课程设计——水满水缺音乐报警器.doc

第 1 页 共 17 页课程设计(论文)说明书题 目： 水满水缺音乐报警器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 2010年12月19日摘 要 本次设计的水满水缺音乐报警器包括水位检测，信号处理，报警输出，和报警指示部分。系统通过水位检测，根据相应的水电阻来导通或截止三极管，通过三极管的电位差来导通发光二极管LED和二极管D，使相应的报警灯亮，并触发音乐芯片HS-088，通过扬声器发出报警音乐！设计要求能对过高或过低水位进行检测，并做出相应的报警信号！系统主要由四部分组成：第一是水位检测部分，第二是信号处理部分，第三是水位报警输出和报警指示部分，第四是扬声器发出报警音乐部分。关键词：HS-088；扬声器；报警 AbstractThis designs water full water lacks music alarm apparatus including the water level examination, the signal processing, the warning output, and warning instruction part. According to the water level, the system uses the water and electricity to come the breakover or to cut off the triode, comes breakover LED and D through triodes potential difference, is the corresponding warning light is bright, and triggers music chip HS-088, sends out the warning music through the speaker! The design requirements can the low water level carry on the examination to Gao Huo, and makes the corresponding alarm! The system is mainly composed of four parts: First is the water level examination part, second is the signal processing part, third is the water level warning outputs and reports to the police the instruction part, fourth is the speaker sends out the warning music part. Keywords: HS-088；loudspeaker；warning目 录引言 51 水满水缺音乐报警器系统的概述 61.1 电源环境 61.2 水满水缺音乐报警器的工作原理 62 主要元器件的介绍 62.1 HS-088 器件介绍 62.1.1理论中给出的简单芯片管脚的接法62.1.2理论修正后的具体芯片管脚的接法72.1.3实际电路中探索得出芯片管脚的接法 72.1.4两种芯片管脚接线方法比较 82.2 其他器件介绍83 水缺水满音乐报警器电路的设计与制作 83.1 水满水缺音乐报警器原理图 83.2 水满水缺音乐报警器电路简介 93.3 根据原理图用Altium Designer 09画出的SCH图 93.4 水满水缺音乐报警器的PCB图 103.5 制作电路板过程 103.6 焊接好的电路 103.7 调试焊接好的电路 114 结论 115 个人感言 11谢辞 13参考文献 14附录 15引言为了保障自己的生命财产安全，报警器出现在各个领域，随着科技的发张，生活节奏的加快，报警器装置也在不断的更新换代，为了适应日益加快的生活节奏，报警器的发展从保护生命财产安全岛对资源的节约，比如在节约水资源发面发明了水位报警器。 水位报警器在工业控制及民用家电等领域得到广泛应用，如锅炉双套水位报警器，蓄水池水位控制系统，小区气压恒压供水系统，太阳能热水器系统等。有连续信号处理方式，也有开关量信号处理装置，品种繁多，价格性能也各有不同。 本次做的水满水缺音乐报警器装置，在现在农村家庭中有更好的用途，有不少家庭在屋顶上建一个蓄水池，将水抽到蓄水池中，一般很快就会用完水，要重新打水。但在一般情况下，蓄水一般会花一个小时会更长时间。