双路防盗报警器-内容.doc

数字电子技术课程设计双路防盗报警器摘 要 人类社会进入21世纪，科学技术获得了空前的发展。当今，由于电子计算机技术、现代通讯技术的进步，使人们在空间和时间上的距离都大大地缩短了。现在，大家坐在家里便可以了解发生在世界各地的事情，通过电视屏幕就可以看到大洋彼岸进行的国际体育比赛，或千里之外的亲人“面对面”交谈。查阅资料可以不去图书馆，订票购物都可以在家里进行。无纸办公，在家上班也变得轻而易举。从琳琅满目，功能纷呈的家用电器到工厂自动化控制生产过程，从宇宙航行到水下机器人作业，从电报电话到光纤通信，所有这一切都向人们显示信息时代繁花似锦的动人景象。 近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、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。为此，提出“双路防盗报警器”的设计任务。 该报警器适用于防盗门、也适用于中小企事业单位。其特点是灵敏、可靠，一经触发，可以立即报警；也可以延时5S（秒）再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。报警时可以发出类似公安警车的报警声之外，两只警灯还可同时交替闪亮，增加了对犯罪分子的威慑气氛。关键词 防盗门、防盗报警器、中小企事业单位、公安警车的报警声第11页1 设计目的目前市售的防盗报警器有的结构复杂、体积大、价格贵，多适用于企事业单位用。而一些简易便宜的报警器其性能又不十分理想，可靠性差。综合各种报警器的优缺点，并根据本设计要求及性能指标，兼顾可行性、可靠性和经济性等各种因素，确定双路防盗报警方要组成部分的方块图如图1所示。它由电源稳压部分、延时触发器、报警声发生单元和警灯驱动单元四部分组成。警灯驱动单元延时触发器报警发声单元电源稳压部分图1双路防盗报警器方框图2 课程设计内容1设计一个双路防盗报警器，当常闭开关1（实际中是安装在窗与窗框、与门框的紧贴面上的导电铜片）发生盗情时，K1打开，要求延时113s发生报警。当常开开关K2发生盗情而闭合时，应立即报警。 2发生报警时，有两个警灯交替闪亮，周期为12s，并有警车的报警声发生，频率为f=1.51.8kHz. 3 选择电路元、器件。4 安装调试。3 题目分析和设计思路在进行电路元器件安装时可以先进行虚拟电子实验（multisim），它是一种在国外高标校和电子技术界广为应用的电路计算机仿真设计软件被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。 multisim的特点：操作界面方便友好，从原理图的输入到电路的仿真测试都可以轻而易举地完成；虚拟电子设备齐全，包括示波器、函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等；提供了14种分析工具，利用这些工具，不仅可以清楚地了解电路的工作状态，还可以测量电路的稳定性和灵敏度；提供了4种扫描分析可以帮助用户观察各种条件和参数变化时电路的变化情况，提供了相当广泛的元器件，从无源器件到有源器件，从模拟器件到数字器件，从分立元件集成电路应有尽有。 4 总体设计4.1基本RS触发器 触发器是一种能够存储一位二值信号的基本单元电路。它具有两个能自行保持的稳定状态，用来保持逻辑0或逻辑1，而且可以根据不同的输入信号置成0或1状态。 基本RS触发器是各种触发器电路中结构最简单的一种。它有两个输入端：（或非）端是置1端，（或非）端是置0端。两个输出端和，按定义1，0时，触发器为状态；0，1时触发器为0状态。当置1端有信号时，触发器置为1状态；当置0端有信号时，触发器置为0状态。若输入端无信号；则触发器保持原来状态。4.2 555多谐振荡器4.2.基本原理 多谐振器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信号），便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有路丰富的高次谐波分量，所以称为多谐振荡器。 先将555定时器构成施密特触发器，再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且电容的电压Vc将在Vt+和Vt-之间反复振荡。 