钱包防盗报警器设计DOC文档格式.docx
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①电路工作原理分析
②电路元器件参数设计计算
③电路调试说明
④电原理图和PCB图(必须自己画)
⑤元器件装配图(必须自己画)
⑥元器件清单
⑦自己的收获和体会
⑧要求字数不得少于3500字
⑨要求图纸布局合理,符合工程要求,使用Protel等软件绘制电原理图(SCH)、元器件布局图和印制电路板(PCB)。
4.所有的文档和表格必须采用Word形式。
5.同类型的设计题可以组成一个设计组,组员之间可以开展研究与讨论。
雷同者均计0分。
6.阅读有关芯片英文参考资料,理解资料内容。
7.英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图(不包括电原理图和PCB图)可以直接采用(pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中),图中的英文可以采用英文(中文)方式翻译在图下。
8.英文资料中的一些词,如果翻译拿不准,可以采用英文(中文)方式标注。
9.设计资料中的有关的公式可以直接采用。
10.课程设计结束,需要交制作的作品、文字稿和电子稿,采用Word文档形式。
11.成绩评定:
①按ABCDE分档,其中:
优秀为A,良好为B,中等为C,及格为D,不及格为E。
②课程设计设计说明书占60%,实物制作占40%。
2.对课程设计成果的要求〔包括图表(或实物)等硬件要求〕:
设计电路,安装调试或仿真,分析实验结果,并写出设计说明书,语言流畅简洁,文字不得少于3500字。
要求图纸布局合理,符合工程要求,使用Protel软件绘出原理图(SCH)和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。
3.主要参考文献:
(1)黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2011
(2)黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训[M].北京:
(3)黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京:
(4)黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京:
(5)黄智伟.全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作[M].北京:
(6)黄智伟等.基于NImultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:
电子工业出版社,2007
(7)黄智伟.印制电路板(PCB)设计技术与实践[M].北京:
电子工业出版社,2009
(8)高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计[M].北京:
电子工业出版社,2002
(9)吴运昌.模拟集成电路原理与应用[M].广州:
华南理工大学出版社,2001年
(10)谭博学等.集成电路原理及应用[M].北京:
电子工业出版社,2003
(11)魏立军.CMOS4000系列60种常用集成电路的应用[M].北京:
人民邮电出版社,1993
(12)杨宝清.实用电路手册[M].北京:
机械工业出版社.2002
(13)陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例[M].人民邮电出版社1996
(14)肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路[M].人民邮电出版社.2003
4.课程设计工作进度计划:
序号
起迄日期
工作内容
1.
2013.12.9开始
资料查找和阅读
2
2013.12.9—2013.12.14
电路方案选择,电路设计和计算,电路仿真
3
2013.12.1—2013.12.17
材料购买,电路设计和PCB设计
4
2013.12.18
PCB制作,电路元器件安装
5
2013.12.19
作品调试
6
~2013.12.20结束
课程设计设计说明书写作
主指导教师
黄智伟
日期:
2013年10月25日
摘要
钱包防盗报警器形式多种多样,其质量高低主要体现在体积、功耗、可靠性等方面。
使用时应随身携带,因而体积小,要求能够长时间使用,功耗需低。
触摸式钱包防盗报警器可作为附件安装在各种非金属材料制做的钱包、存钱盒、保险皮箱内,当人手靠近钱盒(约50mm)时,报警器便发出响声,能够起到威和盗贼和快速提醒防盗作用。
电容三点式振荡器在该报警器中起到了一个电压控制和起振作用,当有人触摸感应板时引起感应电容变化,从而引起报警器回路变化。
最终蜂鸣器发声报警。
本文介绍通过感应板、电容三点式振荡器、KD-9561语音芯片设计一种轻巧、方便、低功耗、有效的钱包防盗报警器。
并详细介绍了KD-9561语音芯片、稳压二极管等重要元器件参数、原理、特点等。
并简要介绍了电路调试方式。
关键词:
报警器电容三点式振荡器语音芯片
Abstract
Walletanti-theftalarminvariousforms,itsqualityismainlyreflectedinthevolume,powerconsumption,reliability,etc..Wheninuseshouldbecarried,whichhastheadvantagesofsmallvolume,canbeusedforalongtime,lowpowerconsumption.Touchtypepurseanti-theftalarmcanbeusedasaccessoriesinstalledinvariousnon-metallicmaterialswallet,savingboxinthetrunk,insurance,whenthehandclosetothemoneybox(about50mm),thealarmwillsound,canplayandthievesandquicktoremindtheanti-theftfunction.Threepointcapacitanceoscillatorinthealarmtoavoltagecontrolandvibrationeffect,whentheinductioncapacitancechangescausedbyhumantouchsensitiveplate,causingthealarmcircuitchanges.Thefinalbuzzeralarm.
