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1、1检测技术设计论文说明一、设计任务： 触摸防盗报警器 二、设计要求：1.设计一个简单的触摸式防盗报警器，以起到触摸防盗报警的功能。2.该防盗报警器，适用于仓库、住宅等地的防盗报警。3.防盗路数可根据需要任意设定。4.一旦小偷触摸报警器，该报警器通过扬声器发出报警声响。2前言随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识及自身的安全保护意识在不断的增强，因而对安防措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足安防的需要而设计的电子报警系统。 这几年随着改革开放的不断深入以及我国经济的迅猛发展，人民的生活水平有了很大的提高。各种
2、贵重物品以及高档家电产品为越来越多的家庭所拥有，并且人们手中尤其是城市居民的积蓄数额也十分可观。因此，越来越多的家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭都使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。该报警器适用于家庭防盗，也适用于中小企业事业单位。其特点是灵敏、可靠，一触即发，可以立即报警；也可以延时 1-35 秒再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。报警时可以发出声音，提醒主人有不法分子，同时给不法分子警慑。3目录设计说明1 前言2 第 1 章电路原理分析与方案设 计31.1 总体方案设计31.2 电
3、路原理41.3 各模块方案选择与论证51.4 系统组成8 第 2 章单元电路分析与设计92.1 电源部分电路的设计92.2 单稳态触发部分电路设计102.3 声音模拟报警专用集成电路部分设计11 第 3 章仿真分析133.1 电源电路仿真133.2 单稳态电路仿真143.3 总电路图的仿真及其分析15 第 4 章 总原理图及元器件清 单184.1 总原理图如下184.2 PCB 图184.3 元器件清单19 总结20 参考文献214第 1 章 电路原理分析与方案设计1.1 总体方案设计题目要求设计一个触摸式防盗报警系统，整个系统可以划分为几个模块。首先为电源模块，考虑到我所使用的芯片电压为 4
4、.5 伏，所以可采用先通过桥堆整流，然后滤波，选用比较常用的电源稳压芯片 7805 便可以得到实验所需要的 4.5v 电压。其次为单稳态触发模块，用来控制输出的电压，以驱动报警集成电路。最后为三声模拟声报警集成电路，可直接驱动扬声器发声。可产生三种不同的模拟报警声响，是制作各种报警器的良好声源。模块框图如图 1.1 所示。图 1.1 1.2 电路原理触摸式防盗报警器的电路见图 1.2。A1中与非门 I 和组成了单稳态触发器，A2与 R2、B 组成了模拟音响发生器。平时，与非门输出高电平，经与非门接成的反相器后变为低电平，所以 A2无电不工作，整机静态电流仅几个A。当人体碰到触摸电极 M 时，人
5、体从周围空间感应到的杂波信号经 VD 整流在与非门 I 的一个输入端 a 获得负脉冲信号，使单稳态电路翻转进入暂态，与非门的输出端突变为低电平，经与非门皿反相后输出高电平，使 A2得电工作，B 即发出“伍一呜一”警报声。当暂态时间一过，单稳态电路恢复稳态，A2就停止工作，警报声消失。本电路的暂态时间由 RICI 时间常数决定，约 20s 左右。即每触摸一次M，B 发警报声 20s 左右；再次触碰，再次发声。如要延长暂态（报警）时间，可加大 R1或 C1；反之应减小 R1或 C1数值。电 源 模 块三声模拟报警专用集成电路模块发 声 模 块单稳态触发模块51.2.1 触摸式防盗报警器电路原理图如
6、下图 1.2 触摸式防盗报警器电路原理图1.2.2 电路说明此触摸报警器，具有电路简单、制作容易，性能稳定、可靠等特点。 1.2.3 总体方案分析：本设计利用与非门和 KD9561 四声模拟声电路设计并制作触摸式防盗报警装置。本设计将研究组成触摸式报警器的整个电路的性质和基本概况，学习单元电路的在整体电路中的作用及其基本原理。对此次设计做出概括分析，并进行改进处理，利用电路图绘制软件，重新绘制电路图，设计出 PCB 电路板，并通过书籍教材及网络信息查找相关资料。根据触摸式防盗报警器电路的工作原理，以及其组成部分和各部分单元电路的工作原理。单元电路包括电源电路、单稳态触发电路、音响输出电路。对该
7、报警器使用的元器件的内部构造和使用进行了分析。对各元器件在电路中的作用进行分析研究。同时在各个单元学习之后，进行了电路的绘制，本设计使用了 Protel 99SE 软件设计电路板，进行 PCB 板的结构布局，元器件安置和正确布线。通过此次设计制作，了解触摸式防盗报警器的制作过程。 1.3 各模块方案选择与论证1.3.1 电源电路的方案论证与选择电源模块主要用于实现对各模块供电的功能.对于电源模块的选择有以下三种方案:方案一:采用 1.5V 常用电池串接而成.这种方法简单易懂,但是精确度不够,稳定度也不高,当电池里面的电用光之后,便不在具有供电功能.6方案二:采用直接购买电源的方法.在市场上可以
