超声波防盗报警装置

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业超声波防盗报警装置摘 要： 本次设计介绍了利用超声波敏感器件作为发射头和接受头, 发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接收反射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化，接收电路检测到变化的信号控制电路做出反应即驱动报警。关键词： 超声波 防盗 报警Abstract：The design introduces a way to use the ultrasonic T/R head ，the launcher launches the same rat

2、e of ultrasound into the detecing area, and the receiver receives the reflection of the ultrasound back, in the absence of moving objects enter the detecing area, the rate, which the reflection of ultrasonic back, was the same.When the activities of detecting objects into the region, the return rate

3、 of ultrasonic is ranging and constantly changing, and the receiving circuitry is to detect changes which is in the control circuit to respond to signals that drive alarm. Keywords：Ultrasonic Intruder Alarm前言可以探测活动物体的超声波探测器有着广泛的用途 。例如，自动开关门的检测 、控制器；电梯自动启动器；防盗报警探测器等。这种探测器的特点是可以判断被探测区域 内有无活动的人动物或其它移动的

4、物体，控制围较大 ，可靠性高。这种超声波探测器具有两种典型结构：其一是发射器和接收器相对放置，物体挡住超声波的传播路径时即被检测到物体的存在，这种结构类似于红外线防盗报警器的道理。另一种应用较广泛的结构是超声波发射器和接收器并排放在一起。发射器发射超声波，接收器接收反射回来的超声波，通过反射的超声波可以判断有无被探测物体的存在，及存在的距离等。本文介绍的是超声波移动物体探测器。测器的基本原理是：发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接受发射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化，接受电路检测

5、到变化的信号控制电路做出反应即驱动报警。本设计中的超声波防盗报警器具有以下功能和特点：侦测范围 10米；在有效范围内侦测到有物体移动时，延时约 2 0秒发出声、光报警，以便使用者进入时有切除警报的可能；发出声、光报警信号经2分钟后能自动撤除警报，以便重复侦测报警。 一、实验目的：1、用超声波设计出报警装置。2、掌握信号的检波放大方法。3、掌握报警装置的设计方法。二、实验任务：1、单片机产生40K频率信号，经过整形后送到超声波发射器驱动其发出超声波。2、设计接收器接收反射回来的超声波。3、接收信号后经过放大检波滤波后，又经过电平比较后，转换成电平信号。4、延时处理，处理后驱动报警电路从而发生声光

6、报警。5、设计报警电路。三、电路总设计：超声波发射超声波接受整形方波发生器放大电平检测延时控制检波滤波电平比较驱动声光报警 图1 总设计图四、单元电路设计：4.1.1超声波发射模块 发射器采用通用的 NE55时基集成电路，它的晟大优点是电路较简单、调整方便，而且频率稳定。在时基电路的输出端接了反相器，为的是提高时基电路带负载的能力，同时也起到对输出波形整形的作用。经这两极反相器驱动超声波发射头，通过发射头内部的陶瓷激励器和谐振片转换成机械振动信号 ，经锥形辐射口将40kHz的方波信号以最大的声压能级向空间辐射出去。采用敏感元件T40-16,R40-16作为超声波发射、接收传感器；其详细介绍如下

7、：这种传感器具有良好的温度特性和耐振动、抗冲击等特点。超声波发射器和接收器并排放在一起，发射器发射超声波，接收器接收反射回来的超声波，通过反射的超声波可以判断有无被探测物体的存在，及存在的距离。发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接受发射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化。其性能参数见表1所示： 表1：超声波传感器电性能参数：型号用途中心频率带宽灵敏度（40kHz）电容量（Pf）绝缘电阻（M）最大输出电压(MV)UCM-40T发射40KHZ96KHz/db110dB1700>10

8、020UCM-40R接收40KHZ-73KHz/db-65 dB1700>100采用NE555构成多谐振荡器，来产生40KHZ方波信号。下面介绍555集成定时器的工作原理和使用：555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等。TTL集成定时器555定时器的内部原理框图和引脚图如图1、2所示。它是由上、下两个电压比较器、三个5k电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的同相输入端接到由三个5 k电阻组成的分压网络的2/3Vcc处，反相输入端为阀值电压输入端。

9、比较器C2的反相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，同相输入端为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端，当复位端处干低电平时，输出为低电平。控制电压端是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O01F的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5+18V，输出电流可达100200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。CMOS集成定时器CC7555的功能和TTL集成定时电路完全一样，但驱动能力小一些，内部结构也不同，555定时器的功能表

