时空密码电子门铃.doc

摘要门铃是人们生活中的常用物品，本题要求用电子器件设计制作一个密码门铃的控制电路，使之输入正确的代码时，输出锁信号以推动执行机构动作，并用电磁阀开启及绿色发光二极管发亮来表示开锁。 本文的电子密码门铃利用数字逻辑电路，实现对门的电子控制，并且有各种附加电路保证电路能够安全工作，具有极高的安全系数。随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜，电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的亲昵。 设计本课题时构思了两种方案：一种是用以AT89C2051为核心的单片机控制方案；另一种是用以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。考虑到单片机方案原理复杂，而且调试较为繁琐，所以本文采用后一种方案ABSTRACTThe door bell is people life medium of in common use product, subject request use an electronics spare part a design creation a password door bell of control electric circuit, make of importation exactitude of code, output lock signal with push performance organization action, andOpen with the electromagnetism valve and the green give out light diode to become bright to mean to open a lock. The textual electronics password door bell make use of numeral logic electric circuit, realization the opposite door of electronics control, and have various additional electric circuit assurance electric circuit can safety work, have very Gao of safety coefficient.Along with people life level of exaltation, how realization the family guard against theft this problem also change of particularly outstanding, tradition of machine lock because of it structure of simple, is pry of the affairs often see not fresh, electronics lock because of its confidentiality Gao, use vivid good, safety coefficient Gao, was subjected to a large customer of very intimate. Design origin topic conceived outline two kinds of project:1 kind is in order to the AT89 C2051 is the list slice of the core machine control project;Another is in order to 74 LS112 pair the JK trigger a machine constitute of numeral logic electric circuit control project.In consideration of list slice the machine project principle complications, and adjust to try more tedious, so this literary grace use behind a kind of