水银防盗报警器论.doc

郑州科技学院模拟电子技术课程设计题 目 水银防盗报警器 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 信息工程学院 指导教师 完成时间 2013年5月30日 引 言近年来随着改革开放的深入发展、电子电器的飞速发展。人民的生活水平有了很大提高。各种自行车、电动自行车、摩托车、汽车和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强造成偷盗现象屡见不鲜。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。随之人类便发明了防盗器报警器,为人们解决了不少问题。报警器是一种保护生命财产安全的电子产品，它在各个领域的应用十分广泛。水银报警器由于是使用重力进行报警，应用起来及其方便，备受人们青睐！随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此家庭作为社会的基本单元，其防范问题就显得尤为重要。所以作为新一代的智能家居安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，我们现在初次进行模拟电子课程设计。我们小组设计的是水银防盗报警器。设计这个电路的时候， 我们从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件，找到适合的功能电路，采用了时基集成电路、水银开关、音乐芯片和一些其他的元件来焊接了这个水银防盗报警器的电路，从而实现了上述的报警要求。目 录1 电子课程设计的目的12 电子课程设计的任务及设计思想12.1 课程设计的任务12.2 设计思想13 设计的方案与论证23.1 方案选择与论证24 电路原理及功能分析34.1 水银防盗报警电路的工作原理34.2 元器件的选择54.2.1 555时基电路原理54.2.2 音乐芯片65 组装过程75.1元件识别检测情况75.2组装调试方法、流程95.3故障排除95.4产品质量报告106 电路的焊接107 硬件调试107.1组装注意事项107.2调试注意事项107.3焊接中出现的问题117.4 电子产品的调试117.5调试中出现的问题及处理方法118 总结12参考文献14附录1 电路元器件明细表15附录2 核心元件的数据手册，及其性能参数161 电子课程设计的目的 设计的这个装置，平时打开电源水平放置，当小偷触动你设有报警器的装置时， 水银防盗报警器就会发出报警声， 定能使歹徒魂飞魄散。具有一定的实用性。通过此次课程设计巩固和加深“模拟电子技术”及相关课程知识。在设计产品的过程中培养自己独立分析问题和解决实际问题的能力。 2 电子课程设计的任务及设计思想2.1 课程设计的任务（1）设计并制作一个水银报警器，并理解其工作原理。（2）使用Multisim软件进行计算机仿真设计。（3）根据从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件，找到适 合的功能电路。 （4）通过对本制作的安装、焊接、调试，了解电子产品的内部构造，训练动手能力，掌握元器件的识别、简易测试以及整机调试工艺。 （5）熟练使用电烙铁、剪钳、万用电表等电子工具。（6）认真仔细的安装焊接，排除安装焊接过程中出现的故障。（7）通过网络查阅和图书馆资料， （8）学会撰写课程设计总结报告。 （9）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 2.2 设计思想 本次设计要求完成基于水银防盗报警电路的设计、连接，选择适合的电路元器件。 而整个设计的核心部分就在于采用了控制其它电器进行工作的设计，当报警器电路受到轻微震荡时，报警器就会因重力作用发声报警。随后运用画出电路图待所有模块的功能正确之后，然后制作相应的电路板，最后照着原理图进行整机电路的连接。 3 设计的方案与论证3.1 方案选择与论证 水银防盗报警器的关键部分是IC1（NE555）和IC2(CL9561)控制报警电路，由二者控制电路控制声报警信号的产生。下面列出两种方案：方案一：车载报警装置，采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大，从而使电路发出报警信号。正常情况下，运算放大器不工作，直到有信号时才工作，将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器，输出音频信号使扬声器发声报警。传感器可采用压力传感器。此方案需要使用运算放大器，使电路变得复杂。而且，目前市场上很难买到运算放大器。此外，运算放大器的价格比普通组件都要贵，这也增加了设计成本。图3-1 电路原理方框图 方案二：采用IC1（NE555）和IC2(CL9561)进行控制，无偷盗情况时，使IC2(CL9561)处在截止状态，则被控器的声信号产生电路不工作；一旦有偷盗情况，立即使水银开关导通，通过IC2内部集成电路的处理后发出报警信号，这个报警信号很微弱，不足以推动扬声器发出声音，这个微弱的信号送给三极管VT进行功率放大才能使扬声器发出响亮的报警声，呼叫被盗者采取相应措施，原理如图3-2所示。水银开关水平状态斜置状态555被迫强制复位555强制复位解除电路不震荡电路震荡不发出报警声发出报警声 图3-2 电路原理方框图与方案一相比，方案二有着明显的优点。主要在于其电路简单，更实用，设计成本也比较低。