门锁报警器的分析与设计.doc

门锁报警器的分析与设计江宁校区 08应用电子（1）班 江霜霜 指导老师 贡植君【摘要】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。各种高档家电产品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。尤其是居家安全方面不得不时留意那些不速之客。许多小区，家庭都安装了报警系统，所以有时间识别功能的门锁报警器的得到了广泛的应用。门锁报警器主要是根据开门时间判断是主人还是小偷。主人开门时时正常开门，一般是在30S内可完成，它不会报警，而陌生人或小偷撬门不是正常开门，通常时间比较长，一旦时间超过30S，它就会自动发出报警声，具有较大的实用价值。 本设计主要采用触摸电极片和555时基电路，结合一些电阻电路产生报警信号，然后放大输出。触摸式延时识别门锁报警器电路由报警触摸信号输入与报警声延时控制电路，报警声触发与门锁时间定时电路和报警声与输出电路组成。它们的组成元器件有：传感器， 555时基发生器，放大器和扬声器等。本系统功能实用，节能，使用灵活性好，安全系数高，适用范围广，生产成本低，因此，该类门锁报警器有望成为锁业的主流产品。【关键词】门锁 报警器 门锁报警器 防盗门 1. 绪论 随着时代的不断进步，人们生活水平得到很大的改善，对自已所处环境的安全性提出了更多的要求，尤其是家居安全方面不得不时留意那些不速之客。许多小区，家庭都安装了报警系统，所以具有时间识别功能的门锁报警器得到了广泛的应用。所谓门就是装在房屋，车船或是封闭起来的地方的能开关的障碍物。因为设置的目的是为了管理者能够方便的进入，而其他人不能够随便进入的装置，所以一个门的好坏取决的主要原因就是它的安全性。门除了对结构有特殊的要求外，核心部分-门锁是决定安全系数的最重要因素。传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么的合理，材料多么坚固，人们只能用通过各种手段把它打开。在出入人很多的通道钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员跟换都要把锁和钥匙一起更换。为了解决这些问题，就会出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用他们的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题就是里面的信息容易被复制，卡片与读卡机之间磨损大，容易发生故障，安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，所以它的安全系数也很低。近年来计算机技术的飞速发展，企业有了更多的需求-门锁防盗门报警器。在选择使用防盗门报警器前，先认识一下报警器。防盗报警器作为光学，机械，电子，软件应用等技术紧密结合的高科技产品，是继键盘和鼠标之后的第三代主要的电脑输入设备。防盗门报警器自80年代诞生之后，得到了迅猛的发展和广泛的应用，从最直接的图片，照片，胶片到各类图纸图形以及文稿资料都可以用防盗报警器输入到计算机中，进而实现对这些图像信息的处理，管理，使用，存储或输出。随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。弹子锁由于结构上的结局已难已满足当前社会管理和防盗要求，如：宾馆，办公大楼，仓库，保险柜等由于人员的变动，开锁的钥匙也不再是只有一人拥有。因此，为了满足广大用户的需求一种新型门锁诞生了-具有时间控制能力的门锁报警器。传感器，NE555时基发生器，放大器和扬声器是它的主要组成部件，结构简单，使用方便，安全性能极佳是它的最大优点随着我国经济的快速发展，各种先进技术被运用到现实中，其中防盗技术也不例外，技术不断更新，不断改进，从而使人民的生命财产有了更好的保障。当今的门锁报警器种类很多，例如：指纹门锁报警器，振动式门锁报警器等。但具有时间控制能力的门锁报警器却是其中最好的种类之一，它采用先进的传感技术和NE555定时触发电路，其性能优良，安全系数高，安全系数高，使用广泛，堪称门锁报警器中的精品。 2.总体电路设计触摸式延时识别门锁报警器电路由触摸信号输入与报警器声延时时间控制电路，报警器触发与时间定时电路和报警器声发声与输出电路组成。WICI与R1,C1和触摸片组成触摸信号输入与报警器声延续时间控制电路，其中ICI与R1，C1组成单稳态延时电路。VT1,VT2组成下级电路的触发电路。单稳态延时电路的延时T=1.1R1C1,将电路中R1,C1的数值代人后算得T=240S,这一时间是自动接触到门锁报警声停止的整个延续时间，其中也包括开锁定时时间30S在平时，6V工作电源，加至VD1的负极，使其处于反偏状态，ICI的脚被处于高电平，单稳态电路处于稳态，它的脚输出低电平。