Thispaperintroducestheinductionplate,threepointcapacitanceoscillator,KD-9561voicechipisalightweight,lowpowerconsumption,convenient,effectivewalletanti-theftalarmsystemdesign.AndintroducedindetailtheKD-9561voicechip,zenerdiodesandotherimportantcomponents,principle,characteristicparameters.Andbrieflyintroducesthecircuitdebuggingmode.
Keywords:
alarmthreepointcapacitanceoscillatorvoicechip
目录
1.总体方案与原理说明1
1.1总体方案选择1
1.2原理说明1
2.电容三点式振荡器1
3.KD-9561语音芯片3
4.稳压二极管4
4.1稳压二极管工作特性4
4.2稳压二极管的主要参数4
5.总体电路原理及相关说明5
5.1电路图及其原理5
5.2电路调试6
6.心得体会7
7.参考文献8
附录一电感计算公式9
附录二元器件清单10
附录三电路原理图及PCB图11
1.总体方案与原理说明
1.1总体方案选择
钱包防盗报警器形式多种多样,其质量高低主要体现在体积、功耗、可靠性等方面。
综合考虑可以用无线电发射与接收原理进行设计。
大致原理图如下所示。
其体积小、功耗低、报警成功率高。
但是报警时需要接收端原理发射端一定距离,在人比较多的地方不便于失物找回。
经过比较,我最终决定设计触摸式钱包防盗报警器。
图1.1无线电发射接受电路图
1.2原理说明
2.电容三点式振荡器
也叫考毕兹振荡器,是自激振荡器的一种。
图中的L、C1、C2组成谐振回路,作为晶体管放大器的负载阻抗。
反馈信号从电容器C2两端取得,送回放大器的基极b上,而且也是将LC回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连,故将这种电路成为电容三点式振荡器。
由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。
因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。
振荡频率为:
这种电路的优点是输出波形好、振荡频率可达100兆赫以上。
缺点是调节频率时需同时调CC1、CC2不方便。
适宜于作固定的振荡器。
图2.1考毕兹电路图
电容三点式振荡电路适合产生几十MHZ以上的信号,常用来作射频振荡器。
图4是LC振荡回路的等效电路图,从图上可以看到,电路的振荡频率由L、C、C1、C2决定,基极有一个大电容(1000~2000pF),起交流接地的作用。
由于电感和电容的数值都比较小,所以有些情况下三极管的极间电容、电感线圈的匝间电容都不能忽略。
它们对总电容的贡献量大约几pF。
图2.2LC振荡回路图2.3LC振荡回路等效图
设三极管的极间电容以及电感线圈的匝间电容以及其它分布电容的总等效电容为C0,为了计算方便,选C0=2pF那么
3.KD-9561语音芯片
首先说明,起初设计电路中语音芯片选取的是KD-9562,但因无法买到该元器件,所以最终用结构相似,功能相同的KD-9561代替。
KD-9561是一片CMOS四音音乐IC,用示波器观察其输出端波形为变频方波信号,可以认为是逻辑电路中的数字信号。
KD-9561输出最高频率为几千赫兹。
常与TWH8778连接,构成开关放大式警音发声器。
与其他线性音频功率放大相比较,具有结构简单、效率高、性价比优异等优点,虽然音质不尽完善,但警报发生器不需要高保真音质,所以KD-9561可以用于警报发声。
图3.1语音芯片KD-9561
语音芯片KD-9561引脚连接功能如下表:
表1
SEL1
SEL2
输出声音
不接
警车声
VDD
火警声
VSS
救护车声
任意接
机关枪声
4.稳压二极管
4.1稳压二极管工作特性
稳压二极管是用特殊工艺制造的面接触型半导体硅二极管,其特点是能够在反向击穿状态下工作,且击穿电压几乎保持不变,当反向电压撤除后,就能恢复常态,即反向击穿是可逆的。
