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1、盐城工学院本科生课程设计报告(2008)摘 要: 近年来,随着改革开放的深入发展,人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有,并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此,越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前,许多家庭使用了较为安全的防盗门,如果再设计和生产一种价廉、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。此外,一些仓库的防盗工作也日益严峻,仅用人来值守的年代已经不复存在,需要一种无人值守全自动的防盗方式。为此,提出“多路防盗报警器”的设计任务。我设计的6路防盗报警器的优点在于其实用,价廉和简单。目 录1、
2、设计任务与要求1.1、设计一种防盗报警器,适用于仓库、等地防盗报警1.2、功能要求1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源2、总体方案设计2.1、方案选择与论证2.2、报警器的原理框图如图2-1所示2.3、总体电路图3、单元电路设计及说明3.1、电源电路设计及说明3.1.1 电源电路设计方案3.1.2 电源电路图3.1.3 电源电路相关说明3.2、控制电路设计及说明3.2.1 控制电路设计方案3.2.2 控制电路图3.2.3 控制电路相关说明3.3、报警声产生电路3.3.1 报警声产生电路设计方案3.3.2 报警声产生电路图3.3.3 报警声产生电路图相关说明3.4 单元电路间的连接方法4、电路
3、参数计算4.1 电源电路参数计算4.2 控制电路参数计算4.3 报警声产生电路参数5、电路元件的选择6、收获与体会7、参考文献1、设计任务与要求1.1、设计一种防盗报警器,适用于仓库、等地防盗报警1.2、功能要求(1)防盗路数可根据需要任意设定。(2)在同一地点(值班室)可监视多处的安全情况,一旦出现偷盗,用指示灯显示相应的地点,并通过扬声器发出报警声响。(3)设置不间断电源,当电网停电时,备用直流电源自动转换供电。(4)本报警器可用于医院住院病人有线“呼叫”。1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源2、总体方案设计2.1、方案选择与论证防盗报警器的关键部分是报警控制电路,由控制电路控制声、光报
4、警信号的产生。下面列出两种方案:方案一:采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大,从而使电路发出声、光等报警信号。正常情况下,运算放大器不工作,直到有信号时才工作,将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器,输出音频信号使扬声器发声报警。传感器可采用压力传感器。实现方法,可将压力传感器装在门或窗户等处。此方案需要使用运算放大器,使电路变得复杂。而且,目前市场上很难买到运算放大器。此外,运算放大器的价格比普通组件都要贵,这也增加了设计成本。方案二:采用三极管与可控硅进行控制,无偷盗情况时,使三极管处在截止状态,则被控器的声、光信号产生电路不工作;一旦有
5、偷盗情况,立即使三极管导通,被控器的声、光信号产生电路产生声、光报警信号,呼叫值班人员采取相应措施。电网正常供电时,通过电源变压器降压后经整流、滤波及稳压得报警器所需直流电压,为防止电网停电,在控制器的输入端设置有备用直流电源,保证报警器在停电时能持续正常工作。与方案一相比,方案二有着明显的优点。主要在于其电路简单,更实用,设计成本也比较低。市场上也有好多类似的报警器产品。此次课程设计,我采用的正是第二种方案。2.2、报警器的原理框图如图2-1所示。图2-1 多路防盗报警器原理框图(1) 控制电路由三极管3DG12、电阻R1,R2,R3和可控硅SCR1共同组成,如图2-2所示。电源电压12V通
6、过R2给三极管3DG12提供基极直流偏置,初始状态下,开关S1断开。三极管基极无电流,三极管发射极没有偏置电压,使三极管处于截止状态。此时,可控硅的控制极上无信号或者紧有微小的信号,可控硅不能导通。正常情况下,可控硅的T1、T2极间有正向偏压,但不导通。一旦开关S1被触碰,将使整个电路导通,由于有电解电容,三极管导通前,电路先给三极管充电,直到三极管基极具有足够的电压使三极管发射极正偏,电压应高于0.7V。可控硅即晶闸管导通后,使报警电路工作,发出声、光报警信号。图2-2 控制电路(2)电网电压通过电源变压器降压后,经整流桥整流,电容器滤波,三端集成稳压器稳压后供给控制电路,同时将备用直流电源
7、通过二极管并入控制电路的输入端。电网电压正常供电时,二极管截止,一旦电网停电,二极管导通,备用电源自动供电。(3)指示灯采用灯泡显示,控制电路输出信号使其发光。显示器可按不同设防地点进行编号。采用NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器,控制器输出信号控制其工作,NE555的(3)脚输出音频信号再通过放大电路放大后扬声器发声报警。2.3、总体电路图图2-3 总体电路图本多路报警器为6路防盗报警器,每一路有相同的电路结构,控制电路也相同,均由可控硅控制。由总体电路图可看出,此6路防盗报警器电路总共有三个基本组成单元。分别是:电源电路、控制电路、报警声产生电路。3.1、电源电路设计及说明3.1.