当有人开门接触到门锁时，ICI的脚变为低电平，单稳态电路被触发，它的脚输出高电平，这时VT1导通，它的集电极由高电平变为低电平，使VT2由导通变为截止。VT2截止后它的发射级变为低电平。这一电平作为下级报警声触发与开锁时间定时电路扥控制信号IC2与C2,R4组成报警器触发与开锁时间定时控制电路，该电路的结构形式为施密特电路。在平时，由于VT2处于导通状态，C2的两端均为与电源连接，为等电位，不能被充电，同时也使NE555的，脚 脚由高电平变为低电平。当Ic2的,脚变为低电平后，由于c2两端形成了电位差，c2开始充电。随着充电时f叫的延长，c2两端的电位差逐渐增人，当充电结束时，这个电位差达到最大。 通常对_丁电容的充电过程，总是|兑它的正极电压是随着时问的延在不断上升。但在本电路中，电容c2的Jr极是和电源端相连的，因此它不可能再I：升。但c2两端形成的电位差在增大是一个事实，凶此相对于正极来说，它的负极电压实际是在不断下降。当这个电压下降到V00后，通过脚将施密特电路触发使其翻转，这时它的输出端脚由低电平变为高电平，报警声发声电路Ic3被触发，发出报警声。 从vT2截止c2开始充电到Ic3被触发发出报警声，是开锁定时时间，这一时间是由C2的充电时间决定的，约30S.报警声发声电路采用Lc246，这是一种报警专用发声电路，当它受到触发后会发出“鸣呜的报警声，触摸式延时识别门锁报警器电路用了供电兼触发的工作方式。本设计主要采用触摸式电极片和555时基电路，结合一些电阻电路产生报警信号，然后放大输出。触摸式延时识别门锁报警器电路由报警触摸信号输入与报警声延续时间控制电路，报警声触摸与开锁时间定时电路和报警声与输出电路组成。它们的组成元器件有：传感器，NE555时基发生器，放大器和扬声器等3. 单元电路设计与分析 3.1 触摸式传感器容性触摸传感器识别电容量存以关闭一导电物体例如一手指发生的电极的变化。对于capatitance有几种读出方法。在电容计使用的这工程，综合方法被使用。电容量Cx 的变化相当小，给10pF在1pF周围，但是将能够被轻易发现因为20fF数决议在这台电容计的acheved。此外，识别的日标一定根据原则着陆创造cx周。但是它正常工作，即使人体与地隔离。它可以被作为下列原因认为。 触摸式传感器电路分析 Ic2与c2、R4组成报警声触发与开锁时间定时控制电路，该电路的结构形式为施密特电路。在平时，由于vT2处于导通状态，C2的曲端均与电源端连接，为等电位， 不能被充电，同时也使555的、脚处丁高电平，因此它的脚输出低电平。当Icl被触发使vT2截止后，流过它的电流为0A，在R4卜的电压降为Ov。这就使Ic2的、脚由高电平变为低电平。当Ic2的、脚变为低电平后，由于c2两端形成了电位差，c2开始充电。随着充电时f叫的延长，c2两端的电位差逐渐增人，当充电结束时，这个电位差达到最大。通常对_丁电容的充电过程，总是|兑它的正极电压是随着时问的延长在不断上升。但在本电路中，电容c2的Jr极是和电源端相连的，因此它不可能再I：升。但c2两端形成的电位差在增大是一个事实，因此相对于正极来说，它的负极电压实际是在不断下降。 当这个电1卡下降到v00后，通过脚将施密特电路触发使其翻转，这时它的输出端脚由低电平变为高电平，报警声发声电路Ic3被触发，发出报警声。从vT2截止c2开始充电到Ic3被触发发出报警声，是开锁定时时fH，这一时间。电容计正在一台钟f（100毫微秒)的决定里测量综合时间，由于模拟比较器和输入捕获功能。fR是这个功能是不在全部IO别针上可提供的那。为了实现一台触摸任何IO销钉上的传感器，软件轮洵测量集成时间，决定成为3台钟f（375毫微秒)。时间计数的数量在正规状态是在80左右，这对于触摸swith足够。3.2 放大电路3.21 放大电路的主要内容l、放大、静态与动态、直流通路与交流通路、静态工作点、负载线、放大倍数、输入电阻与输电阻的概念：2、用近似计算法估算共射放大电路的静态工作点；3、用微变等效电路法分析计算共劓电路、分压式工作点稳定电路的电压放人倍数Au和Aus，输入电阻Ri和输出电阻R0。3.22 常见的放大电路1、共射接法的两个基本电路 共射放大电路和分压工作点稳定电路是模拟电路中最基的单元电路。 2、两种基本分析方法图解法和微变等效电路法图解法和微变等效电路法就是针对二极管1r线性的特点而采用的分析方法。 3、放大电路的三种组态一一共射组态、共集组态和共基组态 由丁放人电路输入、输出端取自二极管二个不同的电极，放人电路有二种组态共射组态、共集组态共基组态。由于组态的小同，其越大电路反映出的特性是不同的。在实际中，根据要求选择相应组态的电路。 4、两种放人元件组成的放人电路双极型二极管放人电路和场效应管放人电路般来说，双极性三极管是种电流控制元件，它通过基极电流咭的变化控制集电极电流Ic的变化。而场效应管是一种电压控制元件，它通过改变栅源间的电压uGs来控制漏极电流ip的变化：其次，双极性三极管的输入电阻较小，而场效应管的输入电阻很高，静态时栅极几乎小取电流。