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1、- 1 - 内容摘要声光报警器在实际的生活中可以见到许多，运用于生活的许多方面，既有硬件实现的，也有硬件和软件同时控制执行。本课程主要介绍了简易的电动车振动式防盗声光报警器的电路设计和电路板的制作。这次的课程任务设计目的在于熟练掌握555 时基电路的功能和应用以及调试，学会用仿真软件“Proteus ”对电路经进行仿真。本次课程设计报告首先说明设计任务与要求，接着对主要元器件的简单介绍，然后分析完元器件的基础上简要的陈述设计方案和设计思路， 并进行仿真测试， 确定无误后画出原理图及生成PCB,最后完成焊接并验证调试。通过本次课程设计，可以很好的对课本知识运用于实践，同时也可以激发学生学习于专业
2、相关的一些知识，从而扩大自己知识面的广度。关键字： 震动开关；继电器；NE555；单稳态触发器；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 2 - 目录1、内容摘要 .1 2、设计任务书 .3 1.1 设计任务与要求 .3 1.2 本次课程设计运用到的知识点 .3 2、功能设计 .3 2.1 主要元器件的功能介绍 .3 2.2 方案论证和选择 .6 2.3流程框图 .8 3、电路图的设计 .8 3.1 单元电路的设计、
3、参数计算.8 3.2 完整的电路图及其工作原理说明.9 4、调试 .10 4.1组装与调试方法过程 .10 4.2调试所遇的问题及问题的解决.11 5、总结与体会 .11 6、致谢 .12 参考文献 .12 附录 .13 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 3 - 1、 设计任务书1.1 设计任务与要求：1、选用合适的器件检测振动2、检测到振动之后发出声光报警并切断电动车电机电源线路3、报警消除的方式：延时和手
4、动两种1.2 本次课程设计运用到的知识点：利用 NE555集成芯片和外接元件R、C构成单稳态触发器可以控制报警时间；利用NE555复位端手动消除报警；利用NE555低触发输入端控制继电器的吸合从而控制报警电路工作，2、功能介绍2.1 元器件的介绍2.1.1 震动开关震动开关 ，又称为震动传感器，就是在感应震动力大小将感应结果传递在电路装置，并使电路启动工作的电子开关。它具有灵活且灵敏的触发性。它分成弹簧开关与滚珠开关两类，两大 类开关都有两个比较重要的指标特性：灵敏度和方向性。弹簧开关的灵敏度是指 不同的产品，在实际装置中会产生因感应震动力大小不同的差异, 此差异 称为灵敏度。方向性是指受力方
5、向，而受力方向粗略分为立体的六面，上下左右前后等六面。而滚珠开关与弹簧开关最大的区别在于：弹簧 开关是感应震动力或离心力的大小，最好为直立 使用 。而滚珠开关是感应角度的变化，最好平铺使 用 。2.1.2 555 定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555 ，用 CMOS 工艺制作的称为 7555 ，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556 。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作， 7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA ，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。1、5
6、55 定时器的内部电路结构如下图 2.1.2 所示为 555 定时器的逻辑图。它的电压比较器C1和 C2(包括电阻分压器 ) 、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 4 - G1和 G2组成的基本 RS触发器、集电极开路的放电管V和输出缓冲级 G3三部分组成， 如下表 1所示为 555定时器功能表。 (a) 555定时器内部逻辑图 (b) 555引脚排列图图 2.1.2 555定时器内部逻辑图及引脚排列图表 1
7、555定时器的逻辑功能表输入输出TH TR RDU0V状态X X 0 0 导通2/3VCC1/3VCC1 0 导通X 1/3VCC1 1 截止1/3VCC 1 不变不变它的各个引脚功能如下：1 脚：GND( 或 VCC) 源负端 VSS或接地，一般情况下接地。2 脚：TR低触发端。 3 脚：OUT （或 Vo）输出端。 4 脚：R是直接复位端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR 、TH处于何名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - -
8、- - - - - - - 5 - 电平，时基电路输出为“ 0” ，该端不用时应接高电平。5 脚：CO( 或 VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F 电容接地，以防引入干扰。6 脚：TH高触发端。7 脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个 5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为 2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为 1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1 、C2组成。高电平触发信号加在C1的反
