室内防盗报警器电路设计.doc

室内防盗报警器电路设计前言随着科学技术的迅速发展，数字电子技术的概念和分析方法已经渗透并应用许多种不同的领域中。但，随着科学技术的发展，盗窃团伙的犯案手法也变得层出不穷。他们不是一个落后的团伙，他们也得利用高科技犯案。因而侦破盗窃案，成了公安机关的一大难题。防止盗窃犯罪的发生，不仅是公安机关的责任，普通公民也应该保管看护好自己的财物，以免盗贼有机可乘。特别是那些无人看管的财物，更是为贼人提供了“优异”的作案环境。因而在家中安装防盗报警系统，是预防被盗的有效方法。当家中无人的时候，家中的贵重物品便成了主心中的“牵挂”。为了更加安心地出门，在家中安装防盗报警器是最直接的方法。出门前，启动报警器，当有人非法进入内时，触动了早已装置的报警器。报警器，便会制造声响，以吓走盗贼或引起邻居的注意，做到防盗的目的。但同样令主人头痛的就是：市面上有着各种各样的报警器，选择，是一件难事情，担心这样那样的事情。还有就是它们的性价问题通过自行动手，翻阅资料，本人设计了任务要求的具有“记忆”性的红外线家庭防盗声光报警器。在思考和设计过程中，我由浅入深，从认识器件开始到自行改装和设计电路，加深了对所学知识的认识和了解，增长了见识，提高了能力， （一）设计电路的功能和主要性能指标（1）设计电路的功能此电路工作时，当红外线发射管照射到红外线接收管的红外光受到遮挡时，红外线接收管导通，启动继电器，继电器的常开开关闭合，报警电路开始工作。喇叭发出“嘀、嘀、嘀”的警报声，显示灯开始闪烁此时，即使红外光没有被遮挡，报警电路仍然保持在工作状态，因为启动电路已经把继电器锁上（“记忆”），不按复位开关，即2电器常开开关不会打开。这样贼人就无法停止报警器“报警”（除非他破坏了电路）。此电路对阻吓贼人较强大的作用，防盗实用较大，制作也不太复杂，操作容易，材料也较容易买到，具有一定的商用价值（2）设计电路的主要性能指标a，此电路由6v的直流电源供电。电路也可用612v的直流电源，只需要更换部分元器件即可。b，电路采用稳定性高的555集成电路组成。ic1是利用输出脚电平的高低来控制继电器常开开关的开与合。ic2与ic3构多谐振荡器，负责控制闪光灯和喇叭。c，该电路耗电低，在没有触动报警的情况下，启动电路部分耗电流仅20ma左右;警报电路部分根本不耗电。报警时，启动电路电流达数十ma；报警电路仅为20ma左右。d，红外光接收管反应敏捷，受到红外光照射时管子保持截止的状态；当红外光线被阻截时，管子立即导通，启动继电器工作，即是报警器开始报警。e，“红外线发射管”和“红外线接收管”两端可以并联多组“红外线发射管”和“红外线接收管”，使其“探测”范围更广。(二)单元电路的设计过程 （1）对报警器进行构想报警电路该如何工作？如何能让擅闯者触动报警器？报警器该如何开启？通过上互联网查找资料，发现许多报警器的警报系统都是利用集成电路的延时来发出警报声音或者是闪灯，触动后的报警器后不久就会自复位，再次处于警戒状态，我觉得这样不能阻吓贼人，经过考虑，最后确定了初步的方案：a利用“常开”继电器启动警报电路，使报警电路发出警报闪光和声音。b利用感光二极管作为触动开关。c报警器工作时，被触动后，报警器的闪灯和喇叭不停工作，以阻吓贼人和引起别人注意。直到主人重新设置报警器为止。由以上几点，最后决定用555集成电路对设想中的电路进行控制。（2）理解555集成电路的工作原理，以更好地设计电路。（3）设计构想中的电路首先设计继电器的启动电路，利用单个555集成电路的输出端电平的高低以及其复位的作用来控制继电器的开与关。然后设计闪烁灯和喇叭的警报电路，利用两个555集成电路组成的多谐振荡器，对闪烁灯和喇叭发出的声音进行控制，以达到设计的要求。考虑把“红外线发射管”和“红外线接收管”安装在哪个电路上，以达到最少的影响。最后画出简单的分部电路图，以便进行组合。（4）根据画出的简图，利用ewb软件进行测试先对启动电路进行测试；然后对警报电路进行测试；再把“红外线发射管”和“红外线接收管”分别接到电路上，测试其影响，并决定把“红外线发射管”和“红外线接收管”放在哪个电路上；最后把两个电路组合其来，并进行测试。（5）根据测试的结果得出设计好的电路图。（6）进一步理解报警电路。