稳态电路翻转进入暂态，与非门的输出端突变为低电平，经与非门反相后输出高电平，使A2得电工作，B即发出“