电力电子技术课程设计2.doc

辽宁工程技术大学课程设计 综述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，将该贵重物品防盗报警器确定为双路防盗报警器。当发生盗情时，可以立即报警，也可以延时135秒再报警，同时有两个警灯交替闪亮，并有警车的报警声发生。1 电路组成及工作原理 该报警器的方框图如下，他有延时触发器、报警声发声单元、警灯驱动单元、电源四部分组成。延时触发器报警声发生单元警灯驱动单元电源稳压部分 图11 双路防盗报警器方框图1.1 电源稳压器贵重物品防盗报警器是一种简单的防盗报警电路，因此电源稳压部分不须太过复杂，主要用的是干电池即10伏左右的电源电压。1.2 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及电位器Rw组成。A点输出与其它两路节点相连。其电路如图3.2.1所示.图1-2 延时触发器电路图1.2.1 基本RS触发器（与非门）1、 电路结构基本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1-3 基本RS触发器（a）电路图 (b)逻辑符号表1-1基本RS真值表2、基本RS触发器输出与输入的逻辑关系。（1）=1，=0所谓=1，就是将端保持高电位；而=0，就是在端加一个负脉冲。设触发器的初始状态为“1”态，即Q=1，=0。这时“与非”门G2有一个输入端为“0”，其输出端变为“1”；而“与非”门G1的两个输入端全为“1”，其输出端Q变为“0”。因此，在端加负脉冲后，触发器就由“1”态翻转为“0”态。如果它的初始态为“0”态，触发器仍保持“0”态不变。（2）=0， =1 设触发器的初始状态为“0”态，即Q=0，=1。这是“与非”门G1有一个输入端为“0”，其输出端Q变为“1”；而“与非”门G2的两个输入端全为“1”，其输出端变为“0”。因此，在端加负脉冲后，触发器就由“0”态翻转为“1”态。如果它的初始状态为“1”态，触发器人保持“1”太不变。 （3）=1， =1假如在（1）中由“0”变为“1”（即除去负脉冲），或在（2）中由“0”变为“1”，这样，=1，则触发器保持原状态不变。这就是它具有存储或记忆功能。(4）=0， =0 当端和端同时加负脉冲时，两个“与非”门输出端都为“1”，这就达不到Q与的状态应该相反的逻辑要求。但当负脉冲除去后，触发器将由各种偶然因素决定其最终状态。因此这种情况在使用中应该禁止出现。可知，基本RS触发其由两个稳定状态，它可以直接置位或复位，并具有存储或记忆的功能。在直接置位端加负脉冲（=0）即可置位，在直接复位端加负脉冲（=0）即可复位。负脉冲除去以后，直接置位端和复位端都处于“1”态高电平（平时固定接高电平），此时触发器保持原状态不变，实现存储或记忆功能。但是复脉冲不可同时加在直接置位端和直接复位端。1.2.2 延时触发器工作原理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，6V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。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R1RwR2，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。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。1.3 报警声发生单元图1-4 报警声发生单元电路图 如图3.2.5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。1.3.1 555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下图3.3.1是由555定时器组成的多谐振荡器。,和C是外接元件。 接通电源后，它经过电阻和对电容C充电，当上升略高于时，比较器C1的输出为“0”，将触发器置“0”，为“0”。这时， 1，放电管T导通，电容C通过和T放电，下降。当下降略低于时，比较器C2的输出为“0”，将触发器置“1”，又由“0”变为“1”。由于0，放电管T截止，又经过和对电容C充电。如此重复上述过程，为连续的矩形波。 第一个暂稳状态的脉冲宽度，即从充电上升到所需的（）Cln20.7（）C 第二个暂稳状态的脉冲宽度，即从放电下降到所需的时间：Cln20.7C振荡周期T=+0.7(2)C 振荡频率 由555定时器组成的振荡器，最高工作频率可达300kHZ。图1-5 多谢振荡器图1-6 555多谐振荡器(a)电路图 （b）波形图1.3.2 报警声发生单元工作原理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。2IC3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。1.4 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3.4.1所示。图1-7 警灯驱动单元电路图1.4.1 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：当555定时器4脚复位端接高电平时，警灯开始交替闪亮1当不报警（K1闭合和K2多断开）时：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。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。1.5 总电路图双路防盗报警器电路图如下所示：图1-8双路防盗报警器电路图2 电器元器件选择与计算2.1 元器件选择由于电路已基本定形，所以大部分元器件可以查手册直接选用，不必再考虑设计计算只有少数元件要考虑计算。（一）IC2与IC3的选择 IC2与IC3选CB555（二）G1G8的选择 G1G4和G5G8可选择两个四2输入CMOS与非门，器型号选CC4011。（三）三极管的选择 1T1：选PNP型硅管，型号为3CG110A（3CG21A）。 2T2：NPN型高频小功率硅管3DG100B(3DG6B)。 3T3：选NPN型高频大功率硅管3DA87A（3DAH1A）。 4T4和T6：选NPN型高频中功率硅管（3DG12B）。 5T5和T7：选NPN型低频大功率硅管3DD203（DD01A）B50200，Icm1A， Pcm10W。（四）警灯和扬声器的选择 警灯HL1和HL2选择3W6V的小灯泡。 扬声器选口径2.54in(英寸)*，阻抗816欧普通恒扬声器。（五）电容的选择 C1=100uF/6V, C2=10uF/6V, C3=47uF/6V, C4=0.1uF6V C5=220uF/6V, C1,C2,C3,C5均为铝电解电容。（六）电阻的选择与计算 1R1和电位器Rw计算：因为选C1100 F，要求K1打开（报警）时113S，13S考虑，忽略了C1通过R2的放电， 则 （R1+Rw）C1=13s R1+Rw=130k 选固定电阻 R1=30k 电位器 Rw100k2R2：因要求R1RwR2，可选R21M 。 改变RW的值即可改变延时时间。3R3和R4：可选3k .4R5和 R6的计算：发生报警时有两个警灯交替闪亮，T=12 s。由T=tp1+tp20.7(R12R2)C，设R5=10K、R6=10K、T=1s.1=0.7(10+210)1000CC=1/0.730100047.6 uF,取C3=47 uF结论：改变R5、R6或电容C3即可改变警灯的周期。发生报警时，警车的报警发生频率f=1.51.8KHZ.假设C4选0.1uF。R8+R9=9.6K，可取R9=1K，R8=4.8K。结论：改变R8、R9及电容C4即可改变警车发生频率。5选R103k ；R11=R12=1k ;R13=1k ;R7=10k 。 C5和R13为电源低频去耦滤波电路，防止因电源内阻增大（电池用久了）而引起激。以上所有电阻均为选用0.125W的金属膜电阻。3 结论 该报警器由电源单元、延时触发器单元、报警声发声单元、警灯驱动单元四部分组成。因为家用电源的公共端为220V交流电， 我们需要通过电源单元将电源转变成其他各单元所需的电源，为整个系统提供能量。延时触发器单元主要功能为延时触发器和即时触发，它用来确保有犯罪行为发生时及时向报警单元发出信号，同时在正常情况下保持安静，避免发生不必要的误报，影响正常的生活。报警声单元和警灯驱动单元主要由555定时器组成的多谐振荡器构成，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），即发出一定的频率，供给报警装置发生声音和光亮。最后通过分析掌握个单元的具体功能，完成各元器件的选择与计算，注意元器件的选择都应留有一定的安全裕量，避免电压波动或其他干扰时发生的元器件轻易损坏，等以上完成以后，经过安装调试成功后，便完成了双路防盗报警器的全部工作。4 课程设计体会设计是一种实践，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CAD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