8、直接买到相应的电源,但是考虑到经济上的原因,显然这并不合适.方案三:采用自制整流电路.这种方法简单可行,可以得到精确的电压值,而且稳定度高,可以长期使用.正好可以让自己所学的知识在实践中得到很好的运用.其方框图如图 1.3 所示:图 1.3方案选择：根据以上论述,考虑到经济、实用等方面因素,在本设计中选择方案三，并熟悉变压器与整流电源的知识及原理。1.3.2 单稳态触发模块的方案论证与选择方案一:由 555 定时器组成单稳态触发模块(如图 2.4)，单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即 Vi 保持高电平，则单稳态触发器的输出 Vo 一定是低电平。方案二:由两个与非门或者或非门组成单稳态
9、触发模块(如 2.5)，这种单稳态触发器在电路中广泛地用于对脉冲信号的延时、展宽和整形等。图 1.4 由 555 构成的单稳态触发器220v 电源变压器整 流 电 路4.5V 输出出出7图 1.5 或非门组成的单稳态触发器方案选择：鉴于报警器对单稳触发器的要求，以及市场上所卖的芯片，决定选择方案二中的由两与非门组成的单稳触发模块，即用一块 CD4011 芯片即可。1.3.3 三声模拟报警专用集成电路的方案论证与选择方案一：用 555 芯片组成多谐振荡器（如图 1.6）来驱动报警器发声。方案二：直接用四音响模拟集成电路 KD-9561（如图 1.8）作为驱动升压电路。方案三：采用 LC179型三
10、模拟声报警专用集成电路（如图1.9） ，它采用双列8脚直插塑料硬封装，电路可靠性好；内部集成了功率放大器，可直接驱动扬声器发声；可产生三种不同的模拟报警声响，是制作各种报警器的良好声源。图 1.6 555 构成多谐振荡器 图 1.7 多谐振荡器的波形图8图 1.8 LC179 型三模拟声报警专用集成电路 图 1.9 kD-9561 原理图方案选择：鉴于报警器的实际需求和物件的市场供应，通过比较，KD-9561 用起来方便实用，因此用它来作为报警器的电压驱动模块。1.3.4 发声电路的方案论证与选择方案选择：发声模块在本实验中是用来接受信号发出报警声音即可，故用一个扬声器作为发生器模块。 1.4
11、 系统组成系统的基本框图如图 1.10 所示电电 源源 单稳态触发CD4011 三声模拟报警专用集成电路扬声器 图 1.10 系统基本框图9第 2 章 单元电路分析与设计2.1 电源部分电路的设计通过对 220v 电源进行整流滤波，再由 7805 进行稳压，就可以达到所需的电压，稳定性能够达到要求。1) 7805 典型连接电路如下（ 图 2.1） ，塑封硅整流桥堆图如下（图 2.2）图 2.1 7805 典型连接电路 图 2.2 塑封硅整流桥堆2)塑封硅整流桥堆极限值和温度特性图如下：图2.3 塑封硅整流桥堆极限值和温度特性3) 电源电路图如下：10图 2.4 电源电路图 2.2 单稳态触发部
12、分电路设计采用 CD4011 的两个与非门组成单稳态触发模块。用门电路组成的单稳态触发器，它的主要原理是利用门电路输入端的阈值电平和加入门电路中的 RC 元件的充放电作用。用与非门或者逻辑门都可以组成单稳态触发器。单稳态触发器：单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中 RC 延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于 RC 的参数值。与非门组成的单稳态触发器电路图如下：图 2.5 与非门组成的单稳态触发器11CD4001 简介：功能：4 二输入或非门电源电压范围：3V15V功耗：70
13、0mW（普通封装）；500mW（小外形封装）工作温度范围：CD4001BM -55+125CD4001BC -40+852.3 声音模拟报警专用集成电路部分设计采用四音响模拟集成电路 KD-9561，使用时 vDD 脚和 SEL2 脚分别和 SEL1脚或互相短接即可发出不同声音。（如图 2.7）图 2.7图 2.6 CD4011 内部结构图12表 2.1 KD-9561 引脚的接法SEL1SEL2输出声音不接不接警车声VDD不接火警声VSS不接救护车声任意接VDD机关枪声KD-9561 性能参数：三极管一般选侧 8505 或者 9013.带 O 字母的引脚有三个。其中两个是晶振频率外接振荡电阻
14、的 6、7 脚（OSC）,还有一个是 OUT 脚(3脚)，就是三极管集电极管脚信号放大输出脚。13第 3 章 仿真分析3.1 电源电路仿真1)设计中电源的设计只是为了给运放提高相应的工作电压,以保证运放的正常工作,在这里我们采用整流电路来实现.以输出 12V 电压为例，具体电路如下图 3.1图 3.1 2V 输出电源电路2)电源电路仿真如图 3.2 所示在 Multision7 环境下设计的 4.5v 电源电路仿真电路图。图 3.2 输出 4.5V 的电源电路仿真图仿真开始后电压表的读数如图 3.3 所示。 从图中可以看出，电压已经很稳定，没有起伏变化。输出电压分别为 4.5V 和-4.5V 达到了设计的要求。14图 3.3 仿真后电压表读数经过使用仿真软件 multisim 对电源进行仿真，经过仿真后认为此电路可以实现我所要求的电压及稳定度。 3.2 单稳态电路仿真使用 multisim 对单稳态电路进行仿真，但是仿真元件库中没有本设计中用到的一些芯片，所以只能对一些单元电路进行仿真。在仿真中，用函数发生器发出矩形波来模拟按键，然后看是否单稳态的输出随输入的变化而进行翻转。单稳态仿真电路原理图如下:图 3.4 双稳态仿真电路15图 3.5 示波器仿真结果（
