报警器 模电课程设计说明书文档格式.docx
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ABSTRACT
Soundandlightalarm,isinordertosatisfyourcustomertoalarmloudnessandinstallationpositionofthespecialrequirementsandSettings.Sound,lightalsoissuedtwokindofwarningsignals.Productspecialfield:
Banks,governmentagencies,hotel,factorystoreshops,villas,ATM,thedefensesecurityservicesystemandthecompany.Isthefireautomaticfirealarmsysteminaspareparts.
Soundandlightalarminactuallifecanseemany,usedinmanyareasoflife,bothhardwareimplementation,andhardwareandsoftwareandthecontrolofexecution.Throughthiscoursetaskdesign,wecanbeverygoodtotextbookknowledgeandpractice,atthesametimeitcanstimulatethestudents'
learninginprofessionalrelatedsomeknowledge,inordertoexpandtheirknowledgeofthebreadth.
Inthiscoursedesign,firsthalfwithtwotransistormakemanyharmonicoscillator,anditdrivestwoledsalternatelight;
halfoftheusedifferenttypesoftwotransistoramplifiercircuitofacomplexpipe,andrealizethepoweramplifierfunctionstoincreasethevolumeofthebuzzer.Intheactualinstallationprocess,wecanwilltwoledswereinstalledtodifferentplaces,andincreasetheutilizationratio.
Keywords:
Transistor;
Manyharmonicoscillator;
Complexpipeamplifiercircuit;
capacitance;
LED;
1总体设计方案介绍…………………………………………………………………1
1.1设计课题任务………………………………………………………………1
1.2功能要求说明………………………………………………………………1
1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明…………………………………1
1.3.1设计课题总体方案介绍……………………………………………1
1.3.2工作原理说明………………………………………………………1
2设计课题的仿真分析………………………………………………………………4
2.1设计课题的参数选择………………………………………………………4
2.1.1无稳态多谐振荡电路参数选择……………………………………4
2.1.2复合管放大电路参数选择…………………………………………4
2.2设计课题的仿真结果………………………………………………………4
2.2.1电路仿真图…………………………………………………………4
2.2.2电路仿真结果………………………………………………………5
3设计课题硬件系统的设计…………………………………………………………7
3.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍……………………………………7
3.2设计课题电路PCB图…………………………………………………………8
3.2.1PCB图制作过程………………………………………………………8
3.2.2设计课题的PCB图…………………………………………………10
3.3设计课题元器件清单…………………………………………………………10
4设计课题的硬件调试及分析………………………………………………………12
4.1设计课题的设计结论及使用说明……………………………………………12
4.2设计课题的硬件调试…………………………………………………………12
4.3设计课题的误差分析…………………………………………………………12
结束语…………………………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………………………15
致谢………………………………………………………………………………………16
