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1、电子技术课程设计报告设计课题：采用压电陶瓷元件设计震动防盗报警器 专业班级： 09级电子信息工程02班 设计时间：2011.10.102011.11.25 一. 方案的提出与选择4方案1. 采用压电陶瓷元件设计震动防盗报警器4方案2. 具有时间识别功能的门锁报警器5方案3. 停电来电报警器6方案的选择与放弃原因7二. 总体方案分析7三. 单元电路及主要元器件分析71.TL071输入运算放大器简介72.触发电路93.三极管BC54894.主要元件介绍：555定时器10四. 电路最终总视图13五.实验器件总体列表一览15六.电路参数计算16七.实验箱模拟16八.电路安装调试20九.电路板焊接20十
2、.试验问题分析23十一. 电路修改及拓展24十一. 参考文献25一. 方案的提出与选择方案1. 采用压电陶瓷元件设计震动防盗报警器（最终选定方案） 图1采用压电陶瓷元件设计震动防盗报警器1.电路简介该电路模拟一种地震仪的原理来检测震动和声波的，具有一定的灵敏度、精度和较强的使用性、趣味性。可用于实验性的地震监测报警和生产、生活、工作中的各种震动检测，也可检测由动物和人类活动引起的振动， 还可以用于对普通振动的研究及学生科技活动。2.电路工作原理电路采用一个普通的压电陶瓷元件作为振动检测传感器。正常情况下它相当于一个几nF容量的电容器，有电压加在其两端时，它便存储电荷。当它振动而受到干扰时就会通
3、过电位器VR1放电，并在电位器VR1上端产生一个电压，从而改变集成运算放大器IC1的输入端2、3脚的电压，产生一个压力差使其输出端6脚产生一个高电平，触发开关三极管VT1（Q1）导通，第一个二极管LED1（D1）放光，T1又触发单稳态电路IC2的芯片NE555开始工作。2脚的输入一个低电平，3脚输出一个高电平，高电平定时周期由R1和C5的大小决定（定时长短t=1/RC），在周期内，由于三脚高电平使三极管VT2（Q2）导通，二极管LED2（D2）放光提示，同时蜂鸣器开始发声报警。（该电路根据资料于Proteus上模拟，仅为蓝本，后有多处改进，后面将会一一详细介绍，）方案2. 具有时间识别功能的门
4、锁报警器 图2 具有时间识别功能的门锁报警器1.电路简介该报警器具有时间识别功能，主任开门是正常开门，一般30S内可完成开门动作，因此它不会报警；陌生人试着开门或小偷撬门不是正常开门，通常飞逝较长，一旦时间超过30S，它就会发出报警声，具有较大的实用 价值。2.电路原理时基电路IC1与R1、C1组成暂稳态时间T=4min左右的单稳态触发器，平时IC1处于稳态，其3脚输出低电平，VT1截止，VT2导通，电容C2被VT2短接不能充电，时基电路IC2的阀值端6脚为高电平，3脚输出为低电平，报警声集齐电路IC3无供电不工作，扬声器B无声。M是触摸电极片，与金属门锁相连。当有人开锁时，人体感应的杂波的负
5、半周加至IC1的触发器2脚，使IC1进入暂态，3脚输出高电平，此时三极管VT1导通，VT2截止，电源可通过R4对C2充电，随着充电时间的演唱，IC2的2脚电位不断下降，约经30s，IC2翻转，其三脚输出高电平，使IC3得电工作报警。如果开门时间在30s内，则IC2的3脚为低电平，电路不会报警。报警声响持续时间由IC1的暂态时间T1决定，T1=1.1R1*C1=4min，4min后，IC1的3脚输出低电平，VT1截止，VT2导通，IC3失电，报警声停止。如果再次触碰门锁超过30s，电路又会重新报警。方案3. 停电来电报警器 图3 停电来电报警器1.电路简介电路运用于普通家庭用电220V供电源，可
6、以在市电电源停电、来电时自动报警，声响可持续1030s。 2.电路原理合上电源开关SA，220V交流电经变压器T降压，整流桥VC整流=电容C1滤波，并通过电位器RP向电容C2充电。由于电容两端电压不恩呢个突变，所以三极管VT1无基极偏压而截止，复合管VT2、VT3导通，扬声器B发出声响，告诉送点开始。随着C2两端电压的升高，使VT1导通，VT2、VT3失去基极偏压而截止，送点报警结束，报警时间可根据需要调节电位器RP及C2容量而改变。这时电容C3已充足电，为停电报警做好准备。当停电时，电容C2通过二极管VD1=电阻R2迅速放电，VT1截止。电容C3开始经电阻R3，R4及复合管的be结放电，VT
7、2，VT3因此而导通，扬声器发出报警声。当C3放电到电压很低时（约0.5V），VT2、VT3截止，停电报警结束，报警时间可调节电容C3的容量加以改变。 方案的选择与放弃原因：方案1为最终选定方案。三个方案相比，方案2对于现代社会门锁防盗实用性太低，局限性太明显，方案3运用于220V市电电路，实验室模拟危险性显然较大。相比之下，方案1可应用于保险箱，地震预报等各种生活科研实践中，且实验所用压电陶瓷元件平时接触少，扩展了课程实践的趣味性，实验所用为9V稳压直流电源，安全性可以保障，加上其余核心器件的要求，方案1更适合在实验室设计，模拟，安装，完成。所以，最终确定方案1为最终选定方案。二. 总体方案
