家庭智能控制系统设计.doc
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家庭智能控制系统设计.doc
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哈尔滨理工大学专科生毕业论文
目录
目录 I
第1章绪论 1
1.1前言 1
1.2家庭智能控制系统设计的主要内容 1
1.3家庭智能控制系统设计的基本思路 1
第2章非法入侵报警电路设计 3
2.1设计要求 3
2.2方案设计 3
2.3方案论证 3
2.4电路设计 4
2.4.1稳压电源部分电路设计 4
2.4.2报警波形产生部分电路设计 5
2.4.3红外线发射部分电路设计 6
2.4.4红外线接收与处理部分电路设计 6
2.4.5报警延时控制部分电路 7
2.4.6声光报警部分电路设计 9
2.5工作原理与流程 10
第3章节能灯控制电路设计 12
3.1设计要求 12
3.2方案设计 12
3.3方案论证 12
3.4电路设计 13
3.4.1声音信号采集与处理部分电路设计 13
3.4.2延时及光控部分电路设计 14
3.4.3电灯控制部分电路设计 15
3.4工作原理与流程 16
第4章有害气体检测报警及抽排电路设计 19
4.1设计要求 19
4.2方案设计 19
4.3方案论证 19
4.4电路设计 20
4.4.1稳压电源部分电路设计 20
4.4.2空气信号采集部分电路设计 20
4.4.3有害气体抽排部分电路设计 21
4.5工作原理与流程 22
结论 25
参考文献 26
致谢 27
27
第1章绪论
1.1前言
现在人们的生活水平越来越高,更加注意自己财产与生命安全,虽然人们的素质有了很大的提升,但依然有部分不法分子乘主人不在时进行盗窃,人们期望有一种防盗报警装置,在有人试图盗窃时,会发出警报,以保护人们的财产安全,这就是非法入侵报警电路设计的初衷[1]。
现在倡导的是创建节约型社会,而我们目前的节电意识还比较薄弱,生活中我们常常因为忘记关灯而让灯亮一整天,造成了极大的浪费[2]。
我们迫切需要节能开关,在白天或者没有人是让灯熄灭,即可为国家节约大量电能。
为国家的建设贡献自己的力量[3]。
人们的生活水平提高了,城市居民生活配套设施也愈加完善,现在城市居民普遍用煤气作为燃料,然而我们经常听说因为不小心而致使煤气泄露,造成煤气中毒而亡的悲剧,我们需要有一种有害气体检测、报警、抽排装置,有了这一装置后,当煤气泄露后,它会自动启动排气系统,排出毒气,保卫人的生命安全[4]。
家用智能控制系统与人们的日常生活息息相关,它使人们的生活更加舒适与安全,是社会发展的必然方向[5]。
1.2家庭智能控制系统设计的主要内容
1.非法入侵报警电路设计
2.节能灯控制电路设计
3.有害气体检测报警及抽排电路设计
1.3家庭智能控制系统设计的基本思路
本次设计的题目是基于家庭智能控制系统设计,并简单介绍相关的知识,如:
单片机的定义、电工电子技术图电路、单片机的硬件组成等。
根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图,再根据单片机的相关知识设计出它的外部接线图,结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。
第2章非法入侵报警电路设计
2.1设计要求
如遇警情,要求报警电路发出警笛声和警灯的周期闪烁;警笛音量和警灯闪烁时间均可调;警灯用220伏灯泡,警笛用8欧、2瓦扬声器。
2.2方案设计
根据要求,当有人从那窗户非法进入时,电路要能够发出警报,于是可以在窗户处安装红外线发射与检测装置,当人入侵挡住红外线时,便被电路感知,触发报警动作。
用NE555构成的多谐振荡器产生的1kHz高频方波信号经放大后作为声音报警驱动信号,同时用另一555定时器构成的多谐振荡器产生的2Hz低频方波信号来触发可控硅进而控制警灯的周期性闪烁,方案框图如图1-1所示。
稳压
滤波
整流
变压
红外线发射
接收
交流电
放大
整流
波形发生器
声音报警
闪光报警
放大
波形发生器
图1-1方案框图
2.3方案论证
正常情况时,红外发光管发出的红外线被接收管接收,电路处于稳定状态,一旦遇到警情,即接收管没有接收到红外线时,便会触发报警延时装置(它作为声光报警电路的开关),使报警电路开始工作。
2.4电路设计
电路主要由稳压电源部分,红外线发射部分,红外线接收与处理部分,报警延时部分,报警波形发生部分,声光报警部分六大部分构成。
2.4.1稳压电源部分电路设计
该部分电路将220V交流市电降压后应用桥式全波整流、电容滤波、稳压二极管稳压后得到稳定的+9V直流电压输出,原理图如图1-2所示。
图1-2稳压电源部分电路
元件的参数的确定与选取
变压器:
要想的到+9V的直流电压输出,根据Vo=Vi*0.9/1.1可得Vi=11v,于是变压器的变比为20:
1,功率应大于总电路的功率,取20W以上即可。
整流二极管:
耐压值应大于1.414*11v=16v即可,最大电流可选择大于300mA。
滤波电容:
Rl=Vl/Il=9V/50mA=0.18K,Rl*C=4*T/2=0.04s,C=222.2uF,,为了得到平滑的输出,可取容量为470uF。
稳压二极管:
选择2CW107,稳压值9V,最大电流100mA。
2.4.2报警波形产生部分电路设计
用555定时器构成的多谐振荡器来产生不同频率的方波,NE555内部原理图如图1-3所示。
图1-3NE555内部原理图
图1-4波形发生部分原理图
波形发生部分原理图如上图1-4所示。
元件的参数的确定与选取:
555定时器构成的多谐振荡器发出波形的频率