电容电压Vc与输出电压Vo的波形如图2所示充电时间多谐振荡器Vc与Vo的波形图： 图2多谐振荡器Vc与Vo的波形图1（R1+R2）CLn(Vcc-Vto)/(Vcc-Vt+)=( R1+R2)CLn2 放电时间：T2R2CLn(Vcc-Vt+)/(Vcc-Vt-)=R2CLn2 振荡周期：T=T1+T2=(R1+2R2)CLn2 振蒎频率：f=1/T4.2.2操作步骤 （1）用555定时器构成多谐振荡电路。所需元件：电源、电阻、电容。将555定时器的阈值端THR与2脚TRI相连，并对地接入107 uF的电容，THR与脚间接入10电阻2，7脚DIS电源之间接入10电阻1，复位端R ES接高电平，5脚on通过0.01 uF的滤波电容接地。 （2）输出端3脚接示波器。 （3）打开示波器，打开仿真开关，观察输出端的仿真波形 （4）改变电容值，观察输出端的仿真波形 （5）改变电阻值，观察输出端的仿真波形。 （6）移动示波器的游标，观察并计算仿真波形的周期。图3 555多谐振荡器f=1/(10+210)1000100.000001Ln20.33Hz 结论：输出矩形波的频率取决于外接电阻，电容的值，根据仿真电路测定电路性能是否完好，然后连接实物图，并逐步测定电路的输出与输入是否符合设计要求。如测试良好，可直接投入家用。5 具体设计5.1电源稳压器我国，一般家用电器在设计时，都以220伏电压为标准，高于或低于220伏，会对家用电器产生影响，甚至会烧毁家用电器。家用稳压器，就是调节过高或过低电压，使通过稳压调整后的电压维持在220伏，以保证家用电器的正常工作。 延时触发器 报警声发生单元 警灯驱动单元 电源稳压部分 本文介绍的是一种简单的家用防盗报警电路，因此电源稳压部分不须太过复杂，它主要用的是干电池，也就是5伏左右的电源电压，为人们制造提供了十分便利的条件。5.2延时触发器 其主要功能为延时触发器和即时触发，该部分电路主要有K1常闭开关（延时触发开关），K2常开开关（即触发开关），与非门G1G3，二极管D1与D2,电容C1与C2和电阻R1R4组成。A点输出与其它两路节点相连。其电路如图4所示.图4延时触发器电路图5.2.1与非门电路 图(a)所示为与非门电路，图（b）为其逻辑符号。它是在二极管与门的输入端级联一个非门组成的。它的逻辑功能是依靠与门的输入信号和控制非门的工作来实现的。与非门的真值表如表1所示，由该表可看出与非门的逻辑功能为：当输入A、B中有低电平0时，输出Y为高电平1；只有当输入A、B都为高电平时，输出Y才为低电平。其输出逻辑表达式为: Y= （a）电路图 （b）逻辑符号图5 与非门电路及其逻辑符号表1 与非门真值表输入输出A BY0 010 111 011 105.2.2基本RS触发器（与非门） 基本RS触发器可由两个“与非”门交叉连接而成，如下图所示。图（a）为电路图，图（b）为其逻辑符号，它们上面的非号表示低电平有效，在逻辑符号中用小圆圈表示。Q与是基本触发器的输出端，两者的逻辑状态在正常条件下能保持相反。这种触发器有两种稳定状态：一个状态是Q=1，=0，称为置位状态（“1”态）；另一个状态是Q=0，=1，称为复位状态（“0”态）。相应的输入端分别称为直接置位端或直接置“1”端和直接复位端“0”端。图6 基本RS触发器表2 基本RS真值表Q1001111不变00不变5.3延时触发器工作原理5.3.1电源刚接通时 因为电容C2的下极板接地为0V，由于电源刚接通的瞬间电容电压不能突变，故C2的上极板也为0V。低电平“0”信号脉冲输入与非门G3，使G3输出高电平；又因开关K2断开，5V电源使门G2输入信号为高电平（此时K1闭合，门G1输入低电平，输出为高电平，二极管D1截止，对基本RS触发器无影响），门G2输出（基本RS触发器Q端）低电平“0”，从而使555定时器IC2和IC3的第4脚（异步复位端）为低电平，IC2和IC3不工作，报警器不发声不闪亮。称此时延时触发器开关为关闭状态。 5.3.2开关K1打开（延时报警器）时 电源通过电阻R1和电位器Rw的阻值，满足R1 R2，可使C1的充电电流大于放电电流，使C1上的电压缓慢上升。当C1上的电压达到门G1的转折电压UTH时，G1输出由“1”变“0”，二极管D1导通，使RS触发器S D0；因此时C2已由6V电源电阻R4被充电使RS触发器RD端为“1”，基本RS触发器被置“1”（门G2输出为“1”），IC2和IC3开始工作，报警声发生单元和警灯驱动单元工作，即延时触发门打开。5.3.3开关K2闭合（即时报警）时 当K2闭合，D2导通，使RS触发器的SD端为“0”，RD端仍然为“1”，RS触发器会立即被置“1”，即延时触发门即刻打开，防盗报警器会即刻发出报警。