project目录第1章概述.1第2章总体方案的设计.221 设计思路.22.2 总体方框图2第3章设计原理分析.331、主要器件及电路介绍332、555时控密码电子门铃电路433、 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 734、计数器电路功能介绍1135、 双稳态器件的分类1736、UPS电源介绍22.3.7 用电源电路25.3.8 整体电路连接263.9 元器件明细表27.3.10设备清单283101 电路的调试29第4章实验结果分析.29结束语.30参考文献.31致谢.32第1章 概述1.1 选题背景目前，民户住宅多数门口都设有门铃，有人按门铃时，主人往往要观察是熟客还是陌生人后才决定是否应该开门，不是很方便。文中介绍一种密码门铃兼报警器，只有熟悉密码的人在限定时间内才能使门铃工作，乱按门铃按键则会报警；无人在家，强行撬门人室，同样会报警。因此它对熟人是门铃，对陌生人则是报警器。本电路还设有自动停报和强制停报功能，给使用者提供更大的方便。1.2、设计目的 1、通过利用数字电路的基础知识设计电子电路，使我们巩固并加以应用 了所学的知识，而且使我们进一步了解了电子技术知识。 2、促使我们学以致用，引发我们独立思考，加强我们的动手实践能力。 3、使我们初步掌握电子电路的设计，为综合设计能力的提高奠定基础。 1.3、设计的任务和要求 门铃是人们生活中的常用物品，本题要求用电子器件设计制作一个密码门铃 的控制电路，使之输入正确的代码时，输出锁信号以推动执行机构动作，并 用电磁阀开启及绿色发光二极管发亮来表示开锁。1、 通过设计的电路可实行键盘输入密码、密码校验、限时报警、开锁、报警次数检测、键盘锁定等功能。2、 用户输入密码的时间超过40秒，电路将通过蜂鸣器报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟。第2章 总体方案设计2.1 设计思路共设了9个用户输入键，其中只有4个是有效的密码按键，其它的都是干扰按键，若按下干扰键，键盘输入电路自动清零，原先输入的密码无效，需要重新输入；如果用户输入密码的时间超过40秒（一般情况下，用户不会超过40秒，若用户觉得不便，还可以修改）电路将报警80秒，若电路连续报警三次，电路将锁定键盘5分钟，防止他人的非法操作。 2.2 总体方框图图2-1第3章 设计原理分析31主要器件及电路介绍电压比较器、555时控密码电子门铃电路、555单稳态电路、计数器、JK触发器、UPS3.11 555时控密码电子门铃电路:它是由单稳态定时电路、密码开关、与门电路、音响电路等组成。在限定时间呢以一定程序按密码开关，门铃电路才发出报警音响。超过时限或密码不对，不发出音响讯号。3.12 555单稳态电路：它就是由555定时器组成的单稳态触发器，可分为非重复触发和可重复触发两大类，在暂稳态期间，出现的触发信号对非重复触发单稳电路没影响，而对可重复触发单稳电路可起到连续触发作用，而在这次设计中，采用的是非春重复触发单稳电路。3.13 计数器：计数器是最常用的时序电路之一，它们不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频、定时、产生节拍脉冲以及其他时序信号。计数器的种类不胜枚举，可按触发器分类，可分为同步计数器和异步计数器；按计数值增减分类可分为加计数器、减计数器和可逆计数器；还可按编码分类。本文中用的是由IC9（74LS161）构成的3位计数器，用来计算系统报警次数的。3.14 JK触发器：在所有类型的触发器中，JK触发器具有最强的逻辑功能，它能执行置1、置0、保持和翻转四种操作，并可用简单的附加电路转换为其他功能的触发器。因此，在数字电路中有较广泛的应用，本次设计使用的是双JK触发器。3.15 UPS：它就是备用电源电路，是为了防止因为停电造成的密码锁电路失 效，使用户免遭麻烦。3.16、设计所需的元器件 JK触发器、四输入端和二输入端与门、二输入端与非门、电阻、电容、单刀单掷开关、双刀双掷开关、二极管、BJT三极管、电磁锁、555单稳态电路、蜂鸣器、达林顿管、计数器、电压放大器、继电器、蓄电池等。电路由三大部分组成：时控密码电子门铃、密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路。