附录………………………………………………………………………………………17
1总体设计方案介绍
1.1设计课题任务
设计一个报警电路,实现当蜂鸣器发出报警响声的同时,发光二级管也随之闪烁。
1.2功能要求说明
该报警电路即为声光报警器,当按下开关时,应该同时实现蜂鸣器发出声音和发光二级管闪烁功能。
1.3设计课题总体方案介绍及工作原理说明
1.3.1设计课题总体方案介绍
该装置以三极管为核心,前半部分由三极管和电容、电阻构成多谐振荡器;
后半部分由不同类型的两只三极管构成复合管放大电路,实现功率放大功能,使蜂鸣器的报警音量增大。
按下开关,两只发光二级管交替点亮,蜂鸣器发出报警声。
系统框图如图1.1所示:
LED1点亮LED1不亮
电源多谐振荡器蜂鸣器
LED2不亮LED2点亮复合管放大电路
图1.1系统方框图
1.3.2工作原理说明
(1)工作原理概述
该装置中,前半部分由两只三极管构成无稳态多谐振荡电路,并用它驱动两只发光二极管交替点亮;
通电后,同时实现蜂鸣器发出声音和发光二级管闪烁功能。
前半部分中,两只二极管各有一个电解电容分别接到另一个管子的基极。
当接通电源的瞬间,由于两只三极管的参数不可能完全一致,所以其中一个管子先导通,另一只管子截止,这时,导通管子的集电极有输出,集电极的电容将脉冲信号耦合到另一只管子的基极,使另一只管子导通,这时原来的管子截止。
这样两只管子轮流导通和截止,就产生了振荡电流。
后半部分中,为了进一步改善放大器的性能,通常用多只三极管构成复合管来取代基本放大电路中的一只三极管组成复合管放大电路。
因此后半部分电路主要由不同类型的两只三极管构成复合管,前管的集电极与后管的基极相连,前管的发射极与后管的集电极相连。
同时,将蜂鸣器连在前管发射机与后管集电极之间,实现功率放大功能,增大蜂鸣器音量。
(2)原理图的基本构成电路
无稳态多谐振荡电路如图1.2所示:
图1.2无稳态多谐振荡器电路
复合管构成如图1.3所示:
图1.3复合管
(3)原理图
原理图如图1.4所示:
图1.4原理图
R1—R7:
电阻
D1、D2:
光二级管
C0:
无极性电容
C1—C3:
电解电容
Q1—Q3:
NPN三极管(Q3为前管)
Q4 :
PNP型三极管(后管)
U1:
蜂鸣器
BT1、BT2:
12V电源
S1:
开关
2设计课题的仿真分析
2.1设计课题的参数选择
2.1.1无稳态多谐振荡电路参数选择
在前半部分的无稳态多谐振荡电路中,R1、R2分别为发光二极管D1、D2的限流电阻,这里取1KΩ,取值越小LED越亮。
Q1、Q2为NPN型三极管,当电路通电时,它们分别由R7、R6获得正向偏压,R6、R7取值越小,电路振荡频率越大。
同时C1、C2亦分别经R1、R2充电。
C1与C2的取值大小也会影响振荡频率。
电容充放电时间计算公式:
T=RC*ln2…………………………………………2.1
所以此电路振荡周期,即发光二级管闪烁的周期为:
T=T1+T2=0.693*R7*C2+0.693*R6*C1…………………………2.2
因为R1=R2=R、C2=C1=C,则T=1.386*RC=1.386S,f=1/T=0.72HZ。
2.1.2复合管放大电路参数选择
在后半部分的复合管放大电路中,由不同类型的两只三极管Q3、Q4构成复合管,实现放大功能,放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。
设组成复合管内三极管Q3和Q4的电流放大系数分别为β1和β2,对复合管放大电路进行静态分析时,首先要确定复合管的电流放大系数β,确定β的过程如下:
ICQ=IC1Q+IC2Q=β1IB1Q+β2IB2Q=β1IB1Q+β2(1+β1)IB1Q=(β1+β2+β1β2)IB1Q=βIBQ
因为β1β2》β1+β2,所以
β=β1+β2≈β1β2…………………………………2.3
也就是说,复合管的电流放大系数等于组成它的三极管电流放大系数的乘积。
经测量,β1=123.91,β2=308.33,β=423.49≈β1+β2。
2.2设计课题的仿真结果
2.2.1电路仿真图
在Multisim软件中编辑出电路图(见图2.1),在电源端接入一个开关,用开关的通断表示报警器的启用与停用。
通过观察发光二极管LED1与LED2是否闪烁、蜂鸣器是否发出响声来判断电路是否正确可行。
图2.1电路仿真原理图
2.2.2电路仿真结果
将开关J1断开,接通电源,将仿真开关打开,此时整个电路无电流通过,所以处于不工作状态,如图2.2所示。
图2.2电路仿真图
将开关J1闭合,接通电源,将仿真开关打开,此时整个电路有电流通过,LED1与LED2交替闪烁,如图2.3所示。
此时能够听到音量较大的蜂鸣器鸣叫声。
图2.3电路仿真图
电路进入工作状态时的波形如图2.4,周期T=T2-T1=1.212s-26.515ms=1.186s。
图2.4电路仿真波形图
3设计课题硬件系统的设计
3.1设计课题硬件系统各模块功能简要介绍
在Protel99中编辑硬件电路原理图,如图3.1
图3.1电路原理图
R1、R2为LED1、LED2的限流电阻,当振荡电路实现震荡功能时,保证发光二级管能够闪烁发亮。
D1、D2为发光二级管,用来表示声光报警器的光信号输出。
