基于555家庭防火防盗报警器课程设计

1、 华清学院电子工艺实习题 目： 家用防火防盗报警器电路 院 （系）： 华清学院 专业班级： 自动化0802 姓 名： 陈栋 学 号： 25 指导教师： 孟月波 2012年 7月 10 日目录一、 实习题目3二、 实习目的3三、 实验原理3原理分析3电路图4四、 模块分析4防盗部分4防火部分5基于各模块的探索分析5五、 电路仿真与分析9单稳态触发器的仿真分析9单稳态延时电路的仿真分析11多谐振荡电路的仿真分析13烟雾检测器的仿真分析15六、 总结15原理分析15实习心得16参考文献17一实习题目家用防盗防火报警电路 二实习目的1.利用学过的知识分析实际电路。2.学习利用电路制作软件PROTEL完

2、成原理图。3.根据绘制的原理图完成PCB板的设计工作。4. 借助Multisim2001和Proteus 仿真软件对电路进行了仿真虚拟实验。5.通过独立完成原理图，PCB电路图，对家用防盗防火报警电路的原理，及其运行方式有充分的了解；6.经过实习过程达到对课程的充分了解。三实验原理如图所示为家用防盗防火报警电路。该电路主要由一个QM-N5气敏传感器和555组成的单稳态触发器、单稳延时电路及多谐振荡器组成。QM-N5与电位器W1等组成烟雾检测器，当可燃性气体或烟雾超过一定的浓度时，A-B间的电阻变小，结果B点电位升高且足以使管子BG3导通，C点呈高电乎，相应又触发由IC3、R8、R9、C6等组成

3、的多谐振荡器起振，发出音响报警信号，以提醒用户注意。IC3的振荡频率约为f=1.44/(R8+2R9)C7，图中所示参数对应的频率约为1000Hz。同时，调节电位器W1可改变报警的阈值。IC1(555)和R1、C1等组成单稳态触发器，金属片M与门锁的金属部分相连，当有人开锁时，人体的感应信号使IC1触发置位，3端输出的高电平使BG1导通，BG2截止。IC2(555)和C4、R4组成单稳延时电路，延迟时间为td=1.1R4C4，图中所示参数对应的延迟时间约为60秒钟，以使主人开门后关掉报警器电源；而对小偷来讲，其因破门开锁需一定的时间，一般会超过60秒钟，IC2输出的单稳态脉冲触发IC3多谐振荡

4、器发出报警音响。 本电路可与电子锁、电子机械锁、普通门锁等一起使用，作为家用或库房的防盗防火报警装置，当有人破门开锁或发生煤气泄露、火灾时，立即发出报警声。四模块分析防盗功能的部分如图1所示，利用555电路组成的单稳态触发器，单稳延时电路和多谐振荡器等对人体感应信号的处理。当人体的感应信号经第一个555定时器组成的单稳态触发器电路，电路进入暂稳态，输出一个高电平。然后在单稳延时延时后又输出一高电平，其输出的单稳态脉冲触发多谐振荡器，发出报警音响。人体传感信号的输入报警输出单稳态触发器单稳态延时多谐振荡器气敏传感器输入电路蜂鸣器图1防火功能部分也如图1所示，当被监测的可燃气体浓度超过允许范围时，

5、传感器两极间的电阻剧减，使555多谐振荡器起振，蜂鸣器发出报警声响.基于图1中各模块的探索分析.人体感应信号输入及单稳态触发器的设计VO1O1VI1图2.1.1如右图2.1.1所示，用一金属片与门锁的金属部分相连，IC1（555）和R1、C1等组成单稳态触发器。当没有触发信号即没有人在开门时，VI1处于高电平（VIVDD3），接通电源后，单稳态触发器的输出VO为低电平。若有人开门时，即人体的感应信号输入触发输入端VI1时，电容C2通过金属片M与人体接触，直接与大地相连放电，等到C2VDD3时，VO1跳变为到电平，电路进入暂稳态。此后电容C1充电，当C1充电至VC1=2VDD3时，电路的输出电压

6、由高电平翻转为低电平，同时555内的放电三极管导通，于是电容C1放电，电路回到稳定状态。如果忽略555内的放电三极管的饱和压降，则VC1从零电平上升到2VCC3的时间，即为输出电压VO1的脉宽tw=Rcln31.1RC.通常R的取值在几百欧至几兆欧之间，电容取值为几百皮法到几百微法。这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1%。单稳延时电路的设计VI2VO2图2.2.1 如右图2.2.1所示，IC2和C4、R4等组成单稳延时电路。当没有人体的触发信号触发时，接通电源后，由于IC1的输出VO1为低电平，所以BG1截止，BG2导通。那么就有IC2的2、6脚为高低平，使电容C4两端的