（三）整机电路和各部分电路的工作原理说明a，元件清单名称符号数值单位名称符号电阻r1510喇叭y86v电阻r224k开关k1电阻r3510开关k2电阻r420knpn三极管vd1电阻r530k555集成电路ic1电阻r6510555集成电路ic2电阻r750k555集成电路ic3电阻r8100k继电器ka;s16v,常开;型号：jw1hn电容c10.022f二极管指示灯l1绿色电容c2100f红外线发射管l2电容c30.01f红外线接受管l3无红外光照射时截止电容c40.1f直流电源e1电容c50.01f直流电源e2电容c65.8fb，整机电路的主要功能整机原理图如下图说明:闭合总开关k1，把k2由“解警”扳到“警戒”位置，报警器开始工作。当有物体遮挡红外光线时，l2导通，s1自动闭合（继电器被锁上），警报电路报警灯闪烁并发出报警声音：“嘀、嘀、嘀”。主人回来时，把k2由“警戒”扳到“解警”位置，警报电路s1断开，报警停止,重新扳到“警戒”,报警器重新进入”待机”状态。c，部分电路的工作原理说明1)启动电路这是一个具有自保记忆性特性的利用二极管截止和导通的警戒开关, 用一只555集成电路和一只继电器构成。电路如“整机原理图”中的“启动电路”部分所示, 工作前把开关k2扳到 “警戒”位置, 于是555集成电路第三脚输出高电平, 继电器ka处于释放状态,报警电路不工作。当有不速之客遮挡红外光时，管子导通，555第六脚因加上高电平而使输出转换成低电平，于是继电器ka吸动常开触点开关s1闭合。报警电路接通电源，开始报警。由于该电路具有自锁功能，若不把k2扳到“解警”（复位），继电器ka恒处于工作状态，于是常开触点s1恒处于闭合状态，因而警报电路不断发出警示。这时，不管“红外线接收管”是否导通，不按复位开关，继电器不会自动释放。把k2扳到“解警”(复位)后，继电器释放，常开触点s1打开，警报电路因断电而停止工作。2)警报电路这是一个多谐振荡器，用两只555集成电路构成。主要是控制闪光的频率和喇叭发出的声音。a)555电路的工作原理555的说明：它是一种时基电路，能在4.5-18v电源下工作，输出电平可与ttl，cmos，htl逻辑电路兼容，振荡精度与外接元件特性有关，具有200ma的吸收或供出电流，可直接推动扬声器，电感等低电阻负载。555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。目前生产的定时器有双极型和cmos两种类型，其型号分别有 ne555、5g555 、c7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而cmos定时电路具有底功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516v，最大负载电流可达200ma；cmos定时器电源电压为318v，最大负载电流在4ma以下。555定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，其组成电路框图，功能表见表如下：从555定时器的功能表可以看出：555定时器有两个阈值（threshold）电平，分别是1/3vcc和2/3vcc；输出端为低电平时三极管td导通， 7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管td截止， 如果7脚接一个上拉电阻， 7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同555定时器有二个比较器a1和a2，有一个rs触发器，r和s高电平有效。三极管vt1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管vt2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kw电阻组成的分压器，由此可以获得和 两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端gnd，2脚是低触发端tl，3脚是输出端out，4脚是清除端rd，5脚是电压控制端cv，6脚是高触发端th，7脚是放电端dis，8脚是电源端vcc。555定时器的输出端电流可以达到200ma，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。当th高触发端6脚加入的电平大于 ，tl低触发端2脚的电平大于 时，比较器a1输出高电平，比较器a2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。 当th高触发端加入的电平小于 ，tl低触发端的电平大于 时，比较器a1输出低电平，比较器a2输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。 