声控报警电路实验报告

1、实验报告实验名：实验名：语音控制报警电路设计实验学生：实验学生：所属班：所属班：班内号码：一，摘要一，摘要近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，生活节奏加快，人们对电子报警器的需求越来越多。 电子报警器应用于安全防止、系统故障、交通运输、医疗救护等领域，与社会生产密切相关。 例如，语音控制警报系统广泛应用于各种家电产品和小电子产品，因为其功能简单、成本低，在生活中随处可见。 本课题根据应用需求，根据实验要求设计电路。 报告介绍了一种简易的音响控制报警器电路设计和电路的构建调整。 关键词：关键词：报警器CD4011； 无源蜂鸣器LM358二，引言二，引言随着电力电子技术、计算机技术、自

2、动控制技术的迅速发展，电子设备、电子设备的出现日新月异，电子产品在市场上竞争激烈。 在本课程中，设计了将驻极体电容传声器用作声音传感器来取得电压，用LM358放大电路这两个阶段进行放大，经由电压比较器和多谐振荡器，输出驱动蜂鸣器和发光二极管的工作警报。 11、设计要求、设计要求1、设计任务要求设计了音响控制警报电路，在麦克风附近拍手，电路能发出警报音，持续时间在5秒以上。 声音传感器采用了驻极体电容麦克风，蜂鸣器采用了被动蜂鸣器。 2、提高要求1，增加警报灯，使之闪烁进行警报2，增加输出，提高警报音量，强化抑制力。 22、电路设计、电路设计1、系统结构框图图2、系统整体的设计构想驻极体电容麦克

3、风作为声音传感器，将鼓掌产生的声音信号转换为电信号，微弱的电信号在用同相放大器放大后容易传输和驱动，放大信号进入同相比较器， 比较器可通过实验设定合理的比较电压VREF，在放大信号高于比较电压VREF的情况下，放大器以高电平促进方波振荡器的工作，在振荡产生的方波被晶体管放大后，驱动无源式蜂鸣器发出警报音。 但是，一次掌声产生的电信号只有短脉冲，因此需要在比较器之后接通延迟电路，延迟脉冲电压下降速度来实现延迟警报。 3、单元电路设计构想声音采集单元设计原理简单驻极体麦克风由声电转换和阻抗转换两部分组成。 声电转换的重要因素是驻极体振动膜，驻极体振动膜遇到声波振动时，电容器两端的电场发生变化，产生

4、随着声波的变化而变化的交变电压。 因为其隔膜和金属极板间的电容比较小，所以其输出阻抗值高几十兆欧姆以上。 这样的高阻抗不能直接与音频放大器匹配。 在麦克风上连接结型场效应晶体管，进行阻抗变换。 由于驻极体麦克风的内部结构包含场效应晶体管，所以驻极体麦克风必须提供直流电压才能工作。 在本实验中采用漏极输出型电路，电路图如下所示，实际的电路参数麦克风的场效应晶体管的UDS一般在1.5V4.5V之间，IDS一般在0.1mA1mA之间。 可知在供给电压VCC为6V8V的情况下，RD处于约2.2K5.1K之间。 实验电路可以预取2.8K。 c是直流截止电容器，可以采用22uF的电解电容器。 3、信号放大

5、单元的设计原理是驻极体麦克风变换产生的电信号为微弱信号，测量到的掌声瞬间麦克风输出的最大值约为12mV，该信号经放大器放大后，要与比较器进行比较。 该部分信号的放大通过LM358来实现，LM358构成第1级约100倍，第2级电压追随的波形。 第一级的电路设计原理是，第一级采用同相放大电路，输入信号从直流补偿电阻R1输入到运算放大器的同相输入端。 反馈网络由R2和R3构成深度电压串联负反馈放大电路。分析集成运算放大器电路的两个重要特征(“虚短”、“虚断”)，U=U-=Ui (“虚短”但不是“虚地”)，因为I=I-=0，所以NipUUU1RUINi以同相输入到运算放大器，在Rf=0或R1=的情况下

6、，Auf=1 (RfR1)=1 在实际的电路参数麦克风的测量中，输出的电信号约为150mV，因此，预备地将放大率设定为100倍，使放大级输出约为1.5V。 放大部的电路参数如图2.3.2(a )所示。 进一步放大后，紧接着1次电压追踪缓冲器，电压追踪参数如图2.3.2(b )所示。 3、简单地说明电压比较单元的设计原理，电压比较器对两个模拟电压比较其大小，判断哪个电压高。 图1(a )是比较器，具有同相输入端子(“ ”端子)和反相输入端子(“ ”端子)两个输入端子和输出端子VOUT (输出电平信号)。 另外，有电源v和接地(单电源比较器)，同相侧输入电压VA，反相侧输入VB。 VA和VB的变化