稳压二极管的伏安特性曲线如图4.1所示,图中可见其正向特性与普通二极管一样,在反向击穿区域内,反向电流在很大范围内变化时,其反向电压变化很小,基本上稳定在击穿电压附近,因此,可以利用稳压二极管在反向击穿状态下的恒压特性进行稳压,使用时必须串联限流电阻,以免反向电流超过规定数值时造成永久性热击穿而损坏。
稳压二极管的电路符号见图4.2所示,其典型的应用电路见图4.3所示。
图4.1稳压二极管伏安特性曲线图4.2电路符号图4.3稳压二极管应用电路
4.2稳压二极管的主要参数
①稳定电压UZ:
在稳压范围内稳压二极管两端的工作电压。
②稳定电流ZI:
稳压二极管动态电阻较小时的工作电流。
③最大稳定电流ZMI:
在稳压范围内所能通过的稳定电流最大值。
电流超过此值稳压二极管将会损坏。
④动态电阻Zr:
在稳压范围内,稳压二极管管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值。
⑤电压温度系数CTV:
在稳压二极管中稳定电流不变时,环境温度变化1℃所引起的稳定电压变化。
一般稳定电压低于6V的稳压二极管电压温度系数为负值,而高于6V的电压温度系数为正值。
⑥最大耗散功率PZM:
稳压二极管正常工作,且稳压参数变化不超过允许值时,能够耗散的最大功率,它近似为稳定电压与最大稳定电流的乘积。
使用稳压二极管时必须注意,它们可以串联使用,串联后的稳压值为各管稳压值之和,但不能并联使用,以免因稳定电压的差异造成各管电流分配不均匀而引起管子过载损坏。
稳压二极管的外形与极性标志与普通二极管相同,根据其稳压范围及稳压精度可以分为低压稳压管(UZ为2.4V~40V),高压稳压管(UZ为40V~200V)和精密稳压管(电压温度系数极小)
5.总体电路原理及相关说明
5.1电路图及其原理
图5.1.1钱包防盗报警器电路图
钱包防盗报警器的电路如上图。
它实际上是一台人体感应式防盗报警器。
感应板与地之间存在着一个分布电容C0,这个电容与L、C1等组成电容三点式振荡器,在由C0、C1、L组成的回路中,从交流通路上来看C0和C1是串联的,没有人接近感应板时,C0容量较小而分压较大,此高频分压通过C2反馈到VT1的基极,足以维持三点式振荡器产生振荡。
此时射极输出的R3上压降较高,于是VT2导通,A因无高电平触发信号不工作,B无声。
当有人靠近感应板时,C0容量增大,它两端的高频分压变小,通过C2反馈到VT1基极的正反馈高频信号不足以维持VT1继续工作,VT1停振。
这时R3上的电压降变小,VT2截止,A因TRIG端获得高电平信号而工作,其输出端OUT输出内储音响电信号,经VT3功率放大后推动B发出响亮的“呜猩、呜哩……”报警声。
R8、VD2组成稳压电路,输出约5V直流电压供给VT2和A用电,使调好的报替器灵敏度不会因电池电压变化而变化。
VD1为温度补偿而加,主要避免因环境温度变化而引起的电路工作状态不稳定。
A用KD-9562B型报警专用集成电路,因为元器件购买不太方便,用结构相似,功能相同的KD-9561代替。
VT1、VT2均用9011型硅NPN三极管,β>
70;
VT3用9013型硅NPN三极管,β>
100。
VD1用1N4148型硅开关二极管,VD2用2CW53型硅稳压二极管。
RP用WH7型微调电阻器。
R1~R8均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。
C1、C2用CC1型瓷介电容器,C3、C4用CT1型瓷介电容器,C5、C6用CD11-10V型电解电容器。
B用蜂鸣器代替喇叭。
G用4F22型6V层叠式电池。
L用Φ0.3mm左右的漆包线在外径为10mm的塑料管上绕18匝脱胎而成。
感应板用一块尺寸约200mm×
120mm的金属片。
5.2电路调试
电路调试很简单:
在人手远离感应板时,微调RP,使B刚刚发声,再稍微往回调一下RP,使B发声停止。
这时用手靠近钱盒,B就会发声。
报警器的灵敏度不必调得太高,在手离感应板50mm左右时报警即可以了。
灵敏度调得太高会使电路稳定性降低。
6.心得体会
因为与期末考试时间有重叠,以及实验课程较多,加上自己平时比较懒散,初期也没有制定计划,所以导致这次课程设计的准备不足。
首先体现在电路选择上,因为没有做太多前期工作,查阅资料太少,在电路选择上没有选用可能更为简易、成功率更高的单稳态触发电路。
其次元器件的性能、参数、使用方法等也不太了解,导致元器件购买出错,设计电路出错。
由此可见,一个正确的态度,严谨的作风、和充足的准备是非常必要的。
这正是我在学习生活中所欠缺的!