8、分析本设计主要是利用时基电路NE555组成的单稳态触发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，学习触摸式传感器的本质特征。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，设计最终电路板，并通过书籍教材及网络信息查找相关资料。触摸式传感器实际上就是一个触摸式电子开关，他一个压电陶瓷元件将触摸震动过程转化为电信号，并进而变成开关信号输出。对该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，设计了最终电路板，并运用Proteus软件进行仿真试验。
9、通过此次设计制作，了解触摸式防盗报警器的制作过程。电路原理：电路采用一个普通的压电陶瓷元件作为振动检测传感器。正常情况下它相当于一个几nF容量的电容器，有电压加在其两端时，它便存储电荷。当它振动而受到干扰时就会通过电位器VR1放电，并在电位器VR1上端产生一个电压，从而改变集成运算放大器IC1的输入端2、3脚的电压，产生一个压力差使其输出端6脚产生一个高电平，触发开关三极管VT1（Q1）导通，第一个二极管LED1（D1）放光，T1又触发单稳态电路IC2的芯片NE555开始工作。2脚的输入一个低电平，3脚输出一个高电平，高电平定时周期由R1和C5的大小决定（定时长短t=1/RC），在周期内，由于
10、三脚高电平使三极管VT2（Q2）导通，二极管LED2（D2）放光提示，同时蜂鸣器开始发声报警。三.单元电路及主要元器件分析1. TL071输入差分运算放大器简介 （1）差分放大器的简介差分放大器是一种特殊的直接耦合放大器，它能有效的抑制零点漂移；它的基本性能是放大差模信号、抑制共模信号；常用共模抑制比来表征差分放大器对共模信号的抑制能力；稳流电阻的增加可以提高共模抑制比；但稳流电阻不能太大，因此采用恒流源取代稳流电阻，从而进一步的提高共模抑制比。差分放大器要求电路两边的元器件完全对称，即两管型号相同、特性相同及各对应电阻值相等。但实际中总是存在元器件不匹配的情况，从而产生失调漂移。为了消除失调
11、漂移，实验电路采用了发射极调零电路来调节电路的对称性；同时由于调零电路引入了负反馈，所以电路得以以牺牲增益为代价获得了线性范围的扩展。差分放大器的有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出、单端输入双端输出四种连接方式；实验电路采用单端输入单端输出的连接方式。 （2）静态工作点的调整实验电路通过调节电位器Rp使两个三极管的集电极电压相等来调节电路的对称性，完成电路的调零。 （3）静态工作点的测量静态工作点的测量就是测出三极管各电极对地直流电压VBQ、VEQ、VCQ，从而计算得到VCEQ和VBEQ。而测量直流电流时，通常采用间接测量法测量，即通过直流电压来换算得到直流电流。这样即可以
12、避免更动电路，同时操作也简单。 （4）电压放大倍数的测量差分放大器有差模和共模两种工作模式，因此电压放大倍数有差模电压放大倍数和共模电压放大倍数两种。在差模工作模式下，差模输出端Uod1是反相输出端，Uod2是同相输出端，则差模电压放大倍数为： 在共模工作模式下，共模输出端Uoc1、Uoc2均为反相输出端，则共模电压放大倍数为： 电路的共模抑制比KCMR为： 或 （5）输入电阻的测量差分放大器差模输入电阻Ri远小于测量仪表的内阻，所以测试采用图1-2所示的测试方法。在信号源和电路的输入端之间串接一个电阻R，将微小的输入电流Ii转换成电压进行测量；在输出波形不失真的情况下输入信号Ui，测量出Us
13、及Ui，则输入电阻为： 图4 输入电阻测量原理图 图5 输出电阻测量原理图可以证明，只有在时测量误差最小；同电阻R的准确度直接影响测量的准确度，电阻R不宜取得过大，否则易引入干扰；也不宜取得过小，否则易引起较大的测量误差。因此，电阻R应选择精密的电阻，同时选取R和Ri一个数量级，且RRi，以减小测量误差。 （6）输出电阻的测量 差分放大器差模单端输出的输出电阻Ro的测量采用图1-3所示的测试方法。开关K打开时测出Uo，开关K闭合时测出UoL，测输出电阻为：可以证明，只有在时测量误差最小；同时电阻RL的准确度直接影响测量的准确度，因此电阻RL应选择精密的电阻，同时选取RL和Ro一个数量级，且RL
14、Ro，以减小测量误差。 （7）差模传输特性的测量差模传输特性是指差分放大器在差模信号输入时，输出电流Ic随输入电压Uid的变化规律。由于在电路确定以后，输出电流-Ic1（-Ic2）的变化规律与Uc1（Uc2）的变化规律完全相同，而且测量电压比测量电流要方便，所以可以用示波器来测量差模传输特性曲线；差分放大器的差模单端输出特性曲线如图1-4所示，差模双端输出特性曲线如图1-5所示。 图6 差模单端输出直流传输特性曲线 图7 差模双端输出交流传输特性曲线 附： 图8 TL071符号标识 图9 TL071管脚图 2. 触发电路 图10 触发电路 该电路的核心器件为一差分放大器，在保持压电陶瓷元件无震动的状况下调节电位器使2,3脚电位相同，在有震动或触摸时压电陶瓷放电，导致2,3脚产生电平差，从而使6脚产生一高电平，给下面的电路以工作信号。3. 三极管BC548 图11 图12电路中所用到的两个三极管作用均相当于开关，当基极B输入高电平时，三极管导通，电源电压加载到二极管/喇叭电路上去，使器件开始工作。 4. 主要