7、压降近似为零，电容不充电，单稳态延时电路的输出VO2问低电平。若有触发信号到来时，IC1输出高电平，BG1导通，BG2截止。又由于电容C4两端的电压不能突变，在BG2截止的那一瞬间，电容两端的压降仍然大约相等，但马上IC2的2或6脚的电位会因下面接了一电阻和地线而逐渐下降，这时IC2的2和6脚都是低电平，使单稳态延时电路的输出VO2越变为了高电平。同时，它导致了电容C4两端的电位不平衡而致使电容C4通过R和BG2进行充电。直到IC2的2和6脚的电压等于2VDD3时，输出VO2又跳变为低电平，回到稳定状态。延时时间td=1.1R4C4图示的参数对应的延时约为60秒钟此。延时模块的设计是为了当主人

8、开门后关掉报警器的电源，而对于小偷来说，因破门开锁需要一定时间，一般会超过60秒，IC2输出的单稳态脉冲触发IC3多谐振荡器，音响报警。多谐振荡器及输出电路的设计VO3VI3图2.3.1如图2.3.1所示，IC3、C7和音响Y组成。因为IC3的4脚是其的复位输入端，当4脚输入为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端VO3都为低电平，所以当在没有IC2输出的单稳态触发脉冲（整个电路没有人体感应信号触发）时，VI3就是IC2的输出信号，为低电平，使得输出VO3也为低电平。当前面有单稳态触发脉冲时，IC3的4脚变为高电平，这时由于在接通电源后电容C6通过R8和R9进行充电，当VC6上升到2VDD

9、3时，使输出VO3为低电平，同时IC3内的放电三极管导通，此时电容C6放电，VC6也随之下降。当VC6下降到VDD3时，VO3翻转为高电平。电容器C6放电所需的时间为tpl=R9C6Vln20.7R9C6当放电结束时，IC3内的放电三极管截止，VDD通过R8和R9向电容器C6充电，VC6由VDD3上升到2VDD3所需要的时间为tph=（R8+R9）C6ln20.7（R8+R9）C6当VC6上升到2VDD3时，电路的输出VO3又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波。其振荡的频率为f=1（tpl+tph）1.43（R8+2R9）C6由于555定时器内部的比较器

10、灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。当它受到IC2输出的单稳态脉冲触发，发出报警音响。图示IC3的振荡频率为1000HZ左右。 烟雾检测器设计图2.4.1如图2.4.1所示，QM-N5与W1等组成烟雾检测器设计。当没有人体感应信号输入时，接通电源后，由于QM-N5和W1等的分压，使得IC3的4脚的输入为低电平，且它是直接复位输入端，那么其输出VO3也为低电平，不能时音响发出报警信号。然而，若烟雾或可燃气体超过一定浓度时，气敏电阻A-B间电阻变小，使B点的电位足以使BG3导通，IC3的4脚输入成高电平，IC3起振（具体过程请看

11、2.3多谐振荡器及输出电路的设计），发出音响报警信号。四电路仿真与分析单稳态触发器的仿真分析当人体的感应信号输入时，引起IC1的2脚的输入的变化，导致了它的输出VO1的跳变。如下图，仿真1为没有触发信号时的IC1的输入VI1为高电平，输出仿真图1VO1为低电平。但有人体的感应信号触发时，VO1跃变为高电平，当电容充电到2VDD3时，又回到到低电平。其波形变化如下的VI1和VO1的仿真波形1所示。VO1仿真波形1 VI1仿真波形1当有人体感应信号一直触发时，VO1也一直为低电平，但只要停顿一下就也会触发使VO1输出一直为高电平。其波形如下VI1和VO1仿真波形2所示。VI1仿真波形2 VO1仿真

12、波形2单稳态延时电路的仿真分析 如下仿真图2所示，当VO1为高电平时，有如VI2和VO2仿真波形。仿真图2VO2仿真波形 VI2仿真波形多谐振荡器的仿真分析 如下仿真图3所示，当有人体的感应信号时，VO2输出高电平，使IC3仿真图3直接复位端无效，则输出振荡波。其波形如下VI4和VO4的仿真波形所示。VI3仿真波形 VO3仿真波形烟雾检测器的仿真分析 如下仿真及波形图所示，QM-N5气敏传感器用一滑动变阻器代替，当可燃气体或是烟雾超过一定的浓度时，传感器两端，也就是下图中的R1的仿真及波形图4阻值急剧减小，致使其间的电位跃变为高电平，可使多谐振荡器产生振荡。五实习心得 原理分析：此家庭防火防盗报警器是基于单稳态触发器、单稳态延时电路和多谐振荡器的简单且实用的报警装置。它主要由人体感应或可燃气体超浓度的信号输入、信号延时和多谐振荡器的输出使音响报警几部分构成。本装置利用了555定时电路和一个电阻和三个电容构成了单稳态触发器，使当有人体的感应信号输入时，其输出高电平，触发其后面的延时电路。同时，单稳延时电路也主要有555定时器构成，完成了对单稳态触发器的高电平信号的60秒钟的延时，使当是主人开门时有60秒钟的时间去把报警器的电源关