值得反省。
在设计思路上,起初我决定做无线发射接收的,后来考虑到,警报铃声是在拉开一定距离后才响,在人拥挤出无法顺利的找回失物,所以最终选择了触摸式防盗报警电路。
利用AltiumDesigner绘制原理图和3D图过程中,发现对于元件的绘制,元件的封装,库文件路径的查找等都非常生疏了,不得不再次翻阅相关书籍。
可见,对于已学过的知识,时常的复习、反思是必要的,同时,对于各类软件,要想熟练操作,那就只有一个方法——经常使用,熟能生巧。
有位伟人说:
实践是检验真理的唯一标准。
确实,实践出真知,课本上有很多东西,上课没有听懂,或者以后没有复习导致忘记,甚至上课睡觉没有听到的,在自己的实践中就会有所了解,反复实践,然后就深入理解,了然于心了,就像我这个电路图里的电容三点式振荡电路,在经过这次设计后我便了解更多了。
此外,细节决定成败,我做实物的过程比较坎坷,万能板就焊了两次,有虚焊、有短路,滑片变阻器的输入输出端口也短接过。
更为揪心的是元器件的参数值拿不准,这应该是失败的直接原因吧。
课程设计还是很有意义的,不仅检验了我们所学的知识,还培养了我们对于所学知识综合运用的能力,提高了我们发现、提出和解决问题的能力。
提高了我们实践动手能力,为以后的工作生涯开始铺砖贴瓦。
另外,这次课程设计对于我们的竞争意识也有增强,像我们宿舍,我是做的很慢,还失败了的。
看到舍友做得快的,做成功了的,我要完成这次课程设计的念头就更为强烈,虽然结果不定会很完美,甚至最终还是失败,不过过程还是挺好的。
7.参考文献
[1]刘修文.实用电子电路设计制作300例[M].北京:
中国电力出版社.2005.P207~P217
[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社2011[3]陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例[M].人民邮电出版社1996.2p124~185
[4]张肃文.高频电子线路(第五版)[M].北京:
高等教育出版社P263~P264
[5]http:
//www.go-2013/12/26
[6]2013/12/25
附录一电感计算公式
常规电感计算公式
L=(k*μ0*μs*N2*S)/l
其中
μ0
为真空磁导率,等于
。
μs
为线圈内部磁芯的相对磁导率,空心线圈时μs=1
N2
为线圈圈数的平方
S
线圈的截面积,单位为平方米
l
线圈的长度,单位为米
k
系数,取决于线圈的半径(R)与长度(l)的比值。
计算出的电感量的单位为亨利。
空心线圈电感量计算公式
l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)
线圈电感量l单位微亨
线圈直径D单位:
cm
线圈匝数N单位:
匝
线圈长度L单位:
根据以上给出公式,电感L大小选用0.5微亨。
附录二元器件清单
元器件清单表
元器件名称及型号
数量
KD-9561语音芯片
1
电容
CC1型瓷介电容
CT1型瓷介电容
电解电容
电阻
20K
12K
3K
1K
10K
360K
1.2K
WH7型微调电阻器
NPN
9011
9013
二极管
1N4148
2CW53稳压二极管
蜂鸣器
0.5uH电感
感应金属片
附录三电路原理图及PCB图
附录图1电路原理图
附录图2PCB印制电路板图
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- 钱包 防盗 报警器 设计 DOC