3.2 555时控密码电子门铃电路 其电路如下图3-1所示： 图3-1 555时控密码电子门铃电路IC1（555）和R1、C1、AN等组成定时开关电路，定时时间td=1.1R1C1,图示参数为11秒。按压AN1，则555位置，J吸合，J1-1触点闭合，将VT1VT8、IC2、IC3等供电电压按通，按通时间为11秒。由AN2AN5、VT1VT8等组成四组电子开关，AN6AN10为无效按钮，他们共同组成密码开关盘。以第一组AN2、VT1、VT2电子开关为例，当按一下AN2后，C3迅即充满电荷，同时VT1饱和导通，VT2截止，故IC2的输入端1脚呈高电平。其余三组电子开关类同。当AN松开后，由于C上的电荷只能通过R3和VT1的发射结放点，故可使VT1维持导通时间约为7秒。在这7秒时间内，熟知密码的人按完有用的密码按钮，在IC2的四个输入端皆呈高电平时，其输出端6脚才呈高电平，将集成功率开关管IC3（TW8778）导通，音乐门铃集成电路IC4才得电，发出报叫信号。CD4082为双4输出断与门电路。 AN5AN10为无效按钮，在门铃面板上与有效按钮AN1AN5随机排列。只有主人或知共密码的熟人在限定时间内正确完成按压程序，门铃才发出通报有人找的音响，拒不报之答于门外。 图3-2 时控密码门铃电路 3.21 电路组成及基本原理如图(3-2)所示，本电路由四位密码集成电路、音乐集成电路、单稳态触发电路 警声发生器集成电路、功率放大集成电路以及电源等部分组成。IC1是一块PMOS电路专用密码集成块，它的Il、I2、I3、I4为顺序输入选择端，当一串正向脉冲按先后顺序依次输入到IC1的(11)、(12 (13)、(14)脚时，其内部次序存储器置位，使IC1的(8)脚工作状态发生翻转。同时，IC1的(9)脚上有一个窄脉冲输出。IC1的(7)脚上连接的发光二极管LED是管脚(8)的工作状态指示器，当(8)脚为高电平时，LED熄灭； 当(8)脚为低电平时，LED点亮。LED也可兼作电源指示灯用。(11)脚上跨接的C13，用于限定正确按动密码键的时间，即在限定的时间内如不能正确地按完全部密码键，将会导致IC1的(5)脚输出一个脉冲为15 s的正脉冲。(10)脚是误码输入端，当(10)脚输入一个正脉冲时，同样会使IC1的(5)脚输出一个脉冲为15 s的正脉冲。IC1的(2)为使能输入端，只有当(2)接低电平时，才允许IC1工作。3.22 电路功能及使用操作本电路设有8只密码输入键，IAN1-AN 8。其中4只按键接IC1的(11)、(12)、(13)、(14)脚，另设4只误码键，接IC1的(10)脚。本电路的正确密码为“1436”(用户可随心所欲地编制其它的 OIC3的(3)脚由高电平跳变回低电平，于是IC4失数字密码)，只有在限定的开锁时间内顺序的按 去电源而停止工作，也就达到了自动停报的目动“1436”键，才能使IC1的(8)脚由原来的低电 的。平跳变为高电平，此时继电器Jl励磁吸合。J1吸合后，其常闭触点J11断开，避免开门时报警；同时IC1的(9)脚输出一个窄脉冲触发音乐集成电路IC2的触发端SW，使IC2工作，演奏一首乐曲，通知主人开门。主人开门时，由于J1-1处于断开状态，尽管永久磁铁ZT已离开干簧管AG，使AG内两触片动合，也不会导致报警发生。如果是陌生人乱按键，只要按动ANl、AN3、AN6、AN8中的任意一只，或是不按照“1436” 的顺序按动，或是超过限定按键时间继续乱按，均会导致IC1的(5)脚输出一个脉冲为15 s的正向脉冲，使晶体管V3瞬间导通。V3导通的瞬间，IC3的(2)脚变为低电位(低于13的电源电压)，于是IC3置位，其(3)脚由低电平跳变为高电平，报警集成电路IC4获得电源而工作，并经由V4、V5构成的前置放大器激励，由电容器C6耦合，输入到功率放大集成电路IC5的同相输入端(7)脚，经IC5桥式放大后，推动扬声器BL发出报警声。当发生报警后，则由于V3过15 s后已截止，电源经电阻R6向电容器C4充电。当C5两端的电压慢慢升高至23的电源电压时，IC3自动复位，如果不按门铃按钮而是直接撬门入室，则由于常闭型干簧管AG失去永久磁铁ZT的磁力其触片动合，而此时J1-1触点处于闭合状态，故V3同样呈导通状态，IC3置位，报警电路工作，发生报警。如果是熟人误按门铃导致报警，只要正确地按动密码键，IC1的(9)脚就会输出一个窄脉冲，一方面使Vl导通，IC3的(4)脚变为低电平，相当于给了IC3的(4)脚一个负脉冲，使IC3强制复位，其(3)脚变为低电平，报警声立即停止；同时IC2被触发工作，演奏一首乐曲。