由于它们性能和特点的不同，可根据要求选用不同元件组成的放大电路。5、多级放大电路的三种耪合方式阻容耦合、直接耦合和变压器耦合将多级放大电辟连接起来的时候，就出现了级与级之间的耦合方式问题。通过电阻和电容将两级放人电路连接起米的方式称为阻容耦合。由丁电容的作用，使各级放人电路的静态工作点互相独立，分析估算比较方便。但它不能放大变化缓慢的信号和直流信号，也不便于集成化；将前级输出与后级输入直接相连的方式称为直接耦合。它能传递相放大变化缓慢的信号和直流信号，便于集成，但由丁是直接耦合，各级静态工作点互不独立，分析计算比较麻烦。另外，还存在着电甲偏移和零点漂移现象；通过变压器的初级和次级把前级输出与后级输入连接起来的方式称为变压器耦合。它能够实现阻抗变换，以便存负载上得到最人的功率输出，各级静态工作点也互相独立。但由丁变压器比较笨重，消耗有色金属，也小适于集成化。6、放大电路的频率响应 当将不同频率的信号输入放大电路时，由于晶体管极问电容和电路中电抗性元件的影响，放大电路的放大倍数要随之变化并产牛一定的相位移。因此，放大电路的电压放大倍数和相位是频率的函数，称之为放人电路的频率响应。把放人倍数与频率的关系称之为幅频特性，相位与频率的关系称之为相频特性。3.23 重要概念本章涉及到的一些重要概念有：放大的本质、静态和动态、直流通路和交流通路、工作点、负载线、非线件失真、放大倍数、输入电15H、输出申。15H、频率特件等。现简述如下：1、放大一一放大的实质可以从两个方面来看：一是其能量的控制作用即用一个能量比较小的信号去控制另一个能量，使负载上得到较大的能量；二是放大作用必须针对变化量而言，即输入信号有一个比较小的变化量，则在输出端得到一个比较人的变化量。2、静态和动态静态是指当放大电路没有输入信号（ui=0）时，仅在外电源Vcc作用r电路的工作状态。为了表示其工作状态，求出此时的IB、Ic和ucE伉，它在特性曲线上是个确定的点，通常叫静态工作点。动态是指放大电路加入交流输入信号(Ui不等于0)时电蹄的工作状态。为r表征动态特性，一般引用负载线、动态范围、放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标来表示。动态讨论的变化量往往是在某个特定的静态基础r变化的，因此可将它们两者的关系形象地认为是在静态工作条件下“驮”上了一个动态的工作信号。 3、直流通路和交流通路-由于电路中存在着一些电抗性元件，故直流信号与交 流信号的通路是不同的。因此要相心地将电路区分为直流通路和交流通路两个方面。直流通路用以分析电路静态时的T作情况，交流通路用以分析电路动态时的T作情况。 4、静态工作点 存电路参数一定的情况r，二极管总有一个确定的静态工作状态，我们用一个点来表小，叫静态工作点。一般用IBQ、IcQ和ucEQ的数值来描述。 5、负载线在直流负载线和交流负载线。前者用于确定静态T作点，后者则表示加入交流输入信号后，电路交流工作状态时的运动轨迹。6、非线侍失真一一在放大电路的核心元什是双极型三檄管或场效应管，由于它们本身是非线性元件，其输入、输出特性电压、电流问的关系都是非线性的，因此输出波形总会现或多或少的失真，尤其当工作点设置不合理或输入信号幅度过大时，这种失真更为重要7、放大倍数、输入电阻和输出电阻它们是反映放大电路性能优劣的重要指标。 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，定义为输信号与输入信号的变化量之比。它有电压放大倍数和电流放大倍数。当输入信号为正弦波时，电压放大倍数Au为输出电路的有效值UO与输入电压的有效伉ui之比，表示为：Au=Uo/Ui电流放大倍数Ai为电流约有效值IO输入电流Ii的有效值之比，可表示为 Ai=Io/Ii输入电阻Ri是衡量放大电路向信号源索取电流大小的指标。定义为输入电址Ui与输人电流的有效值之比，可表示为： Ri=Ui/Ii输出电阻R0是衡量放大电路带负载能力的指标。定义为当输入端信号电压us等于零0(保留信号源内阻Rs)、输出端开路(RL=)时，外加输出电压Uo与输出电流IO之比，可表示为：8、频率特性一一随着输入信号频率的小同，放大电路电压放大倍数的模和相角都要随之变比。把幅度随频度的变化叫幅频特性，相位随频率的变化叫相频特性，统称为放大电路的频率特性。3.3 555时基电路3.31 555时基电路555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由丁它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于再种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本RS触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是NE555参数模拟电路和数字电路的混合体1、只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2、它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这此逻辑系列的高、低态组合。 