9、相输入端，与同相输入端的参考电压比较后， 其结果作为基本RS触发器 R端的输入信号； 低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器 S端的输入信号。基本 RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。 8 脚：VCC( 或 VDD) 外接电源 VCC ，双极型时基电路VCC 的范围是 4.5 16V，CMOS 型时基电路 VCC 的范围为 318V。一般用 5V。2、555 的典型应用单稳态电路单稳态触发器由555定时器和外接定时元件R 、C构成，该电路只有一个稳态状态。 在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转
10、为暂稳状态，并且电容充电，暂稳状态保持一段时间当Vc 充电到 2/3Vcc 时会自动翻转回稳态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。暂稳态的持续时间Tw （延时时间）决定于外接元件R、C值的大小：Tw = 1.1RC 该电路工作正常时，输入脉冲宽度要小于Tw 。若大于就在输入端加RC微分电路。2.1.3 继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本次用到 电磁继电器，因此在此只说明电磁继电器的工作原理和特性。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，
11、线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 6 - 断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的 “ 常开、常闭 ” 触点，可以这样来区分
12、：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为 “ 常开触点 ” ；处于接通状态的静触点称为“ 常闭触点 ” 。2.1.4蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电， 广泛应用于计算机、 打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两大类，从外观上看， 有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。还可以用万用表电阻档Rxl 档判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器， 如果触发出咔、 咔声的且电阻只有8( 或 16)的是无源蜂鸣器 ;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器
13、。有源蜂鸣器直接接直流电源就发出声音，而无源的必须接音频输出电路才能发出声音。2.2方案论证与选择方案论证：使用一个 555，接成单稳态触发电路， S1和 S2 是两个按键开关， S1实为震动开关，因为仿真中没有震动开关，原理和按键开关差不多，这里就用按键代替仿真。S2是一个按键开关，功能是在报警的状态下实现手动消除报警。NPN 三极管当作开关来使用，RL1 是个继电器，一端控制 D1灯，一端控制 D2灯，D1为电动车电源指示灯，亮表示电动车处于警惕状态。 D2灯为报警指示灯，亮表示处于报警状态，在仿真中没有声报警，在实际做板时在与 D2 并接一个蜂鸣器就可实现声光报警。如图 2.1.1 所示
14、，当 S1按下时， 555 定时器的 2 引脚为低电平，输出端3 由低电平变成高电平，进入暂稳态，电容充电，使得三极管工作在饱和区并导通，从而使继电器吸合开关跳到另一端（ D2端），驱使报警电路工作如图2.1.2 所示。当在报警没停止前按下S2使得继电器调回 D1端，报警停止。若不按S2 过了几秒钟后报警也会随着暂稳态的结束而停止并恢复如图 2.1.1 所示的稳态。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 7 - 图
15、 2.2.1 报警前的电路图图 2.2.2 报警时的电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 8 - 2.3 流程框图：图 2.3 流程框图3、电路图的设计3.1单元电路的设计、参数计算单稳态电路设计电路如下：图 3.1.1 单稳态电路设计电路震动开关555 时基集成电 路 组 成 的单 稳 态 触 发报警发生电路继电器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