为了防止交流电网停电，本电路还特设了直流电源。交流供电由变压器B降压、全波整流、集成三端稳压器IC6作稳压输出。直流供电采用9V层叠电池或6节大号电池，通过一只隔离二极管VD4给电路提供电源。平时可合上开关S，因9V电池经VD5降压后稍低于交流正常供电电压，故交流供电时VD4截止，E不放电。只有当交流电消失后，直流电源才会供电，从而形成不间断供电。3.23 主要元件的选择电路中IC1采用飞利浦公司生产的RS7225型四位数字密码集成电路。IC2采用CW9300型音乐集成电路，触发一次演奏一曲即可。IC3采用时基集成电路NE555、A555、LM555等均可。IC4采用四模拟声集成电路KD一9561。IC5采用双声道小功率集成电路TDA2822M，接成BTL输出形式，该电路也可用KD一28软包装双功放集成电路代替。IC6采用三端集成稳压电路7809，输出9 V， 电流为15 A。V1、V3可采用3DK4或3DG12、3DG130等三极管， I80；V2、V4采用9013或8050， 120；V5采用9012或8550、3AX81等，60。HTD采用 27 mm压电陶瓷片，加助声腔。J1采用JRX一13F或其他线圈阻抗不小于2000Q 的微型继电器。AG采用GAG一3D型常闭式干簧管。B选用23 W、次级电压为12 V的电源变压器。其他元器件可按图(1)所示的数据选用。3.3 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁及执行电路 图3-3 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路入图（3-3）所示开关K1K9是用户的输入密码的键盘，用户可以通过开关输入密码，开关两端的电容是为了提高开关速度，电路先自动将IC1IC4清零，由报警电路送来的清零信号经C25送到T11基极，使T11导通，其集电极输出低电平，送往IC1IC4，实现清零。331 键盘电路的介绍及扩展：随着微机系统应用领域的扩大，操作人员与微机系统需要交流的信息越来越多，用来交流的手段和途径也更为灵活多样；而键盘输入作为最常用的输入设备仍有其不可替代的作用。因此，探讨一些键盘的特殊结构，用尽可能少的输入输出端口实现较多数量的按键数仍具有重要的应用价值。有些特殊情况下，在组成一个最小的单片机系统的过程中，由于通用的I/O口有限，而又需要大量的按键输入，这就要求一种新的键盘结构，即用尽量少的I/O口实现尽可能多的键盘输入。键盘的结构通常有两种形式：线性键盘和矩阵键盘。在不同的场合下，这两种键盘均得到了广泛的应用。线性键盘由若干个独立的按键组成，每个按键的一端与微机的一个I/O口相连。有多少个键就要有多少根连线与微机的I/O口相连，因此，只适用于按键少的场合。矩阵键盘的按键按N行M列排列，每个按键占据行列的一个交点，需要的I/O口数目是N+M，容许的最大按键数是NM。显然，矩阵键盘可以减少与微机接口的连线数，简化结构，是一般微机常用的键盘结构。根据矩阵键盘的识键和译键方法的不同，矩阵键盘又可以分为非编码键盘和编码键盘两种。3311 非编码键盘非编码键盘主要用软件的方法识键和译键。根据扫描方法的不同，可以分为行扫描法、列扫描法和反转法三种。3312 编码键盘编码键盘主要用硬件来实现键的扫描和识别，通常使用8279专用接口芯片，在硬件上要求较高。经过分析，实际上用N+1个I/O口，辅以适当的接口电路，是可以实现NN个按键的。现以6个端口实现55的按键为例来叙述。 332 密码修改电路密码修改电路由双刀双掷开关S1S4组成（如图3-31所示）, 它是利用开关切换的原理实现密码的修改。例如要设定密码为1458，可以拨动开关S1向左，S2向右，S3向左，S4向右，即可实现密码的修改，由于输入的密码要经过S1S4的选择，也就实现了密码的校验。本电路有16组的密码可供修改。 图3-31 密码修改电路由两块74LS112（双JK触发器，包含IC1IC4）组成密码检测电路。由于IC1处于计数状态，当用户按下第一个正确的密码后，CLK端出现了一个负的下降沿，IC1计数，Q端输出为高电平，用户依次按下有效的密码，IC2IC3也依次输出高电平，送入与门IC5，使其输出开锁的高电平信号送往IC13的2脚，执行电路动作，实现开锁。执行电路是由一块555单稳态电路（IC13），以及由T10、T11组成的达林顿管构成。