此次课程设计，我采用的正是第二种方案。4 电路原理及功能分析4.1 水银防盗报警电路的工作原理水银防盗报警器的电路原理图如下图4-1所示。图4-1 电路原理图电路中NE555时基集成电路接成典型无稳态工作方式，三极管与水银开关构成水银防盗触发回路。当电源开关打开，报警器处于水平状态时，防盗报警器断路，当水银防盗报警器偏离水平状态一定范围时，以为重力的作用，水银开关处于连通状态，此时整个报警器电路处于通路状态，音乐芯片中储存的音乐文件会通过报警电路播放出来，从而实现报警。本电路的核心元件是IC1（NE555）和IC2(CL9561)，当按下开关S1时整个电路的电源接通，如图3-2所示，假设这时水银开关S2处于断开状态，IC1的2脚接地处于高电平，3脚处于低电平无电压供给IC2使得执行机构扬声器不能发出声音；当振动或使水银开关S2接通时（然后断开），IC1的2脚接地处于低电平，这是IC1的3脚处于高电平，也就是直接将电源电压提供给IC2工作，通过IC2内部集成电路的处理后发出报警信号，这个报警信号很微弱，不足以推动扬声器发出声音，这个微弱的信号送给三极管VT进功率放大才能使扬声器发出响亮的报警声，通过调节R3的阻值使得声音的音调有所变化，直到满意的效果。经过我们实验该电阻R3取在100270K比较好，这里电阻R2和C1起到延时断开IC1第3脚的电压的作用，使得报警声响一段时间后自动停止报警，这里水银开关的安装角度决定报警器的灵敏度，当未振动是S2是开路的，当振动时S2触发接通使报警器发出声音，然后马上断开，这样报警一段时间(由C1和R2决定)后便自动停止报警，这里C3是报警器的电源滤波电容，C2是IC1的旁路电容，R1提供IC1的信号工作点，IC1的4、8脚为电源电压输入端，1脚接地。4.2 元器件的选择4.2.1 555时基电路原理555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。555引脚图如图4-2所示：图4-2 555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、电源电压其内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个 RS 触发器，一个放电晶体管和一个功率 输出级。内部结构如图4-3所示：图4-3 NE555内部结构555定时器功能表图4-4 NE555功能表4.2.2 音乐芯片音乐芯片Cl9561是语音合成报警集成电路，芯片内储存了四种声音可供选用。Cl9561集成电路芯片自右向左5个焊盘分别是：电源正端VDD（也为触发端）;振荡端OSC应外接一只振荡电阻；输出端OUT；电源负端Vss。声音类别选择端TR1、TR2。Cl9561 四声报警 COB图4-5 音乐芯片1外围接线图如上：2. 工作电压：2.4V-3.6V 3. 上电自动复位4. 可选择四声报警声:110警车声、火警声、救护车声、机枪声。5 组装过程 5.1元件识别检测情况1.电阻用色环法定义：通过色环来表示电阻的大小，有效数字、倍率和允许误差。现在见到的电阻的色环有四道和五道的，四道环的有效数字是前两道环所代表，而五道环是由前三道所代表。2.识别电容器，电容的标注分为直接标注和色标法。通过学习，明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量，不标单位。而色标法则同电阻器的标注。检测电容的方法是利用电容的充放电特性，一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象，两只表笔触及被测电容的两条引线时，电容将被充电，表针偏转后返回，再将两表笔调换一次测量，表针将再次偏转并返回。用相同的量程测不同的电容器时，表针偏转幅度越大说明容量越大。测试过程中，万用表指针偏转表示充放电正常，指针能回到，说明电容没短路，可视为电容完好。（1）电解电容（如图5-1所示）有极性，使用时不能接反。检测时，用万用表两表笔分别接触电容两电极，每次测量时先把电容器放电。电阻大的那次黑表笔接的是电容的正极。容量可从封装上直接读出,如470uF。图5-1 电解电容（2）瓷片电容（如图5-2所示）无极性，使用时不区分。容量采用数码表示法，一般用三位数表示，前两位表示容量有效数字，第三表示幂指数。即“0”的个数，默认单位为pF。如 “103”=10*10pF=0.01uF图5-2 瓷片电容3.三极管（如图5-3所示）的识别和检测，很明显，一般的三极管就是三个管脚，很容易识别，所以识别三极管重要的是识别三极管是npn或pnp型，以及各管脚所代表的极性。而这些的判断都需要使用万用表。判断极性：对半圆型三极管，将管脚向上，半圆向自己，顺时针为ebc极。判断三极管的类型：在基于以上极性判断的前提下，npn管，基极接黑表笔，测得电阻较小。pnp管正好相反。图5-3 晶体三极管5.2组装调试方法、流程将检验识别完好的元件有规则的插入电路板。按图纸用导线将各元件连接到一起，检查电路板与图纸有没有不同之处，看有没有短路或断路。接通电源.如果接通电源之后却没有任何的反应，所以我们又做了如下的处理：将所有元件重新插入电路板，保证每个原件都插接良好。用万能表依次将所有元件的接入端进行检查，看是否有电。 接通电源后，能正常运行，就拆卸导线，进行焊接，焊接过程中保证不让电烙铁的高温烧坏元件（尤其是IC2是怕热的报警芯片）。焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成45夹角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。被焊金属未经预热，而将焊锡直接加在烙铁头上，使焊锡直接滴在焊接部位，这种焊接方法常常会导致虚焊。接通电源，重新检验是否工作正常。 5.3故障排除 当全部焊接完毕后再检查一下有没有元件拆错，有没有虚假错焊、短路、断路等，确实没有错误时再通电，将水银开关S2接通即可报警，否则需检查IC1、IC2、9013等元件，一般安装正确都会一次成功。5.4产品质量报告本电路用NE555作为时基电路，CL9561为报警集成电路。触发电路由水银开关导通，灵敏度高，声音响亮，延时10秒停止后又处于待机状态。6 电路的焊接 焊接一般分为五步： 准备 加热 加焊锡 去焊锡 去烙铁 当焊锡完 全润湿焊点后离开烙铁，注意移开烙铁的方向应该是大概度的方向。焊接电路时对于电烙铁的使用需要注意许多问题：首次使用电烙铁时，烙铁头要上 锡；对于表面已经氧化的焊盘和元器件的引脚，必须用细砂纸打磨干净，涂上助焊剂， 然后搪上一层薄而均匀的焊料；导线焊接前要出去末端绝缘层；焊接时间不宜过长，否 则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热；焊点应呈正弦波峰形状，表面应 光亮圆滑，无锡刺，锡量适中；焊接完成后，要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干 净， 以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作； 集成电路应最后焊接， 电烙铁要可靠接地， 或断电后利用余热焊接。 7 硬件调试 7.1组装注意事项 由于本电路工作频率低，总增益又不是太大，不易发生自激或其他异常现象。对元器件的选择要求不高。7.2调试注意事项 在通电测试前，首先按照电路原理图认真核对，看是否有漏焊、虚焊、错接、短路的地方。7.3焊接中出现的问题 （1）NE555的引脚焊倒了； （2）三极管发射级、集电极、基级没分清楚；（3）电路出现短路地方。 7.4 电子产品的调试1水银开关中的水银置于根部时，开关接通，而位于顶部时则断开，当报警器水平放置时，将水银开关调整到水平向下倾斜30度左右，平时让水银开关中的水银位于玻璃管的顶部，而当有振动时，里面的水银会上下窜动，从而接通开关。玻璃管的倾斜角度大小，直接影响到报警器的灵敏度，这一点大家在制作时可自己进行试验。安装好里面的器件，然后再接通4.5v的电压，电路就能正常工作了。2.报警部分调试时，将VT2的C、E极间短路一下，若有正常的报警声发出，说明报警电路工作正常，若不正常，应重点检查9561上的振荡电阻是否安装可靠。3 555单稳态电路调试时，只要按线路板上的标识进行焊接，基本无须调试，开始调试时用短接水银开关两焊点的办法来模拟，当工作正常后，再焊上水银开关。水银开关的状态平时应为断开，而有振动时，开关里面的水银运动可接通开关，这主要看开关的水平角度，具体调到什么程度，制作者须实际安装时确定。7.5调试中出现的问题及处理方法（）第一次调试时，电路没有反应，通过检查电路，发现的引脚焊错了，后来又重新焊了。 （2）第二次调试时，三极管级脚焊接反了，设计失败。开始根据电路原理图进行检查，看看是否有漏焊、短接虚焊等常见的错误，发现很多地方有不正确，便把短接、漏焊的地方改正，又反复核对。8 总结光阴如箭，日月如梭，两周的电子课程设计转眼就结束了。虽然我们设计的产品不是很完美，但我们大家都曾努力地付出过，我们一起探讨制作方案，一起商量操作步骤，不仅学会了很多操作技术，同时也对模拟电子这门课程有了更深入的了解。在我们的报警器终于可以工作的那一刻，我的心情说不激动是假的，正所谓“只要功夫深，铁杵磨成针”，虽然失败了几次，但最终我们也成功的做出了作品。此次实训设计是我们从大学走向未来工作的重要一步。从最初的选题，组装，调试直到完成作品。其中，查找资料，与同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和提升。当听到音乐芯片发出声音时，我们都激动不已，很有成就感。电子装配实习，是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，作为国家重点培育的高技能人才，仅会操作鼠标是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。 通过这次课程设计的学习，我们对电子工艺理论有了初步的系统了解。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子工艺课的学习更有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。 为期两周的电子课程设计，让我收获了很多知识和经验。我也终于明白：做任何事情，细心，认真，不骄不躁是必不可少的。感谢老师给我们这次亲自动手，自行完成课程设计的机会。在此过程中提高了我对电路的分析能力；掌握了对常用电子器件的类型和特征的了解；学会了电子电路的焊接、安装和调试；培养了自己解决问题的能力。最后，谢谢老师这两周来对我们的教育与指导！参考文献1江晓安.数字电子技术第三版.西安:西安电子科技大学出版社2008.62江晓安.模拟电子技术第三版.西安:西安电子科技大学出版社2008.33张庆双.555应用电路精选.北京:机械工业出版社2010.44萧景和.555/556时基集