7、如图2.3.3(a )所示。 在时间0t1时VAVB； 在t1t2的情况下为VBVA； t2t3的情况下为VAVB。 在这种情况下，VOUT的输出如图1(c )所示，在VAVB时VOUT输出高电平(饱和输出)，在VAVB时VOUT输出高电平(饱和输出)，在. VBVA时VOUT输出低电平。 根据输出电平的高低可以知道哪个电压很大。 即使将VA输入到反相端子、向同相端子输入VB，VA和VB的电压变化如图1(b )所示，VOUT输出如图1(d )所示。 与图1(c )相比较，其输出电平相反。 输出电平的变化与VA、VB的输入端有关。 将输入电压VA与一定的电压VB进行比较，该一定的电压VB称为基准

8、电压、基准电压或阈值电压。 在试验中合理设定基准电压，可以实现特定的电压比较。 实验原理图是在VAVB时，uO=UOM为了容易进行电路组合后的调试过程而导入体积分压，如图2.3.3(b )所示，从同相侧输入信号，参考电压为2.3.42.3.4RCRC延迟单元延迟单元当充电电压降低至0时，电容器c经由电阻r开始放电，直到电容器c所积蓄的电荷全部放电为止。 在这样快速缓慢的过程中实现了电路电压降的延迟功能，具体电路图要求在以下实际电路参数实验中报警时间在5s以上，根据t=RC的初步计算，电阻R=100k，电容器C=0.01uF是理想的。 预计警报时间将持续10s左右。 2.3.5方波振荡器单元的设

9、计原理简单，由门电路和电阻元件构成，没有稳定状态，只有两个瞬态稳定状态，通过电容器的充电和放电，使两个瞬态稳定状态交替，产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。 由于矩形脉冲的高次谐波成分丰富，所以通常把矩形脉冲发生电路称为多振荡器。 本实验使用CD4011实现了方波振荡，电路图如下。 当输入UO的高电平时，该方波振荡器主要依赖于电的全周期，波形发生如下变化。 另外一方面，输入信号UO是振荡器整体的开关电平，在UO输入高于Vth的高电平的情况下，振荡器正常动作，输出方波，UO输入低于Vth的低电平时，门G1总是输出高电平VOH，电路不能振荡输出方波。 实际的电路参数该多振荡器的振荡周期与时间常

10、数RC、栅极电路的阈值电压Vth有关，频率稳定性差。 在这里进行理想的近似计算。 在T1时段中，G1输出高电平VOH，G2输出低电平VOL，并且电容器c充电。 为了容易计算，如果忽略栅极的输出电阻和输入端子电流，则充电常数为RC。初始值和最终值是稳态值，因此(1olohthavvtvohavv ) (tha vtv ) (2ohthoholohthaaavvvvrcvtvvrct ) (ln ) () () ) (ln211在T2期间G1中为低电平VOL，在G2中为高电平voh， 对电容器c进行逆充电，VA从Vth (VOH-VOL )下降，当t=t3时，VA下降到Vth，初始值VA(t2)=

11、Vth (ln211以上振荡周期为21TTT，想要驱动蜂鸣器和发光二极管，元件参数设定如下： 5、无源式蜂鸣器报警单元设计原理简单无源蜂鸣器内部没有附属的振荡源，需要以前级输出的频率为2K-5K的方波驱动。 实验中增加晶体管，增加蜂鸣器的输入功率，保证更好的实验效果。 实际电路参数测试元件的初始参数如图所示，采用了NPN管8050和电阻R=2K。 3、单元电路的组合设计单元电路在组合时还需要考虑各单元间的输入输出阻抗的平衡。 首先，对各级间的组合进行如下说明： 1、应注意语音收集单元与信号放大单元之间的连接，由LM358构成的放大单元的输入阻抗理想上接近无限大，放大单元的输入阻抗与语音收集系统

12、的输出负载声音收集单元输出的信号电流过小，电压脉冲的变化不明显，对后级单元的信号的接收和处理有很大影响。 因此，必须在电压放大单元的输入端子和接地之间设置小的电阻值电阻，降低拾音单元的输出阻抗2，防止电压比较单元和延迟单元之间电容向前级的电路放电，电流逆流。 因此，在电压比较部和延迟部之间追加1N4148二极管，实现单向导通，禁止电容对前级电路的放电的影响。 3、有必要在方波振荡器和发光二极管之间串联连接2K左右的电阻，降低通过发光二极管的电流，以保护发光二极管不被过大的电流破坏。 33、电路模拟、电路模拟1、单元模拟信号放大单元的动作状况、基本要求是最小信号放大倍率100倍。 设计满足这个单