若IC13的2脚输入一高电平，则3脚输出高电平，使T10导通，T11导通，电磁阀开启，实现开门，同时T10集电极上接的D5（绿色发光二极管）发亮，表示开门，20秒后，555电路状态翻转，电磁阀停止工作，以节电。其中电磁阀并联的电容C24为了提高电磁阀的力矩。3.33 报警电路报警电路实现的功能是：当输入密码的时间超过40秒（一般情况下用户输入不会超过），电路报警80秒，防止他人恶意开锁。电路包含两大部分，2分钟延时和40秒延时电路。其工作原理是当用户开始输入密码时，电路开始2分钟计时，超出40秒，电路开始80秒的报警。如图3-32所示： 图3-32报警电路 有人走近门时，触摸了TP端(TP端固定在键盘上，其灵敏度非常高，保证电路可靠的触发)，由于人体自身带的电，使IC10的2脚出现低电平，使IC10的状态发生翻转，其3脚输出高电平，T5导通(可以通过R12控制T1的基极电流)，其集电极接的黄色发光二极管D3发光，表示现在电子锁处于待命状态,T6截止，C8开始通过R14充电(充电时间是40秒,此时为用户输入密码的时间，即用户输入密码的时间不能超过40秒，否则电路就开始报警, 由于用户经常输入密码，而且知道密码，一般输入密码的时间不会超过40秒)，IC2开始进入延时40秒的状态。 开始报警:当用户输入的密码不正确或输入密码的时间超过40秒，IC11的2脚电位随着C4的充电而下降,当电位下降到1/3Vcc时(即40秒延时结束时候),3脚变成高电位(延时时是低电平),通过R15使(R15的作用是为了限制T7的导通电流防止电流过大烧毁三极管)T7导通,其集电极上面接的红色发光二极管D4发亮,表示当前处于报警状态,T8也随之而导通,使蜂鸣器发声,令贼人生怯,实现报警.停止报警:当达到了80秒的报警时间，IC10的6,7脚接的电容C5放电结束,IC10的3脚变成低电平,T5截止,T6导通,强制使强制电路处于稳态，IC11的3脚输出低电平,使T7,T8截止,蜂鸣器停止报警；或者用户输入的密码正确，则有开锁电路中的T10集电极输出清除报警信号，送至T12（PNP），T12导通，强制使T7基极至低电位，解除报警信号。3.34 报警次数检测及锁定电路电路若用户操作连续失误超过3次，电路将锁定5分钟。其工作原理如下：当电路报警的次数超过3次，由IC9（74161）构成的3位计数器将产生进位，通过IC8，输出清零信号送往74161的清零端，以实现重新计数。经过IC8（与门），送到IC12（555）的2脚，使3脚产生5分钟的高电平锁定脉冲（其脉冲可由公式T=1.1RC计算得出），经T9倒相，送IC6输入端，使IC6输出低电平，使IC13不能开锁，到锁定的目的。电路图如下图3-33所示： 图3-33 警次数检测及锁定电路34 计数器电路功能介绍：341 计数器分类计数器电路是一种随时钟输入CP的变化，其输出按一定的顺序变化的时序电路，其变化的特点不同可将计数器电路按以下几种进行分类：按照时钟脉冲信号的特点分为同步计数器和异步计数器两大类，其中同步计数中构成计数器的所有触发器在同一个时刻进行翻转，一般来讲其时钟输入端全连在一起；异步计数器即构成计数器的触发器的时钟输入CP没有连在一起，其各触发器不在同一时刻变化。一般来讲，同步计数器较异步计数器具有更高的速度。按照计数的数码变化升降分为加法计数器和减法计数器，也有一些计数器既可能实现加计数又可实现减计数器，这类计数器为可逆计数器。按照输出的编码形式可分为：二进制计数器、二十进制计数器、循环码计数器等。按计数的模数（或容量）分：十进制计数器、十六进制计数、六十进制计数器等。 计数器不仅用于计数，还可以用于分频、定时等应用，是时序电路中使用最广的一种。3411 计数器电路的描述：二进制计数器是计数器中应用最多的计数器，其并不是讲其的模数为二，而是讲其模数为2n(其中n为构成计数器的触发器的个数），由于其充分利用了计数器的资源，故在计数器器件中占的比例最高。左面以74LS161为例来看一下二进制计数器的功能，右图为74LS161的逻辑符号，从图上可看出其有如下输入输出端：/CR:清零端，低电平有效，其为异步清零，即该输入为低电平时，无论当时的时钟状态及其他输入状态如何，其输出端全变为零，即Q3Q2Q1Q0=0000; /LD：置数端，低电平有效，其同步置数，即使该输入为低电平，其输入的状态并不反映到输出端，而是等到CP上升沿时输出才发生变化；Q3Q2Q1Q0:计数器的输出端，其中Q3为最高位，Q0为最低位；D3D2D1D0:计数器预置输入，通过置端可将其输入状态反映在输入端；Co：进位输出，当计数计满一个周期其输出一个高电平；CP:时钟输入端，其为上升沿效；CTP,CTT:为两个功能扩展使能端，可能合理设置这两个输入端的状态，实现各种计数器功能的扩展。74LS161功能表 CP /CR /LD CTT CTP功能 d 0 d d d 异步清零 1 0 d d 同步置数d 1 1 0 1 保持d 1 1 1 0 保持但Co=0 1 1 1 1 正常计数图3-34上面的功能表简单地描述了计数器的功能，但具体的功能通常由时序图来表示，下图为LS161的功能时序图图3-3574LS163的逻辑符号、管脚排布与74LS161的完全相同，其区别在于其清零端为异步清零，其时序图如下图：图3-36上面的两个计数器为同步的二进制计数器（严格地说应是四位二进制计数器或十六进制计数器。下面介绍一种二五十进制计数器，其同时也是一个异步的计数器。3412 二五十进制异步计数器（74LS290)图3-37上图给出了74LS290的内部逻辑符号，从图上可以看出其可以分为两个部分：即触发器0与触发器1、2、3之间是使用两个时钟，触发器1、2、3构成的电路其时钟输入端没有连在一起，故该电路为异步时序电路图3-38左图给出了74LS290的逻辑符号，图上的DIV2和DIV5表示两部分分别为2分频和5分频（也就是说其构成一个2进制计数器和一个5进制计数器），其输入/输出脚的功能为：CP0,CP1：分别2二进制计数器和5进制计数器的时钟输入端，从图上可看出其为下降沿有效（有些书上用/CP表示，这里我们统一为所有CP上不加非号，其它使能端为低电平有效时须加非号）；R01,R02:异步清零输入端，两个输入之间的关系为与逻辑，其为高电平有效，当R01R02=11时输出全部被清零，即Q3Q2Q1Q0=0000，欲正常计数其两个输入端其中须有一个为0；S91,S92:异步置9输入端，两个输入之间的关系为与逻辑，其为高电平有效，当R01R02=11时输出对应于十进制数9，即Q3Q2Q1Q0=1001，欲正常计数其两个输入端其中须有一个为0；Q3Q2Q1Q0：为计数器的输出端，但Q0是独立的单元，如果欲实现十进制计数器的功能须将Q0与CP1相连或将Q3与CP0相连，这两种连法其结果构成十进制计数器，但其编码结果不一样，后面会讨论。 74LS290为二五十进制计数器，从上面仅能看到其内部有一个2进制计数器和一个5进制计数器，其没有十进制计数器的功能，欲实现十进制计数器须将2进制计数器和5进制计数器进行串接，就可以实现其功能，下图给出了两种串接的电路图图3-3935 双稳态器件的分类双稳态器件有两类：一类是触发器，一类是锁存器。锁存器是触发器的原始形式。基本锁存器由一对互耦的逻辑门组成【图3-51（b）（c）, 图4.2.2（a）（b）】。图3-51 用或非门组成的基本RS触发器(b)电路结构 （c）图形符号图3-52 用与非门组成的基本RS触发器（a）电路结构 （b）图形符号在基本锁存器【图3-53（a）（b）】基础上可以形成具有一定抗干扰能力的脉冲选通锁存器。 (a) (b)图3-53 同步RS触发器（a）电路结构 （b）图形符号将两个脉冲选通锁存器级联起来可以形成抗干扰能力更强的主从触发器【图3-54（a）（b）】。(a)(b)图3-54 主从结构RS触发器（a）电路结构 （b）图形符号边沿触发器也是在脉冲选通锁存器【图3-55（a）（b）】的基础上形成的。由于构思巧妙，在门电路数量与主从触发器相差无几的情况下，边沿触发器具备了无可比拟的抗干扰能力。图3-55 例4.2.2的电压波形图触发器按逻辑功能分，有RS【图3-61】、JK【图3-62】、T【图3-63】、D【图3-64】等若干种。图3-61 RS触发器的状态转换图图3-62JK触发器的状态转换图图3-63T触发器的状态转换图和逻辑符号图3-64 D触发器的状态转换图这几种触发器都有集成电路产品。其中应用最广泛的当数JK触发器和D触发器。不过，深刻理解RS触发器对全面掌握触发器的工作方式或动作特点是至关重要的。事实上，JK触发器和D触发器是RS触发器的改进型，其中JK触发器保留了两个数据输入端，而D触发器只保留了一个数据输入端。T触发器则是一种简化了的JK触发器36 UPS电源介绍361、UPS电源系统UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。 