8、1 电源电路设计方案 本设计是6路防盗报警器,各路电路结构完全相同,共享一个直流稳压电源。为了降低设计成本,减少功耗,故采用12V直流稳压电源供电。在电网正常供电情况下,可直接将家庭电路中的220V交变电压 通过变压器降压、整流桥整流、电容滤波和三端集成稳压器稳压后得到12V直流电压,可充当直流稳压电源使用。在电网停止供电时,即家庭停电时,备用直流电源直接开始工作,这样就实现了电源供电的连续性。通过利用二极管的正向导通特性,将12V直流电源并入电路中,电网供电情况下,二极管没有正向偏压,不能导通,由电路直接为报警电路供电。当电网停电时,二极管便获得正向偏压,因而能够导通。备用12V直流电源或电
9、池组开始工作。3.1.2 电源电路图图3-1 电源电路3.1.3 电源电路相关说明 除去备用直流电源的电源电路,我刚在实习中使用过,并且完成了安装与测试。家庭电路中的220V经过变压器降压后变为交流15V,再使用由四个相同型号整流二极管组成的整流电路整流,而后又经电解电容C7与瓷片电容滤波后得到20V的直流电压。然后再用型号为78L12国际上普遍使用的12V三端集成稳压块稳压,通过稳压即可得到比较理想的12V直流电压。三端集成稳压块之后电路上又并联了容量为47nF的瓷片电容与容量较大的电解电容将低于12V少量电压放大,除此之外,C10与C8还有保护电路的作用。即当电网断电瞬间,电容上仍然充满了
10、电荷,电容开始放电,等到电容两端的电压小于11.3V时,二极管D7便开始导通,备用直流电源开始工作。三端稳压块采用国际上较常用的78L12,可以稳12V的直流电压。3.2.1 控制电路设计方案 本多路报警器要控制的电路有6路。在电路中起到控制声、光报警信号产生的作用。控制电路有多种设计方法,也可以用多钟元件实现,但我选择较简单的三极管与可控硅,使电路简单化,也使之易于实现。可控硅的导通前提条件是有正向偏压,然后如果控制极上有一个高于阴极的电压信号,该可控硅便导通。其外,可控硅的一个重要特点是,一旦导通后,就可以维持导通状态,与控制极不再有关系。可利用可控硅的这种特性与三极管的导通条件设计控制电
11、路。可将接触式开关串在三极管的基极上,正常情况下,开关断开,三极管基极上没有电压,仅有集电极直接与电源相连。要使三极管能正常工作,应先调节三极管的静态工作点,使其工作在放大区。这样,三极管导通后才能将基极上微小的电流放大后送到发射极。在发射极上串联一个较大的电阻,这样一来,在三极管导通后,发射极上电阻能获得较大的电势差,然后将其加到可控硅的控制极与阴极上,可控硅就可迅速导通。另外,考虑到接触式开关防盗应用中,开关不可能合上以后就不再断开。一般情况下,接触式开关只是短暂的闭合。为了延长电路的工作时间,可在三极管的基极与地之间并联一个电解电容,用于延迟电路导通和延续电路的导通状态。3.2.2 控制
12、电路图图3-2 控制电路图3.2.3 控制电路相关说明 控制电路是整个多路防盗报警器电路中的核心。起着控制声、光报警信号产生的作用。如图3-2,可控硅的右侧是声光报警信号的输入端,由图可看出,只要可控硅导通,声光报警信号便可发出。控制电路的右侧是产生报警光信号的电路,其电路也极其简单,只需将一个较大的电阻与灯泡串联后接到电源上。图中,D1也有重大的作用,产生报警声信号电路只有通过D1然后再通过可控硅,才能正常产生报警声信号。要使二极管D1导通,需要其有正向偏压。要达到此目的,需使R4阻值较大及使灯泡有一个较大的功率,使二极管的阴极电位较低。此控制电路中,三极管静态工作点的调试也比较重要,电路导
13、通时应使三极管工作在放大区。3.3、报警声产生电路 3.3.1 报警声产生电路设计方案 首先考虑使用555时基集成电路,不仅是因为其使用广泛,它也有其独特的作用。使用555时基集成电路之前还需了解其内部结构与工作过程。555时基电路的工作过程:当2脚,即比较器A2的反相输入端加进电位低于VDD的触发信号时,则VT9、VTll导通,给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流,使VTl4饱和导通,它的饱和压降Vces使VTl5的基极处于低电平,使VTl5截止,VTl7饱和,从而使 VTl8截止,VTl9导通,VT20完全饱和导通,VT21截止。因此,输出端3脚输出高电平。此时,不管6端(阈值电压)为何种
14、电平,由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的47k电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的),3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于VDD 的电平为止。当触发信号消失后,即比较器A2反相输入端2脚的电位高于VDD,则VT9、VTll截止,VTl4因无偏流而截止,此时若6脚无触发输入,则VTl7的Vces饱和压降通过4.7k电阻维持VTl3截止,使VTl7饱和稳态不变,故输出端3脚仍维持高电平。同时,VTl8的截止使 VT6也截止。当触发信号加到6脚时,且电位高于VDD时,则VTl、VT2、VT3都导通。此时,若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止,则 VT3的集电极电流
15、供给VTl5偏流,使该级饱和导通,导致VTl7截止,进而VTl8导通,VTl9、VT2都截止,VT21饱和导通,故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后,即该脚电位降至低于VDD时,则VTl、VT2、VT3皆截止,使VTl5得不到偏流。此时,若2脚仍无触发信号,则 VTl5通过4.7k电阻得到偏流,使VTl5维持饱和导通,VTl7截止的稳态,使3脚输出端维持在低电平状态。同时,VTl8的导通,使放电级 VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析,可以发现:只要2脚的电位低于VDD,即有触发信号加入时,必使输出端3脚为高电平;而当6脚的电位高于 VDD时,即有触发信号加进时,且同时2脚的电位高于VDD时,才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号,即其电位低于导通的饱和压降0.3V时,VT8导通,其发射极电位低于lV,因有D3接入,VTl7为截止状态,VTl8、VT21饱和导通,输出端3脚为低电平。此时,不管2脚、6脚为何电位,均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地,故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此,当复位端4脚电位高于1.4V时,VT8处于反偏状态而不起作用,也就是说,此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。 显然,555电路内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个