人们绝不会再水池前守候一个小时，而自己会去忙其他事去，二水池中蓄满了水儿自己却不知道。二而本装置就能改变这些问题。只要将本装置在水池中适当的位置装好，设定好水位控制点，在水池注水的工作中，当水位上升到控制点时，晶体管获得偏流导通，这时水满报警灯，即红色二极管发光，同时三极管发射极输出正脉冲信号经二极管加到音乐，音乐被触发工作，输出音乐信号经放大推动扬声器发声，使人们能及时处理，达到不使水外溢的目的。当水位下降到水面下的控制点时，电极间彼此绝缘。这时，三极管获得偏流，因而使三极管饱和导通，水缺报警器即绿色二极管发光。同时，集电极输出正脉冲信号触发集成块工作，即发出音乐报警声，这样主人就可以提前向蓄水池里蓄水！ 与电容变送式报警器，超声波水位报警器等水位报警器相比，本装置取材简单，成本低廉，体积小，电路简单易懂等优点，主要是针对水位的问题制定的水满水缺音乐报警器，对过低和过高水位都有报警作用。当水降到设定好的位置或上升到指定位置是都会有报警灯和报警音乐来提醒主人，这样既可以节省时间，又能有效地解决蓄水池的水位问题，特别适合广大农民家庭。1 水满水缺音乐报警器系统的概述 1.1 电源环境 由于电路较简单，故只需直流电源3V即可，无特殊要求。1.2 水满水缺音乐盒的工作原理 水满水缺音乐报警电路,当水箱里水位高于某一限度或低于某一限度时,它都能发出相应的报警信号. 当水位上升到控制点时，晶体管获得偏流导通，这时水满报警灯即红色二极管发光，同时三极管发射极输出正脉冲信号经二极管加到音乐芯片，音乐IC被触发工作，输出音乐信号经放大推动扬声器发出报警音乐；当水位正常时，报警灯熄灭，报警音乐芯片未被触发，扬声器不发出报警音乐；当水位下降到水面下的控制点时，电极间彼此绝缘，这时，三极管获得偏流，因而使三极管饱和导通，水缺报警器即绿色二极管发光，同时，集电极输出正脉冲信号触发音乐芯片工作，输出音乐信号经放大推动扬声器发出报警音乐！2 主要元器件的介绍2.1 HS-088 器件介绍由图1可知，音乐芯片HS-088芯片有6个管脚，但经过观察可知，有两个管脚是连通的，只是位置不同，故我们统一将沿着芯片边沿的5个管脚从左到右依次命名为1脚、2脚、3脚、4脚、5脚，其中1脚即为标着（）的一脚。下面将讨论该音乐芯片HS-088的具体接线方法，其中包括所能搜寻到的理论给出的简单的芯片管脚接线方法说明、将该理论接法修改后的具体芯片管脚接线方法,、在实际电路中探索得到的新的芯片管脚接线方法以及两种正确芯片管脚接线方法的比较！图1 HS-088芯片 2.1.1理论中给出的简单芯片管脚接法说明观察表1给出的芯片管脚接线方法，由于其解释不清楚，故盲目接线将使电路出现错误，其中芯片3、4、5脚及扬声器接的各晶体管管脚是有区别的，以及各自作用都有不同。所以我们首先需要弄清楚芯片各个管脚所对应的器件管脚，其中晶体管的管脚与它所触发的器件有关。经过对实际电路的探索和分析，3脚、5脚及扬声器应接触发扬声器的晶体管管脚，而4脚所接的晶体管管脚为触发芯片的晶体管管脚，故在接实际电路时，这些简单说明的晶体管管脚接线方法容易被混淆，致使电路出错！ 表1 理论中给出简单的芯片管脚接法1脚接（）电源接开关按钮接扬声器2脚/3脚接晶体管b极接103电容/4脚接晶体管c极接扬声器5脚接（）电源接晶体管e/扬声器接（）电源接晶体管c极/2.1.2理论修正后的具体芯片管脚的接法表2给出的芯片管脚接法是表1的基础上修改后，经过电路实际测试后正确的接线方法，它详细地出了各个芯片管脚的所对应的器件管脚。首先需先弄清楚芯片中的3、4、5脚及扬声器中接b,c,e极的具体晶体管，经过实验得出：芯片3脚应接触发扬声器晶体管的b极，4脚应接触发芯片的晶体管的c极，5脚接地的同时也接了触发扬声器晶体管的e极，扬声器则接在正电源与触发扬声器晶体管c极，1、2接开关按钮，3、4接103电容。通过这种方法的接线可得到正常的报警灯和报警音乐，当开关合上，即1、2脚短接，灯亮时，报警音乐芯片触发，扬声器每次响三下！灯灭时，报警音乐芯片未被触发，扬声器不发声！表2 芯片管脚接法11脚接（）电源接开关按钮接扬声器2脚/3脚接触发扬声器晶体管b极接103电容/4脚接触发芯片晶体管c极/5脚接（）电源接触发扬声器晶体管e极/扬声器接（）电源接触发扬声器晶体管c极/2.1.3实际电路中探索得出芯片管脚的接法 表3给出的芯片管脚接线方法是在实验中探索得出的一种接线方法，该管脚的接法也需先弄清楚芯片接b,c,e极的具体晶体管，其中2脚应接触发芯片晶体管的c极，4脚应接触发扬声器的晶体管的b极，5脚接地的同时也接了触发扬声器晶体管的e极，扬声器则接在正电源与触发扬声器晶体管c极，2、3、4接开关按钮，3、4接103电容。