16、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 9 - 单稳态电路的暂稳态时间的计算：已知 R1（ max）= 200K , C2 = 47uF Tw（max） = 1.1RC = 1.1200K 47u=10.4s 改变电位器阻值，从而改变报警时间。报警发生电路：图 3.1.2 报警发生器电路发光二极管正常工作的电流约为20mA，电压约为 2V，因此要串接一个300400欧限流电阻。3.2 原理图及工作原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
17、- - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 10 - 电路图的工作原理图说明：开关打开时，电源不能直接接地，因此分别串接R3、 R4电阻作为保护。 VC 控制电压端不用时可将它与地之间接一个0.01uF的电容，以防止干扰电压引入，起到滤波作用，从而消除外来的干扰。当开关 S2打开时，使得 2 端电位瞬间为低电平，单稳态电路进入暂态过程而且输出端Vo变为高电平，三极管导通，继电器开关跳到另一端，驱动了声光报警发生电路工作并切断电动车电源线路。报警过程中按下S1 也可消除报警，若不按S2过了一会后报警也会随着暂稳态的结束而停止
18、。4、调试4.1 调试方法过程按 PCB 图打好电路板，焊接组装好，可进行调整。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 11 - （1）首先观察电路有无断点，若有则用电烙铁进行焊接好。（2）用万用表测试所有线路，确保都为正常电路；（3）调节电源为 5 伏，用万用表测试电压，保证电压正常能够使蜂鸣器工作；（4）正确接上蜂鸣器后， 接上震动开关， 用手指弹下电路板使其震动， 看是否声光报警，如果没有信号指示证明电路没
19、有工作，用万用表测试一下各元器件是否坏，从前面开始检测电路，将震动开关打开， 555 芯片 2 引脚是否为低电平，测出为低电平，然后检查3 输出端是否为高电平，经测试为高电平，接着检查三极管，最后检查继电器和声光报警电路是否接对。确保在每部分电路都工作的情况下在测试，没有现象证明灵敏度不够，开始改变电阻的阻值，直到电路能够正常工作；（5）在确保电路连接正确的情况下，按设计的方案验证实现的功能。4.2 调试所遇问题及问题的解决 1. 调试时电源接通，就开始声光报警并且电源指示灯不亮，怀疑是继电器反接了，经检查继电器连接正确。 2 经检查发现三极管用错型号了，导致继电器后面的电路的出错；经过调换后
20、继电器后面的电路可正常工作了。 3.，按上震动开关，还是出现了电源指示灯一直亮，报警电路怎么也都不工作的，于是查找单稳态电路的问题，发现按键开关的封装用错了，经改好后重新测试全部电路可以正常工作。5、总结与体会通过本次课程设计， 我了解了声光报警系统的基础制作方法，也加深了自己对 555 定时器的理解，为以后更多的应用555定时器打下了坚实的基础。本次课程设计试验内容虽然简单，但其过程对我们的锻炼是多方面的。第一，它锻炼了我们的信息搜集与处理能力，在电板制作过程中，我发现自己并不熟悉各种元件，但借助相关书籍与网络等途径，我们搜集到了了大量有用的资料。第二，它锻炼了我们的思维与创新能力：我们在电
21、板制作过程中涌现了许多新奇的想法，比如在声光报警电路前加多谐振荡器让报警间隔工作。第三，它为我们以后更深一步的学习打下了坚实的基础。在本次课程设计中， 我们运用到了以前所学的专业知识， 如： Proteus 仿真软件及 Protel ，模拟电子和数字电路等知识。肃然过去从未独立运用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程世界的又一收获。在课程设计过程中遇到问题是很正名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - -
22、- - - - - 12 - 常的，我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，若遇到是在搞不明白的问题就会及时请教老师同学， ，通过这次课程设计，我了解到自身存在的不足之处，懂得了自己在专业知识方面有所欠缺，更懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，因此今后要努力学好专业知识，多练习做板子，提高自己动手能力。6、致谢这课程设计得以成功， 我首先要感谢黄源老师的帮助与指点， 为我解决了几个最关键的问题，为我的课设的顺利完成打下了基础。其次就是感谢傅为海同学的帮助，若没他的提醒，我就不知道我的板子错在哪，当然了还有其他的同学的提醒与帮助，让我能更好完成课设。谢
23、谢你们谢谢！参考文献：1、 阎石 主编数字电子技术基础第五版2、 李瀚荪 主编 电路分析基础上、下 第四版3、 周巍黄雄华主编 数字逻辑电路实验指导书4、 百度文库名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 13 - 附录 ：1、 原理图2、 PCB图 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 14 - 3、 元器件清单：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -
