毕业设计论文双路防盗报警器设计.docx

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毕业设计论文双路防盗报警器设计

毕业设计（论文）

课题双路防盗报警器

武汉交通职业学院电子信息工程系

2008级毕业生毕业设计任务书

题目

双路防盗报警器的设计

内容：

通过电子电路的设计，能够对各电子元件的特性更进一步的掌握，分析设计电路的原理，

做出设计电路相关计算及元器件的选择，得出合理的设计思路并能达到技术要求，实现实

际应用。

应达到的技术指标或要求：

当常闭开关K1发生盗情时,K1打开,要求延时1〜35s发生报警。

当常开开关K2发生盗情而闭合时，应立即报警。

发生报警时，需要有两个警灯交替闪亮，周期为1〜2s,并有警

车的报警声发生，频率为f=1.5〜1.8kHz。

根据设计要求给出元器件选择的相关计算，电路原理图，PCB图并制扳安装焊接，完

成设计电路的制作。

主要设计方法或技术路线：

熟悉绘图工具；理解设计电路的制版流程；完成电子电路的搭建；电路的分析与改进；

安装电路调试完善。

完成本课题应具备的环境（软件、硬件）

PC机

Windowxp，Protel99SE

各阶段任务安排：

毕业设计时间：

2010年9月30日一12月31日

第一阶段：

熟悉模电和数电相关知识，熟悉任务要求，熟悉protel绘图。

第二阶段：

设计电路总体方案，选择电路元器件，安装电路。

第三阶段：

调试完善，撰写毕业设计报告•

参考资料：

1李源生.电路与模拟电子技术.北京：

电子工业出版社,2004

2杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京：

高等教育出版社，1998

3阎石.数字电子技术基础.北京:

高等教育出版社，1998

4谢自美.电子线路设计.武汉:

华中理工大学出版社.1994

5余家春.protel99SE电路设计实用教程.北京：

中国铁道出版社，2003

摘要：

随着城市化的发展，防盗是我们现实生活中必须面对的社会问题，而且在今后相当长的时间内不会消失，人们离“路不拾遗，夜不闭户”得理念社会环境还相当遥远。

面对现实，人们希望有切实得防盗手段来保护他们的财产和生命安全。

电子技术度的发展为人

们提供了各种先进的安全防护手段，其中红外光电传感器能在数米之外发现入侵者，并向主人发出报警和闪光，增加了对犯罪分子的威慑气氛。

借此提出红外双路防盗报警器，其性能好、灵敏高、可靠性强.其有两路防盗措施，当发生盗情A时，立即引起1〜35s发生报警和警灯交替闪光。

当发生盗情B,应立即发生报警和警灯交替闪光。

在发生盗情的同时相应的状态灯也会闪烁一下，提示主人哪路盗情发生，以便主人去检查盗因。

此红外报警电路是通过单光束反射式红外光电传感的检测，把信号进行处理，从而控制继电器的常闭（常开）状态，来控制报警电路和闪光电路的工作状态。

关键词：

红外光电传感，触发保持，延时报警，声光报警

摘要（03）

目录（04）

第一章概述（05）

1.1双路防盗报警器电路设计的目的和背景（05）

1.2双路防盗报警器电路的优点（05）

1.3防盗报警器的应用和发展（05）

第二章双路防盗报警器电路设计理论（06）

2.1双路防盗报警器电路功能（06）

2.2双路防盗报警器电路的组成（06）

2.2.1检测电路及信号放大电路（06）

2.2.2延时电路（07）

2.2.3触发保持电路（08）

2.2.4报警声发生单元（11）

2.2.5闪光电路（12）

2.2.6三极管非门电路（反相器）（14）

第三章双路防盗报警器的电路实现（16）

3.1电路系统图（16）

3.2电路元件器选择与计算（16）

3.2.1检测信号的放大比例（16）

3.2.2延时电路（17）

3.2.3报警电路（17）

3.2.4闪光电路（17）

3.2.5三极管的选择（18）

3.2.6继电器的选择（18）

3.2.7电源可采用四节电池供电（18）

3.3调试方法（18）

第四章总结（19）

参考文献（21）

致谢（22）

附录1（23）

附录2（24）

附录3（26）

第一章概述

1.1双路防盗报警器电路设计的目的和背景

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，越来越多的人对家庭

财和人生安全都十分关心。

目前，许多家庭都使用了较为安全的防盗门、防盗窗，以及电器的安全报警。

进而设计和生产出一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器用于小区家庭及企业公司，使得防盗在保证财产安全方面发挥更加有效的作用。

为此，提出“双路防盗报警器”的设计任务。

1.2双路防盗报警器电路的优点

该报警器适用于家庭防盗，也适用于中小企业事业单位。

其特点是灵敏高、可靠强，体积小，成本低，节能环保型，便于安装、维修，发现盗因，并且可以立即报警和警灯闪光的提示；也可以延时1-35秒再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。

报警时除可以发出类似公安警车的报警声之外，两只警灯还可以同时交替闪亮，增加对犯罪分子的威慑气氛。

1.3防盗报警器的应用和发展

伴随着社会的发展给我们的生产、生活提供勒极大的方便，同时也伴随着它们出现也带来了一定的安全隐患。

因此防盗很久以前就与生活存在着密切的联系，影响人们的正常生活！

对付盗窃者，人们最传统的办法就是养狗，但是随着城市化的发展，这种办法已经不能适应当前的需求。

电子技术的发展为防盗产品提供了新的途径，人们仿照着警车的叫声，已制造出一种带有警报和闪光，且可以进行检查盗因。

这种产品的出现，使得防盗产品的使用更加灵活方便，防盗性能更有效安全性相对普遍的提高。

第二章双路防盗报警器电路设计理论

2.1双路防盗报警器电路功能

当接通电源之后，当单光束反射式红外光电传感A接收到信号时，对输出的信号进行放大处理后，产生一个下降沿，使NE555产生一个定时的高电平，从而控制继电器的状态，来控制报警电路和闪光电路工作状态（立即发出报警声和两个警的交替闪亮），经过一定的时间之后就会自动的停止；当单光束反射式红

外光电传感B接收到信号时，同样对其输出进行放大处理产生一个上升沿，通过

74LS74（D触发器）产生一个保持的高电平。

控制着继电器的常开开关一直闭合，立即发出报警声和两个警的交替闪亮，并且不会停止。

2.2双路防盗报警器电路的组成

221检测电路及信号放大电路

单光束反射式红外光电传感器（ST188）的特点及运用：

a.采用高功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成

b.检测距离可以调整范围得大小。

c.采用非接触式的检测方法。

d.响应时间是在红外光电传感器端面前与亮检测面处测得，其数值受亮检测

面的表面光洁及平整影响。

e.

ST188的引脚图及极限参数如下图（2-1）:

图（2-1）

检测放大电路：

检测放大电路是整个系统得眼睛，产品得灵敏度高低，性能得好坏与此直接相关。

因此一定要处理好检测放大电路。

对于信号的接收，由于是检测人的到访情况，故采用单光束反射式红外光电传感器（ST188）。

当有人入侵时，传感

器接收端就可以接收到红外信号，引起相应电平变化；当没有人时，传感器得接收端就不能接收到信号，就不能检测到盗情。

其中Uo=（1+^）Uc,原理图如下

R4

图（2-2）：

运算放大器LM324结构图（2-3）如下:

图（2-3）

2.2.2延时电路

图（2-4）是用实基电路NE555组成的单稳态型时间继电器。

接通电源时，电路进入稳定状态，此时电容C1不能进行充电，NE555的3脚和7脚均为低电平，继电器处于等待状态，K1没有闭合；有盗贼进入时，NE555的2脚受由高低电平得脉冲触发，IC的3脚立即变为高电平，促使继电器的电感线圈闭合，K1闭合，声光报警电路都工作。

7脚成悬空状态。

电路进入单稳态。

3脚输出高电平同时。

电容C1经过电阻R1的电位器R2充电，当电容C1两端的电压达到2/3VCC时，单稳态结束。

电容C1经IC的7脚放电，等待下一次触发。

单稳态

持续时间t即直流输出时间的长短由单稳态电路得定时元件电阻R1、电位器R2和电容C1的参数决定。

可由下式进行估算：

t=1.1（R2+R1）C1。

经过调整R2可满足延时202的时间要求。

555的介绍及其引脚图图（2-6）:

555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路

图（2-6）

2.2.3触发保持电路

阻塞D触发器的逻辑符号中，D为信号输入端，框内“>”表示动态输入，它表明用时钟脉冲CP上升沿触发，所以，维持阻塞D触发器又称为边沿D触发器。

它的逻辑功能与前面讨论的同步D触发器相同，因此，它们的特性表、驱动表和特性方程也都相同，但边沿D触发器只有CP上升沿达到才有效。

它的特性方程如下：

Qn1D（CP上升沿到达时刻有效）

HD74LS74AP芯片的引脚图如下图（2-7）所示:

（TOP*

图（2-7）

F表为其功能表，由该表可以看出CT74LS74有如下主要功能:

CT74LS74的功能表

输入

输出

功能说明

Rd

Sd

D

CP

Qn

—n1

Q

0

1

X

X

0

1

I=LrH护r\异步置0

1

0

X

X

1

0

l=LrH护a异步置1

1

1

0

T

0

1

置0

1

1

1

T

1

0

置1

1

1

X

0

Qn

Qn

保持

0

0

X

X

1

0

不允许

（5）保持。

取RD=SD=1，在CP=O时，这是不论D端输入信号为0还是1，触发器都保持原来的状态不变。

（6）其时序图（2-8）如下：

CP__TL_rLrL_n_rLrL

；[»>»；

D~L_

—：

：

丨；[:

尙―:

；—1!

I~!

:

屁n厂

图（2-8）D触发器的工作波形

盗情信号发生后经过检测、放大、反向后得到一个具有上升沿的脉冲，从74LS74D触发器的CP脉冲输入端进入，在Rd=Sd=1时，输出Qn1D（CP上升沿到达时刻有效）。

由于输出端要控制继电器，故2脚.D处接高电平。

在输出端为了是高低电平的明显，故在输出端接上一个LM324运算放大器。

其触发

电路的原理图如下图（2-9）所示：

2.2.4报警声发生单元

其中NE555的引脚图上见图（2-6）:

报警声发生单元发生报警时,频率为105—108KHZ类似于警车的报警声。

该

部分电路主要由两片NE555定时组成，半导体三极管T1—T3,定时电容C3和C4,

电阻R5-R10及扬声器组成。

报警声发生单元得原理图如下图（2-10）:

W丄IeU2

X}—

图（2-10）

报警声发生单元的工作原理如下：

1.当有警信号时，继电器常开开关导通，U1和U2开始工作。

由于电源刚接通

时，C1上电源不能突变,使U1的高触发端6脚和低触发端2脚的电压为0V,其输出端3脚（E）为高电平，U1内部的放电管截止。

电源经R1和R2对C1充

电，C1上电压上升；当Uc1>2/3Vcc时,输出端3脚变为低电平,U1内部的放电管导通,C1通过电阻

R2和U1的放电端7脚放电,C3上电压（D点）逐渐下降；当Uc1<1/3Vcc时3脚（E）点又翻回高电平。

如此周而复始形成振荡，产生周期1—2s的矩形波，占空比约为50%。

2.U2和电阻R4,R6,C2组成一个低频振荡器。

这里特别指出的是：

U2的电压控制端5脚控制电压是C1的电压（D点）通过Q1的发射极合得到的.D点电压变化，使U2的5脚电压Uco值随之而变化。

当UD（Uc1）较高时,Uco也较高，正向阈值电压Ut+（等于Uco）和负向阈值电压Ut—（等于1/2Uco）也较高,电容C2充放电时间长,因而IC3的输出端3脚（F）点输出脉冲的频率较低；反之,当UD较低时,Uco也较低,Ut+和UT—较低,C2的充放电时间短,F点输出脉冲频率高较高。

由此可见,U2的输出短F点得到的脉冲不是单一频率，其振荡频率可在一定

范围内周期变化。

选择合适的参数，其输出频率约在1.5KHZ至1.8KHZ之间。

D点、E点、和F点的波形如图（2-11）所示。

F点输出的脉冲经Q2和Q3放大后，推动扬声器发出高低频率不同的声音，类似公安警车的报警声。

225闪光电路

在多谐振荡器两只三极管得集电极分别接上发光管，发光管就能够依多

谐振荡器得周期进行交替闪烁。

若想改变闪烁得速度，可以调整C1,C2得容量，也可以用微调代替R1,R2.。

电路工作原理

本电路采用高增益NPN型锗管VT1，VT2组成多谐振荡器，有两级反相器首尾连接，级间利用电容C1，C2耦合。

下图（2-12）所示为结型晶体管自激或称无稳态多谐振荡器电路。

它基本上是由两级RC藕合放大器组成，其中每一级的输出藕合到另一级的输入。

各级交替地导通和截止，每次只有一级是导通的。

从电路结构上看，自微多谐振荡器与两级Rc正弦振荡器是相似的，但实

际上却不同。

正弦振荡器不会进入截止状态•而多谐振荡器却会进入截止状态。

这是借助于Rc耦合网络较长的时间常数来控制的。

尽管在时间上是交替的，可是这两级产生的都是矩形波输出。

所以多谐振荡器的输出可取自任何一级。

电路上电时，Vcc加到电路，由于两只三极管都是正向偏置的故他们处于导通状态，此外，还为藕合电容器Cl和C2充电到近于Vcc电压。

充电的路径是由接地点经过晶体管基极，又通过电容器而至Vcc电源。

还有些充电电流是经过

R1和R2的，从而导致正电压加在基极上，使晶体管导电量更大，因而使两级的集电极电压下降。

此多谐振荡器得周期：

T=2tw=1.4RF.C=2RfC（Rf=只仁R2,C=C1=C2）

图（2-12）

假定QI的导电量稍大些，由于QI的电流大，它的集电集电压下降就要比Q2的快些。

结果，被通过电阻器R2放电的电容器C2藕台到Q2基极的电压就要比由C1和RI藕合到QI基极的电压负值更大些。

这就使得Q2的导电量减少，而它的集电极电压则相应地增高了。

一旦Q?

开始昂通.加到。

荃棣的是负电压,耐11到Q基履的蔓正电压°这牒圧会不SH*8r去•直至Q达到胞和为止..

Q2集电极升高的电压，是作为正电压藕合回QI基极的。

这样,

由于C2还在放

Q1导电更多，从而引起它的集电极电压进一步下降,

电。

故驱使Q2的基极电压向负的增大。

这个过程继续到最终Q2截

止，而Ql在饱和状态下导通为止。

此时，电容器C2仍然通过电阻

器R对接地点放电。

Q2级保持截止直至C2已充分放电使得Q2的基

极电压超过截止值为止。

然后Q2开始导通，这样就开始了多谐振荡

器的第二个半周。

由于Q2开始导通，它的集电极电压就开始下降，导致电容器Cl通

过电阻器RI开始放电，这样，加到Q1基集的是负电压。

Q1传导的

电流因此而减小，并引起QI集电极电压升高。

这是作为正电压藕

合到Q2基极的，于是Q2传导的电流就更大。

就象前半周的工作一

样，这是起着正反馈作用的，并持续到QI截止，Q2在饱和状态下

导通为止。

Q2保留在截止状态，直至C1已充分放电，QI开始脱离

截止状态为止。

此时，完整的周期再次开始。

好一级导通时间的长短，取决于另一级截止的时间。

也就是取决于

C1RI和C2R2的时间常数RC。

时间常数越小转换作用也就越快，因

此多谐振荡器的输出频率就越高。

就上述的电路来说，两个RC网

络的时间常数相同，两个晶体管的导通和截止周期是相等的，故称之为对称的自微多谐振荡器。

当然我们也可以调整C1R1和C2R2不等，使得两只三极管的导通时

间不同。

2.2.6三极管非门电路（反相器）

电路组成和符号如图（2-13）

°32—°

（B）

图（2-13）

图（2-13）为三极管非门的电路图。

首先讨论一下该电路输入端与输出端电压的关系。

设三极管的饱和导通压降为0.3V，则

（1）当输入端A的电位ua=0V时：

三极管工作在截止区，二极管D导通,输出F端的电位uf=3.3V。

（2）当输入端A的电位ua=3V时：

三极管饱和导通，二极管D截止，输出F端的电位Uf=0.3V。

三极管非门的输入输出的电压关系如表8.9所示，把0.3V定义为逻辑“0”，

把3.3V定义为逻辑“T，则可得到表8.8所示的真值表。

由真值表可得下述结论，图（2-13）所示电路可实现非逻辑运算。

非门电路的真值表：

输入

输出

0

1

1

0

第三章双路防盗报警器的电路实现

3.1电路系统图

信号采集

放大处理

触发保持[555定时

继电电器闭合

声光报警

3.2电路兀件器选择与计算

由于电路已基本定形，所以大部分元器件可以查手册直接选用，不必再考虑设计计算；也有些是通过实践模拟出来的，不断地从中尝试，选择适合本电路要求的元器件，只有少数元件要考虑计算。

3.2.1检测信号的放大比例：

对于外界的红外光线经过反射接收后，出来的信号有些微弱，所以在输出端加上一个运算放大器，在运算放大器的输出端接上一个反馈电位器R3,对其输

出端的信号进行合适的放大，以便电路所需；其放大关系式：

R3

Uo=（1+）Uc。

R4

3.2.2延时电路：

根据题意，要求当发生盗情A时，，K1打开,要求延时1〜35s发生报警。

故根据NE555芯片的原理及电气性质：

1s《t=1.1（R2+R1）C1《35s

经计算取电解电容C1=47uF、电阻R1=270K、电位器R2=500K

符合题意要求。

3.2.3报警电路：

声音报警：

警灯HL1和HL2选择3.5V/50~250mA的LED发光二极管

扬声器是从报废手机上取下来的，该扬声器体积小，性能好，抗干扰性强，阻抗小，为5〜8Q普通恒扬声器。

由于警车的报警声的发生频率为f=1.5〜1.8kH。

故要得到频率为1.5〜1.8kHz之间的方波，要求R1和R2与C1以及U1组成的一个高频率（为1.8kHz）的振荡器。

由：

T=0.69（R1+2R2）C1

取电解电容：

C1=47uF

又考虑IC输出脉冲占空比为50%，可算出R1+2R2=30〜60K，

可选R2=10K，R仁10k。

R4和R6的选择：

由U2和R4,R6,C2组成另一个低频率（为1.5kHz）振荡器，输出频率范围约为1.5〜1.8kHz（由D点电压控制），当Uco=Ud=2/3Vcc时，频率最低，fl=1.5khz,可算出电阻R4+2R6=10k（选C4=0.1uF）,可取R6=4.7k,R4=1k。

3.2.4闪光电路：

根据审计要求发生报警时，需要有两个警灯交替闪亮，周期为1〜2s。

为了更好的引起视觉响应，选取用红、黄LED发光二极管来作为警报灯。

首先，其闪烁周期为1〜2s,频率0.5〜1Hz,而此由多谐振荡器组成的闪光电路的振荡周期计算式为：

T=2tw=j4Rf.Cf2RfC（Rf=R1=R2,C=C1=C2）

可选R仁R2=10M3=C2=3.3uF

LED发光二极管的限流电阻由欧姆定理（U=IR）得：

R3=R4=220?

3.2.5三极管的选择：

1.Q1:

选NPN型硅管，型号为9013。

2.Q2选PNP硅管，型号为9012。

3.Q3和Q4:

选NPN型硅管，型号为8050

4.Q5和Q6:

选NPN型硅管，型号为9013

3.2.6继电器的选择：

根据设计要求使用小电源驱动，故选用6V的直流电源供电型，时间继电器，

其型号为：

TIANBO06VDC

3.2.7电源可采用四节电池供电。

该电源便宜、方便、安全，电压值Vcc=6匕

3.3调试方法

对于此审计任务（双路防盗报警器的设计），首先我是在接到毕业设计后，对与此有关的各种书籍都浏览一遍，看看选用何种手动类的，还是触发类的。

经过再三分析和商讨，最终决定选用（ST188）传感器接收处理。

在此电路系统的设计中，我主要遇到了以下几个问题：

（a）对于信号的接收采集，刚开始我是从其它书上看的有一些关于单光束反射式红外光电传感器（ST188应用，我按照那书上面的电路原路图的参数在面包板上进行模拟，在输出端接了一个发光二极管，看看它的接收状态，可是我当我按照书上面做的时候，接上1k,10k的电阻总是得不到应有的效果，与事实总是不一样。

再次我做了好多的推测，猜想是不是：

①没有接收到信号，信号

台微弱了，以致输出端没有任何变化。

②传感器的限流电阻太大，已致信号太过于微弱，导致传感器无法正常工作。

③两个电阻的配比是否不适当，以致于传感器的有效距离无法调节，输出状态也与事实不相符合。

④或者是发光二极管是坏的，电路是好的，不能正确的反应输出状态。

但是经过最终的不懈的努力，无数次实践，我最终找到原因，原来是电阻的配比不恰当，面包板的本身的干扰。

选取了300?

和430k?

的电阻。

（接收部分

（B）对于NE555的延时，我在做好前面的接收放大之后把输出地下降沿电平往延时部分里送，本来为了直流电的干扰，我是在之前加了一个3pF的电容进行隔直流，但是加上之后555的输出状态不变，后来我把电容短路掉，发现电路又正常工作了，可见对与一些小的信号，精确度要求不是很高的情况下最好不要随便的加电容。

（C）在此电路设计中，遇到最麻烦，最纠结的是如何确定警报声声音报警。

刚开始我用多谐振荡器把闪光电路模拟出来了，于是乎我也决定用多谐振荡器吧报警声电路也模拟出来可是后来不管怎样不能弄出来。

当时有种彻底绝望的感觉，好像对此设计失去了信心。

当我停下来时，偶然不经意的想到，报警的频率为1.5〜1.8kHz，我应该如何去得到这个可变的频率呢？

我之前一直是用一个频率去控制它的，现在我去用两个频率去控制，于是我就用两个555去做发现有些点效果，但是不是很明显。

后来由于时间的关系，我决定干脆直接先焊接了再说，等焊接好了之后，接上电发现又比之前好多了，由此我知道对于此报警电路我的刚开始不成功主要要两方的原因；一是题意没有理解透彻，就急于下手。

二是忽略了面包板干扰。

（d）在整个防盗报警电路系统的各小部分调试出来后，我就开始进行焊接。

当我在进行完繁琐的焊接工艺之后，接上电源，发现报警系统不能正常工作啊！

于是乎我就开始检查电路的焊接是否出问题。

看着电路板的反面是密密麻麻的纵横交错的线时，我眼睛花了。

我就停下来，休息了一会，心静下来，我慢慢的，一点一点的检查，发现在继电器的常闭常开的开关接错了。

之后当我再次接上电源，依次完成了各项的调试之后，发现好了。

经过最终为期数周的努力，在老师和同学的帮助下，完成了此次毕业设计。

第四章总结

谈到学习，从我懂事的那天起，我就开始了我的人生漫长的学习的过程，到现在已接近二十年之久。

但是我清楚的知道在这之中，我真正用于学习的时间是很短的。

对于我们大三的学生来说学习已经不是什么陌生的事情了，因为在现

在大三进入实习的阶段，有的早已踏出校园走上了