3、其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4、它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。3.22 555触摸定时开关集成电路IC1是一片555定时电路，在这里接成单稳态电路。平时由于触摸片P端无感应电压，电容c1凛过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电甲，继电器KS释放，电灯小亮。当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由c2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电甲，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截Ir，电源便通过K1给c1充电，这就是定时的开始。当电容cl上电压上升至电源电2/3时，555第7脚道通使cl放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。定时长短由Rl、c1决定：Tl=l.lRl+c1。按图中所标数值，定时时间约为4分钟。D1可选用1N4148或1N4001。3.3 555触摸定时结构555时基集成电路是一种数宁、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用三个3K电阻，故取名555电路。 555电路内部结构555电路引脚排列 1、555电路的工作原理由于555内部比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形，这时振荡频率受电源的温度变化的影响较小。故只需通过调节R1的阻伉米值来改变f米使其为lHz的秒脉冲信号，作为闸门信号。如图3 2所示555电路的内部电路含有两个电压比较器，一个基本Rs触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5千欧姆的电阻器构成分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同时输出和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为Vcc和Vcc。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；并输入信号自2脚输入并低_丁vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电半，同时放电开关管截止。RD是复位端,当RD=O，555输出低电平。平时RD端开路或接vcc。vc是控制电压端(5脚)，平时输出23vcc作为比较器Al的参考电平，当5脚外接个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电压的稳定。2、由定时器构成的多谐振荡器 555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成学稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即要获得较高精度的振荡频率荡具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。多谐振荡器多谐振荡器波形图图为由555定时器和外接定时元件R、c构成的中稳态触发器。触发电路由cl、R1、D构成，其巾D为钏位二极管，稳态时555电路输入端处丁电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电半，当有个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。并使2端电位瞬时vcc，低电平比较器动作，甲稳态电路即开始一个暂态过程，电容c开始充电，vc按指数规律增K。当vc充电到vcc时，高电甲比较器动作，比较器Al翻转，输出v0从高电平返回低电半，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为一个触发脉冲的米到作好准备。波形图如图3 3(b)所示。暂稳态的持续时间tw(即为延时间)决定于外接元件R、c