f=1.43/((R1+2R2)*C),当分别取f为2Hz及1KHz时,可分别计算得电容及电阻,R10=51K,R11=10K,C10=10uF,R12=1K,R13=0.5K,C12=1uF,C9及C12为0.01uF的滤波电容。
2.4.3红外线发射部分电路设计
应用555定时器构成的多谐振荡器产生的高频方波信号来驱动红外发光管PH303发射红外光,原理图如图1-5所示。
图1-5 红外线发射部分电路
元件的参数的确定与选取:
用1KHz作为红外发光管PH303的驱动频率,红外发光管工作时的电流为10.30mA,故可取R1=0.5K,产生1KHz的方波时的电阻及电容同上,不再赘述。
2.4.4红外线接收与处理部分电路设计
用PH302来接收红外线,经过三极管的两级放大后,再利用倍圧整流电路来输出一个稳定的电压同时可进一步放大信号,部分原理图如图1-6所示。
图1-6 红外线接收与处理部分电路
元件的参数的确定与选取:
R5和R7为Q2及Q3提供和合适的静态工作点,可取为1M,R6和R8为上偏置电阻,为了得到合适的放大倍数取R6=R8=5K。
经过放大后,应用倍压整流电路,取C5=C6=10uF即可得到较平滑的直流电压输出,三极管的β应大于80。
2.4.5报警延时控制部分电路
这部分电路应用555定时器构成的单稳态触发器来控制报警的时间。
单稳态触发器的工作波形如图1-7所示。
图1-7单稳态触发器的工作波形
部分电路原理图如图1-8所示。
图1-8报警延时控制部分电路
元件的参数的确定与选取:
为了使触发器有较长的暂稳态(报警)时间,可以适当的将R9取的大些,同时为了实现报警时间可调,可以选用可变电阻器,根据555暂态持续时间Tw=1.1RC,取C8=47uF,R9=10M可调电阻器,便可控制报警持续时间。
2.4.6声光报警部分电路设计
利用振荡器产生的低频方波控制可控硅的通断,从而实现闪光报警,同时利用1KHz高频与2Hz低频混合后的信号来产生声音报警,部分原理图如图1-9所示。
图1-9声光报警部分电路
元件的参数的确定与选取:
这部电路结构比较简单,个根据要求,扬声器参数为8欧2瓦,可控硅的耐压值应大于1.414*220=311V,声音调节电阻选用50欧电位器,R15=0.25K,R16=8K分别作为光电耦合器及可控硅的限流电阻,对三极管没有特殊要求。
非法入侵报警电路设计原理图如图1-10所示。
元器件参数如表1-1所示
表1-1元器件参数表
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
0.5K
1K
0.5K
1K
1M
5K
1M
5K
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
R16
10M
51K
10K
1K
0.5K
50
0.25K
8K
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
0.01
1
4.7
4.7
10
10
0.01
47
C9
C10
C11
C12
C13
C14
C15
C16
0.01
10
0.01
10
电阻:
欧姆。
电容:
微法。
D1
D2
D3
D4
D5
D6
PH303
PH302
1N94
1N94
2CW107
TH3008
D1
D2
D3
D4
D5
D6
PH303
PH302
1N94
1N94
2CW107
TH3008
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
2N1893
2N1893
2N1893
2N1893
2N1893
2N1893
MCR100.6
2.5工作原理与流程
红外线发射与接收管按直射方式工作,正常情况时,接收管接到红外线,经过Q2和Q3两级放大,再经过C5、C6、D3、D4组成的倍压整流电路整流后输出一个较稳定的高电平,单稳态触发器处于稳态,输出低电平,三极管Q4、Q5都截止,报警电路没有工作[6]。
当遇到警情时,红外线被遮挡,接收管没有接收到红外线,接收处理电路输出低电平,触发单稳态触发器输出高电平,三极管Q4、Q5导通,波形发生器产生的波形通过Q4、Q5从
而发出声光报警信号。
设定的报警时间到后,报警停止。
图1-10非法入侵报警电路原理图
第3章节能灯控制电路设计
3.1设计要求
光线强,有声响,灯不亮;光线弱,无声响,灯亦不亮;只有当光线弱且有声响时,灯才亮,灯亮后须延时30秒自动熄灭。
3.2方案设计
可利用光电三极管的感光特性来控制灯在有光时自动熄灭,没有光同时麦克风采集到声音信号时,触发555定时器构成的可重复触发的单稳态触发器,让它输出一段时间的高电平,用这一信号控制可控硅导通,灯亮。
一段时间后,单稳态触发器回复到稳态,输出低电平,可控硅截止,灯自动熄灭,方案框图如图2-1所示。
滤波
整流
稳压
交流电
声音采集
放大
整流
声控开关
延时电路
光控开关
总控开关
电灯
光源
变压
图2-1方案框图
3.3方案论证
声音信号由麦克风采集再经过放大处理后与光信号一起同时控制单稳态延时电路,光信号控制着NE555的清零端,有光时单稳被强制清零,没有光时单稳正常工作。
声音信号控制触发端,有声音时,单稳被触发,灯亮,无声响30S后,单稳触发器回到稳态,灯灭[7]。
3.4电路设计
电路主要由稳压电源部分,声音信号采集与处理部分,延时部分,电灯控制部分,四大块构成。
3.4.1声音信号采集与处理部分电路设计
麦克风来采集声音信号,经过三极管的两级放大,再利用倍圧整流电路来输出一个稳定的电还可进一步放大信号,以获得足够的强度来控制后续电路,原理图如图2-2所示
图2-2声音信号
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