图3-62如图1所示，在电网电压工作正常时，给负载供电如所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产（如粗黑所示）；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电（如虚线所示）。UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。莱钢中小型棒材生产线因生产需要不允许断电，因此，UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50并留有一定的余量，我厂UPS电源系统的工作时间当储能电池满容量时为2小时，半容量为1小时。362电源工作原理3621 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。3622 DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。3623 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。不间断电源工作原理框图如图3。621所示。 图 36213624 电源工作过程当市电正常380Vac时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220Vac交流电压，同时市电对电流充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。FR-UK型不间断电源（标称额定功率）80%的阻性负载设计负载能力，一般带计算机负载时可承受的按下式估算：i=1 n PiP其中P为不间断电源输出容量（VA），P为第i个负载伏安数每套PLC功率： 220V*0.5=110VA每台操作站功率： 220V*2A=440VAIBM PC客户机及服务器：220V*1.5A=330VA则总功率：10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA6490VA/0.8=8112VA因此，在这条棒材生产线上，采用10KVA的不间断电源比较合适。3.7 用电源电路为了防止停电情况的发生，本电路后备了UPS电源，它包括市电供电电路，停电检测电路，电子开关切换电路，蓄电池充电电路和蓄电池组成。其电路图如下图3-71所示：图3-71 220V市电通过变压器B降压成12V的交流电,再经过整流桥整流,7805稳压 到 5V送往电子切换电路，由于本电路功耗较少，所以选用10W的小型变压器。由R8，R9，R6，R7及IC14构成电压比较器，正常情况下，V+V- IC14输出高电平，由T3，T4构成的达林顿管使继电器J开启，将其常开触电将蓄电池和电路相连，实现市电和蓄电池供电的切换，保证电子密码锁的正常工作（视电池容量而定持续时间）。其电路图如下3.72所示： 图3-72 停电检测及电子开关切换电路T1，T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D1亮为正在充电，D2为工作指示。由R4，R5，T1构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1，T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如图3-73所示： 图7-73 蓄电池自动充电电路 3.8 整体电路连接 密码锁电路则按各模块电路的指示连接起来即可，模块图中都标示出了连接口。 备用电源电路的连接是图3-71接图3-72，图3-72接图3-73，也是根据方框图及模块图中的标示进行连接。3.9 元器件明细表表1序号代号型号，规格数量备注1R1RES1 10 K92R2510 23R34.7 K14R415 K15R51 K16U1NE55517U274LS11228U374LS11349U474LS114110U574LS161111U674LS192112U774LS00113PNLED214DPYDPY_7-SEG_DP1 15BJT3DG1301016C10.01uF917C2500uF118C30.1uF319R668 K120R7100 K121U774LS04222U874LS1113.10设备清单：1.JK触发器、2. 四输入端和二输入端与门、3. 二输入端与非门、4.电阻、电容、5.单刀单掷开关、6.双刀双掷开关、7.二极管、8.BJT三极管、9.电磁锁、