10、见表2。 图2 555 内部结构图 图3 555 引脚图表2 555 功能表触发阈值复位放电端输出H导通LH原状态H截止HL导通L(1) 构成基本多谐振荡器如图4，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端 Ct 放电，使电路产生振荡。电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电，其波形如图5-(b)所示。输出信号的时间参数是 Ttw1tw2， tw10.7(R1R2)C ， tw20.7R2C 555电路要求R1 与R2 均应大于或等于1K ，但

11、R1R2应小于或等于3.3M。 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可获得较高精度的振荡频率和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图4 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形 该模块的原理图见下图5图5 超声波发射模块4.1.2超声波接收放大与检波滤波电路接收到的信号经过R6,C4滤波后，经过运算放大器作为前级放大,放大倍数为A1=R7/R5=47,又经过A2=R9/R8=47,总的增益A=47*47；放大的信号经过二极管D1,D2进行幅度检波后，在所探测的区域没有物体移动时输出为零，当存在活动的物体即有电压信号。运算放大器采用的是TL0

12、82,首先介绍一下其有关资料：TL082 宽带高速运算放大器，其管脚图如图6所示。图6 运算放大器管脚图该模块原理图如图7所示：图7 超声波接收放大与检波滤波电路4.1.3电平比较与检测电路当存在活动的物体即有电压信号，再经过滤波和运放放大，经二极管D3,D4整流后得到比较平滑的直流电平； 得到的直流电平延时1S后送至一个由运算放大器组成的比较器，进行电平比较检测 ，有物体移动时输出为低电平，产生一个负脉冲。该模块的运放用的是LM358,介绍其相关资料： 其管脚如图8 图8 LM358管脚图该模块原理图见图9 图9 电平比较与检测电路4.1.4延时控制电路 当有物体移动使会产生一个负脉冲触发后

13、面的单稳电路。该模块采用555定时器构成单稳电路来实现延时和定时的目的。采用两个555定时器分别实现定时20S和140S，然后将，将IC2 NE555的3脚输出20S的脉冲信号取反后与IC3 NE555 3脚输出的140S脉冲信号相与，就可以实现20S延时后，2分钟的定时报警。在IC3的4脚接按键，当需要切除警报时，按下该键复位即可实现。先介绍下555构成单稳电路的原理，见图10图10 555构成单稳电路接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiVCC/

14、3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。脉冲宽度tp=1.1RC.该模块的时序图如图11：有人进入时产生一个负的触发脉冲，触发定时器产生20S延时，在20S内若未解除警报，则产生2分钟定时报警；若在20S内按复位键解除警报，则不会触发声光报警电路。VtkVo2ResetVo3图 11 延时控制电路的时序图该模块的原理图如图12所示： 图12 延时控制

15、电路原理图4.1.5 声光报警电路该模块用555构成多谐振荡器来产生一定频率的方波信号来驱动发光二极管和扬声器，从而实现声光报警。555的复位脚时由2分钟的定时信号来控制的，当2分钟未到时，复位脚未高电平正常工作，当时间到后，复位脚为低电平，停止工作。该模块的原理图如图13所示：图13 声光报警原理图42 单元模块的连接关系将模块2，模块3依次相连，将模块3的输出作为模块4触发脉冲输入端的的信号，将模块的最后输出信号连接到模块5的4脚复位端即可。五.参数计算与调试 根据555定时器产生的单稳脉冲宽度为tp=1.1RC,定时20S和120S，通过计算可知，模块4中的电阻在IC2中R=200K,C

16、=100Uf,在IC3中R=1.2M,C=100Uf.而模块1和模块5中用到的多谐振荡器的频率有公式：F=1.433/(RA+RB)*C 计算。超声波发射器和接收器在安装上必须 注意 ，它们之间必须保持弹性联接 ，而不要钢性固定。避免发射波直接通过钢性联接传到接收器件 。电路中有3个电位器 VR，VR1用来调节发射电路的振荡频率，调节 VR1 ，使其达到最大值，此时VR1最好应停在中间位置 。 六.设计总结与体会通过对这次超声波防盗报警装置电路的设计，我感受颇多，总结起来大致有以下几个方面在：首先，我学会了综合运用课堂之中所学的模拟电子和数字电子的理论知识独立完成了一个设计。我们在平时的上课学习过程中，接触到的大多是一些理论的东西，一直感觉很抽象，不知道怎样与实际相联系。而这次的课程设计正好给了我这样一个机会，让我学着将理论的东西与实践结合起来。其次，通过查阅手册和文献资料，我开始学着独立思考核解决问题。在查阅的过程中，也学到了很多平时课堂上没有涉及到的知识。而在设计的过程中，通过与同学的讨论发现解决问题的方法是多种多样的，每一种思维都有它的可取之处，都有值得自己学习的地方。在交流学习的过程中