5.4报警声发生单元图7报警声发生单元电路图如7图所示， 其主要功能是：发生报警时，发出频率为1.51.8KHZ类似于警车的报警声，一般用555定时器、三极管、电容、电阻及扬声器组成。A点与基本RS输出端Q相连，C点与警灯驱动单元与非门G5一输入端相连。5.4.1定时器组成的多谐振荡器多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。 由555集成定时器组成的多谐振荡器图8 555多谐振荡器5.5报警声发生单元工作原理 5.5.1 IC 和,C3组成周期约为14.2s的低频振荡器 当有警信号时,延时触发门的RS触发器Q=1时，IC2和IC3开始工作。由于电源刚接通时，C3上电源不能突变,使IC2的高触发端6脚和低触发端2脚的电压为0V，其输出端3脚（E）为高电平， IC2内部的放电管截止。电源经R5和R6对C3充电，C3上电压上升；当Uc323Vcc时,输出端3脚变为低电平,IC2内部的放电管导通,C3通过电阻R6和IC2的放电端7脚放电,C3上电压（D点）逐渐下降；当Uc31/3Vcc时3脚（E）点又翻回高电平。如此周而复始形成振荡,产生周期12s的矩形波，占空比约为50。 5.5.2 IC3和电阻R8,R9,C4组成另一个低频振荡器这里特别指出的是：IC3的电压控制端5脚控制电压是C3的电压（D点）通过T1的发射极合得到的.D点电压变化,使IC3的5 脚电压Uco值随之而变化。当UD（Uc3）较高时,Uco也较高， 正向阈值电压Ut（等于Uco）和负向阈值电压Ut（等于12Uco）也较高,电容C4充放电时间长,因而IC3的输出端3脚（F）点输出脉冲的频率较低；反之,当UD较低时,Uco也较低,Ut和UT较低,C4的充放电时间短,F点输出脉冲频率高较高。由此可见,IC3的输出短F点得到的脉冲不是单一频率，其振荡频率可在一定范围内周期变化。选择合适的参数， 其输出频率约在1.5KHz至1.8KHz之间。D点、E点、和F点的波形如图所示。F点输出的脉冲经T2和T3放大后，推动扬声器发出高低频率不同的声音，类似公安警车的报警声。5.6警灯驱动单元发生报警时，使两个警灯交替闪亮，周期为12S以增加报警时的紧迫感。其电路图如图9所示。 图9 警灯驱动单元电路图5.7工作原理上图部分电路由非门G4G8，三极管T4T7，电阻R11R12和两个警灯HL1与HL2组成。警灯驱动单元的工作原理如下： 5.7.1 当不报警（K1闭合和K2多断开）时： 当555定时器4脚复位端接高电平时，警灯开始交替闪亮 1，这是延时触发门S触发器Q=0,封锁了门G5和G6, 使门G7与G8输出总为0，三极管T4T7截止，警灯HL1与HL2不亮。 5.7.2 当报警（K1断开和K2闭合）时： 延时触发器Q=1,门G5和G6解除封锁，IC2产生的振荡信号经门G4反相后送入门G6的输入信号和直接送入门G5的输入信号极性相反。使门G7和G8的输出信号极性相反，且它们在IC2脚输出脉冲的控制下轮流交替出现高电平“1”，因而三极管T4，T5和T6，T7轮流导通和截止，警灯HL1和HL2便交替闪亮。选择参数，可使警灯闪亮周期为12s。在图2的电路原理图中，将门G1G8用两个四2输入的非门来代替，画出的整机电路如图4所示。图中G1G4用IC1表示，G5G8用IC4表示。5.8总电路图实物图双路防盗报警器电路图如下所示： 6 课题总结设计是一种实践，是理论联系实际,应用和巩固所学专业知识的一项重要环节，是培养我们能力和技能的一个重要手段。 通过此次课程设计让我能够亲身参予电子产品的设计，使我深深地体会到：现代的社会是信息社会，很多与人们生活紧密相关的产品都是电子产品，比如决定现代社会发展方向的电脑，以及几乎每个同学都拥有的手机等等无不说明电子产品的重要性。作为一名马上就要毕业的大学生，认识到我们知识还太肤浅，仅限于书本知识，一次设计让我们不知所措。我们要学会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，理论实践相结合，让知识贯穿生活。通过此次设计过程，使我熟练了multisim软件、Word文档，并对可编程逻辑器件的应用和开发的设计思想有了更进一步的了解和掌握。 实习报告已接近了尾声，回想过去的点点滴滴，我感觉学到了很多东西，感觉很充实。本次实习给我影响最大的是，我的逻辑思维能力得到了很大的改善，设计本来就是一种很严密的学问，它需要一个不断反