通过这种方法的接线也可得到正常的报警灯和报警音乐，当开关断开，即2、3脚短接时，3脚电位为低电位。当开关合上，即3、4脚短接时，灯亮时，3脚处于高电位，报警音乐芯片触发，扬声器每次响两下；灯灭时，报警音乐芯片未被触发，扬声器不发声！表3 芯片管脚接法21脚接（）电源/接扬声器2脚接触发芯片晶体管c极接开关按钮3脚/接103电容4脚接触发扬声器晶体管b极5脚接（）电源接触发扬声器晶体管e极/扬声器接触发扬声器晶体管c极接（）电源/2.1.4两种芯片管脚接线方法比较 方法1与方法2相比，它们均能实现水满水缺音乐报警功能，有所不同的是它们开关按钮和报警声次数不一样，这也表明，它们的触发方式有所不同。方法2中，当报警灯亮时，开关按钮所起的作用是：先通过短接2、3脚给电容C1充电，再按下按钮，使3脚与4脚相短接，音乐芯片被触发，同时此时电容C1放电，作为晶体管BG4的偏置电压，使晶体管出于放大区来放大音乐信号，再通过扬声器发出报警音乐，但每次只响两下！方法1中，通过开关控制音乐信号的输出，并且每次被触发后，发出报警音乐均响三下！2.2 其他器件介绍 二极管D1，D2主要起隔离作用，避免LED1，LED2同时发光。 发光二极管LED1，LED2分别为红，绿发光二极管，作为报警指示灯。当LED1亮，即红灯亮时，表示水满，超过最高水位；当LED2亮，即绿灯亮时，表示水缺，低于最低水位！ 晶体管BG1可用普通3DG201，也可用9014型硅三极管，BG2，BG3要用3CG21，,9012等硅PNP型三极管，值均可在100150间选用。BG4最好用高值的9014硅三极管或用大于150的3DX201、9013等硅三极管。3 水满水缺音乐盒电路的设计与制作 3.1 水满水缺音乐盒原理图 由于一开始的实验并未清楚HS-088芯片的管脚具体接线方法，故此原理图（图）中只用4个管脚的排针来代替，具体的正确接线后的电路图有两个，分别为附录中的图8和图9。图 水满水缺音乐报警器原理图3.2 水满水缺音乐盒电路简介 当水箱里水位上升碰到电极时，晶体管获得偏流导通，这时水满报警灯，即发光，同时发射极输出正脉冲信号经二极管加到音乐的第脚，音乐被触发工作，脚输出音乐信号经放大推动扬声器发声。 当水位下降到点以下时，电极间彼此绝缘。这时，有电阻获得偏流，因而使，饱和导通，水却报警器即发光。同时，集电极输出正脉冲信号经送到音乐的第脚，触发集成块工作，即发出音乐报警声。 当水位位于之间，这时间有水电阻接入，约几千欧姆左右，此电阻远小于电阻，由分压原理可知，此时基射极间电压降小于，所以，截止，熄灭。同时，端悬空，也处于截止态，也熄灭，此时扬声器无声3.3 根据原理图用Altium Designer 09画出的SCH图 在本次实验中，我的水满水缺音乐报警器有很多器件用外接的方式，即先用排针代替器件，再通过导线连接器件。其中音乐芯片HS-088用4脚排针代替，检测水位端用3脚排针代替，扬声器和电源均用2脚排针代替。故软件Altium Designer画出相应SCH图如下：图3 用Altium Designer 09画的水满水缺音乐报警器SCH图3.4 水满水缺音乐盒的PCB图 根据原理图，导出相应的图，并排版，接线后得到。故通过软件Altium Designer画出相应的PCB图如下：图4 用Altium Designer 09画的水满水缺音乐报警器PCB图3.5 制作电路板过程（1）根据设计出来的原理图利用Altium Designer 09画sch图和pcb图；（2）打印pcb印制电路板；（3）根据原理图焊接元件元件；（4）检查焊接电路有无虚焊、短路等。3.6 焊接好的电路在本次实验中，由于刚开始不清楚音乐芯片的工作方式及管脚的及接线方法，故水满水缺音乐报警器中有很多器件用外接的方式，即先用排针代替器件，再通过导线连接器件。根据原理图，如图即为焊好后的电路。图5 焊接好后的电路板3.7 调试焊接好的电路 由于芯片、扬声器及电源均用外接的方式，故可以方便的按两种不同的芯片管脚接法来测试电路。虽然芯片接法不同，但测试方式结果相似，都是先接水位管脚，并按不同水位来测试板子的功能。（） 当水位位于在上，即水满时，相当于短接，偏流导通，发出红光，导通触发音乐片，通过扬声器发出警报；（） 当水位位于下上即之间，也即水位正常时，之间有水电阻，约几千欧，远远小于，基射极，均熄灭。（） 当水位位于下上即间，即水缺时，绝缘，BG2有电阻R1获得偏流，BG2，BG3饱和导通，水缺报警灯LED1发绿光，BG3的基极触发音乐片HS-088，通过扬声器Y发出报警音乐。