13、元扩大100倍的基本要求。 在图3.1.1(c)2中，电压比较部的模拟电路可以对参照电压进行比较，即使是不同的参照电压，电压比较器也可以实现不产生滞后的同相电压比较功能。 3、要求延迟单元的模拟延迟电路实现高电平下降的延迟功能，当在模拟中向延迟电路输入短的高电平时，检测输出的输出电平逐渐下降。 如果发现下降缓慢，时间超过5S，满足设计要求。 在延迟电路的输出侧可以看到明显的急速充电和切断开关后缓慢放电的过程。 图3.1.2(c)4、方波振荡单元在模拟方波振荡器前级需要输入高电平的情况下，振荡输出高频的方波信号，并驱动后级的蜂鸣器发出警报。 5、整体模拟对模拟麦克风信号的输入进行测试，整体电路可

14、以检测到最后可以驱动蜂鸣器的方波信号。 4、电路构筑和调试模拟麦克风信号的输入，整体电路对该输入作出响应，检测最后能驱动蜂鸣器的模拟麦克风信号的输入，整体电路对该输入作出响应，检测最后能驱动蜂鸣器的图3.2.244，电路构筑和调试电路构筑和调试1， 信号放大单元构筑和调试信号放大单元由LM358实现，其芯片封装引脚图如图4.1.1所示，该单元电路图如图4.1.2所示，当图中设定R2=1K时，容易变更放大率，当变更电阻R1时，该单元电路图例如，在图表电路图中R1是100K，放大率是100倍，图像形成电路，如图4.1.3(a )所示，设定R1=50k。 输入信号的参数如图4.1.3(b )所示，频

15、率是1KHz，峰值是20mV。 输出波形如图4.1.3(c )所示，频率为1KHz，峰值为1V，设计和构建符合要求。 最后需要注意的是，只需在级联调试时变更R1的电阻值，就能变更该单元的电压放大率。2、电压比较单元的建立和调试的电压比较单元用LM358实现。 3、方波振荡单元的组装和调整方波振荡的主要因素是CD4011,4、4、4，整体级联调整55，实验总结和讨论，实验总结和讨论1，电阻值使用错误，最简单的是错误后最难检查，所以为了保险，第一步2、电解电容器方向错误，容易爆炸。 3、芯片的引脚错了。 针脚密集，连接要小心。 66、实验元件和仪器资料、实验元件和仪器资料1、驻极体电容麦克风的结构

16、和原理结构和驻极体麦克风由声电转换和阻抗转换两部分组成。 声电转换的重要因素是驻极体振动膜。 这是一种非常薄的塑料膜，一面蒸发着纯金膜。 之后，通过高压压电界定极后，在两面分别存在各向异性电荷。 隔膜的蒸汽金向外，与金属外壳相连。 隔膜的另一面和金属极板之间用薄的绝缘密封件隔离。 由此，在蒸镀膜与金属极板之间形成电容器。 驻极体膜遇到声波振动时，电容器两端的电场发生变化，产生根据声波的变化而变化的交变电压。 驻极体膜与金属极板之间的电容比较小，一般为几十pF。 因此，其输出阻抗值非常高(Xc12tfc )，在数十兆欧元以上。 这样的高阻抗不能直接与音频放大器匹配。 在麦克风上连接结型场效应晶体

17、管，进行阻抗变换。 场效应晶体管的特征是输入阻抗极高，噪声系数低。 通常的场效应晶体管的有源电极(s )、栅电极(g )、漏电极(d )三个电极。 这里，使用了在内部源极和栅极间再耦合二极管的专用场效应晶体管。 连接二极管的目的是当场效应晶体管受到强信号的冲击时发挥保护作用。 在场效应晶体管的栅极上接合金属板。 这样，驻极体麦克风的输出线就变成了3条。 即，源s一般是蓝色的塑料线、漏极d，一般是连接红色的塑料线和金属壳的编织屏蔽线。 2、极性判定电路的连接方法有源极输出和漏极输出两种。 源极输出有3条引线，漏极d与电源的正极连接，源极s经由电阻接地，进而经由电容输出信号的漏极输出有2条引线，漏

18、极d经由电阻与电源的正极连接，再经由电容器输出信号，源极s 因此，在使用驻极体麦克风之前，首先进行极性的判别。 因为二极管连接在场效应晶体管的栅极和源极之间，所以能够利用二极管的正反电阻特性来判别驻极体麦克风的漏极d和源极s。 把万用表转动到R1k，黑色钟表的笔接管一极，红色钟表的笔接管另一极。 再换两支钟表的笔，比较两次测量结果，电阻值小的情况下，黑色的钟表的笔连接着源，红色的钟表的笔连接着漏。 6.1.5电路连接法1 :源极输出源极输出与晶体管的发射极输出相似。 需要三条引出线。 漏极d与电源的正极连接。 连接电阻Rs并在源极s和接地端之间供应源极电压，并且经由电容器c从源极输出信号。 编织线接地作为屏蔽层起作用。 源极输出