当th高触发端6脚加入的电平小于 ，tl低触发端的电平小于 时，比较器a1输出低电平，比较器a2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。 当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。 由电路框图和功能表可以得出如下结论：1555定时器有两个阈值，分别是 和 。 2输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接 有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。 3输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为 。 4输出与触发输入反相。 b)555构成的多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路接好后，只要接通电源，再其输出端变可以获得矩形脉冲。 电路图如下：振荡电路的周期与频率计算：tw1=0.7(ra+rb)c tw2=0.7rbc t=tw1+tw2=0.7(ra+2rb)c f=1/t 警报电路中的振荡器是利用两多谐振荡器组成的，振荡器ic3的输出电压u3，接到振荡器ic2中555定时器的复位端，当u3为高电平时ic2振荡，为低电平时，ic2复位停止振荡。当ic3的u3为高电平时v1导通，此时l3的电流可以经过v1到达电源负极，l3发出绿光。当u3为低电平时v1截止，l3的电流不能经过v1到达电源负极 ，因此l3 中没有电流经过，故l3不能发光。u3是高低电平方波脉冲，电平的高低正好控制v1的导通与截止，这样，l3中的电流就时有时无，因此l3可以一闪一闪地进行报警提示。喇叭y的工作方式与l3的工作方式相似，只是u2的波形与u3的波形不同，u2频率让ic3中的u3搞乱了而已。c)镜面反射原理如下图所示，左图是红外光线未被遮挡时的情况，右图为红外光线被遮挡时的情况 红外光线的铺设，可以利用平面镜，凹镜，凸镜等进行反射原理。镜子的面积可以大，也可以小，也可以整齐地装在两边的墙上，不过光线应尽可能的多。这样，即使贼人发现有红外线的存在，但由于密度的关系，贼人在经过时，不管多小心，都会遮挡光线，从而触动报警器。（四）设计电路的优缺点和进一步改进的设想（1）优点a，此电路用红外线光感二极管作为触发装置，与直接开关式防盗器相比先进了不小，其红外线分布可以利用平面镜的反光原理进行铺设，那么感应探察范围就可以很大，相应盲区就少，又因为红外线线是肉眼看不见，因而感应就变得无形而难以躲避。b，此电路有自锁记忆功能，锁定后贼人无法关掉报警器（除非启动电路或者报警电路被破坏了），直到主人回来，对电路进行复位后，报警才会停止。这样，主人就可以根据报警器有没有启动，从而判断是否有不速之客。由于盗贼触动报警后，报警器一直工作，这样对盗贼有较大的阻吓作用。c，此电路是直流电路，防止了交流电停电或贼人切断外部交流电源。d，此电路声光同时报警，既阻吓了盗贼，又引起了人们的注意。e，此电路装放和工作隐蔽，不易为人所知（特别是盗贼）。f，此电路可以在“红外线发射管”及“红外线接收管”两端并联多组“红外线发射管”和“红外线接收管”，这样就可以增大防盗范围。g，警报电路，由于不警报时，电路与电源是断开的。因而在“警戒”状态时，警报电路不耗电。h，此电路，在没有东西遮挡红外线时，误报现象几乎不会出现。（2）缺点a，此电路在设置红外线的分布时比较困难，要借用多种辅助工具，特别是利用镜面反射原理进行铺设时工程更困难。b，此电路在工作时，启动电路中的“红外线发射管”要长期处与工作状态，这样电池的消耗就较大。因而供电就成了报警器的首要问题。c，报警器在工作时，时时刻刻都在耗电，当报警器电量不足时，报警器不能自行提醒主人换电，因而主人需要经常留意电池的电量。以免报警器缺电而不能正常工作。d，报警器没有工作状态的提示灯，因而主人不能确定报警器是否在工作，往往要自行测试报警器的工作状态。（3）改进一步改进的设想a，在“红外线发射管”及“红外线接收管”两端并联上热敏感应元件之类的，报警器的用途就可以更广一些。改装后，到时就可以做到既防盗又防火等的报警器。b，电路中的两个开关如果利小型遥控器来控制，这样主人就可以随时随地地按照自己的要求对报警器进行开启警戒解警状态的设置。c，利