4 结论 通过本次课设，我从中知道了许多无法从课本上知道的实际工作经验，也巩固了自己所学的文化知识，更主要是让我学会了如何自学并发现问题和解决问题。本次设计虽受到一定条件的限制，调试过程中也出现了一些问题，但在同学的帮助，老师的指导下，基本达到了预期的设计要求和目标。在设计过程中，涉及到很多专业知识，如：模拟电子电路，电路理论，高频电子电路，Altium Designer软件，等等，真正地把理论和实践结合起来，及巩固了理论知识，也提高了自身的动手能力，让我觉得本次课设期间的收获远远大于在学校期间的理论知识的学习。 水位报警器在工矿，石油，天然气等方面有很大的发展空间，在保护生命财产安全方面将起到非常重要的作用。该水满水缺音乐报警器对高水位和低水位均有报警指示功能，但由于水的导电性不一致，容易受水质和水位波动影响，故实际电路应用中会有影响，电路的感应水位部分可以稍做更改，比如水的介电常数较大，可以用特殊的接近开关隔着玻璃感知液位，也可以将一个开关与一个浮球联接在一起，当液面什高，浮球浮起带动开关，开关再接通电路，用电子式水位开关（见附录）来代替是个不错的选择！当对芯片没把握时，适当用外接法是个不错的选择，我们可以通过外接方法来探索芯片各个管脚的具体功能，这样能避免不必要的繁杂焊接电路过程以及不必要的损失，并能节约器件！5 个人感言课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此次课程设计，我感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个制作，从理论到实践，在整整一月的日子里，可以学到很多很多的东西，比如学会怎么用Altium Designer绘制原理图和图，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，比如音乐芯片HS-088的资料不足，无从知道正确的管脚接线方法。这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法。 在本次课设中，虽然题目很简单，元器件及其原理都简单，但实际与理论的差距让我吃了不少亏，比如在画好PCB图后安装元器件的时候，我照着图把BJT的管脚安反了，没有按原理去安装器件，让我的第一次调试很失败，通过检查，终于在同学的帮助下发现了错误并重新焊接。实验之前，由于买不到原理图中的音乐芯片HY-2851，我不得不自己另外找到类似音乐芯片来HS-088代替，由于搜到的HS-088的相关资料非常简少，在电路中接线并不能成功，这使我非常困惑。我只能在同学老师的帮助下试着探索该芯片的各个管脚功能及接法，这使我的课设又一次陷入困境。但经过多次探索和尝试，我终于探索出芯片的管脚接线方法，并找到了两种可以正确实现其报警功能的接线方法，这是我这次课设最大的收获！另外，我还学会了Altium Designer软件的使用，以及如何用外接法来探索芯片各个管脚功能！ 总之，这次课设让我受益匪浅！谢 辞在本次课程设计中，得到很多同学老师的帮助，使我获益良多。无论这次课程设计的结果如何，我都要感谢给过我帮助的人。对于电子设计的初学者来说，经验的欠缺常常会让我们在学习的过程中吃尽苦头，我非常庆幸能得到同学老师的帮助，他们用自身做设计的经验指导我，倾力传授我设计的技巧，使我受益匪浅。当我初出茅庐，还不知如何正确画出电路图时，是耐心的同学教我如何使用Altium Designer软件；当我遇到芯片资料不足，无法正确接线时，是老师同学指导我、鼓励我；当电路调试失败时，是同学帮我细心检查、一次次调试电路。最终，在老师同学的指导启发下，我终于探索出了音乐芯片的正确管脚接线图。如果没有大家的帮助，我是不可能有现在的这些成果的，故在此真诚感谢所有帮助过我的老师同学！参考文献1 孙梅生，李美鸢，徐振英. 电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社，1995:12.2 康华光. 电子技术基础（模拟部分)M.北京：高等教育出版社，1995:438440.3 高泽涵. 电子电路故障诊断技术(高)M.西安：西安电子科技大学出版社，2001:827.4 王卫东.模拟电子电路基础M.西安：西安电子科技大学出版社，2003:126-1285 闫胜利, 袁芳革 , 冷小冰.Altium Designer 6.x中文版实用教程M.北京：电子工业出版社， 2007-6-1.6 石磊,张国强. 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