Q1、Q2与C1、C2是多谐振荡电路的主要构成部分,实现振荡功能。
C3为滤波电容,与R5一起连接振荡电路与放大电路。
Q3、Q4为不同类型的两只三极管(Q3为NPN型,Q4为PNP型),构成复合管放大电路,实现功率放大功能。
BT1、BT2一起提供12V电源(由于市场上买不到12V电池,所以用3V加9V代替)。
S1开关,用来控制报警器工作的状态。
U1为蜂鸣器,用来表示声光报警器的声信号输出。
3.2设计课题电路PCB图
3.2.1PCB图制作过程
(1)画原理图
在Protel99中编辑电路原理图,如上一节中的图1.4所示,电路原理图画好后,点击Tools菜单下的ERC进行电气规则检查,检查结果如图3.2所示,此结果表示原理图无电气规则错误。
图3.2电气规则检查图
(2)元件封装
元件封装,即元件焊接到电路板时所指的外观和焊盘位置。
在生成网络表前,必须对原理图中所有的元件设置好封装形式(Footprint)。
元件封装的编号:
元件类型+焊盘距离+原件外形尺寸。
例如电阻的封装形式有:
AXIAL0.3、AXIAL0.4等等,封装形式中的AXIAL后面的数字越大,表示元件尺寸也就越大,如“0.4”表示400mil(1mil=0.0254mm)。
在原理图中点击某个元件就可以设置元件的封装形式,设计课题电阻的封装如图3.3所示,Footprint即封装形式。
图3.3电阻封装图
如果软件内置的封装库中没有合适的封装形式,则应自己编辑某些元件的封装,然后导入系统封装库中。
本次课程设计中,在系统封装库中都能够找到合适的封装,因此不用自己制作封装。
(3)网络表的生成
在原理图页面中执行菜单Design→CreateNetlist,设置参数后,单击OK按钮,程序便自动生成并打开网络表文件。
Protel格式的网络表是一种文本式文档,由两个部分组成,第一部分为元件描述段,以“[”和“]”将每个元件单独归纳为一项,每项包括元件名称、标称值和封装形式;
第二部分为电路的网络连接描述段,以“(”和“)”把电气上相连的元件管脚归纳为一项,并定义一个网络名。
例如:
[【元件描述开始符号】
R1【元件标号(Designator)】
AXIAL0.4【元件封装(Footprint)】
10k【元件型号或标称值(PartType)】
【三空行对元件作进一步说明,可用可不用】
]【元件描述结束符号】
……
(【一个网络的开始符号】
NET_V1-1【网络名称】
R1-1【网络连接点:
R1的1脚】
V1-1【网络连接点:
V1的1脚】
)【一个网络结束符号】
(4)画PCB图
进入PCB绘制页面,先通过测量实际电路板画出电路板的大小范围(600mil*400mil),在绘制中按下“Q”键可进行mm与mil单位换算。
接下来设置参数,执行菜单Design→Rules,主要重新设置布线的线宽,最大为3mm,最小为1mm,其他参数保持默认值。
此次课程设计用到的是单面覆铜板。
执行菜单Design→LoadNets,导入网络表,此时如果显示有错误,就应返回原理图编辑页面更正,重新生成网络表,正确的显示是“AllmacrosValidated”,点击Execute执行就可以成功导入网络表。
网络表导入后,将各元件均匀的布在画好的电路板范围内,然后在工作层设置中选中TopLayer框(红色),进行手工布线,布线时转角处的角度不用90°
而用45°
,因为90°
角较尖锐,较容易从板上剥落、翘起。
完成布线后,可以选中TopoverLayer框(黄色)放置文字,即顶层丝印层。
如果希望文字被打印出来,则就在TopLayer顶层绘制文字。
最后执行菜单Tools下的DesignRulesCheck,进行设计规则检查,检查无误后PCB板就完成了。
(5)PCB板制作
将PCB图印制并压覆到电路板上,将电路板进行腐蚀处理。
进行钻孔并将各元器件焊接到电路板上。
并用万用表检测各元件是否接好、是否存在虚焊。
检查电路板正面,判断是否存在元器件缺漏、安装错误、外形损伤、安装方向错误等现象。
实物焊接时需要用到的工具:
电烙铁、焊锡、斜口钳、导线。
制作好的实物图见附件。
3.2.2设计课题的PCB图
设计课题的PCB图如图3.4所示:
图3.4PCB图
3.3设计课题元器件清单
在原理图页面,执行菜单Reports下的BillsofMaterial,生成元件清单,如图3.5所示,根据生成的元件清单绘制元件清单表格如表3.1所示。
图3.5元件清单图
表3.1元件清单
元件名称
元件类型
备注
1K
3个
47k
1个
100K
电容
47nF
1uF
10uF
2个
三极管
NPN、2SC1815
PNP、2SA1015
发光二级管
红色
额定电压9V
按型
带扣电池
9V
电池盒及电池
3V
电路板
单面覆铜
1块
4设计课题的硬件调试及分析
4.1设计课题的设计结论及使用说明
本次课程设计中,实现了声光两方面同时报警的功能,当蜂鸣器发出报警响声的同时,发光二级管也随之闪烁。
此装置可实际应用于各公司、学校、医院、酒店宾馆等地方。
使用安装时,可以将两盏灯分别装在不同房间里,提高利用率,而且当其中一只出现断路或短路时,另一盏不受影响。
当发生紧急情况时,只需要按下报警开关,报警器则同时发出声响及出现灯光闪烁现象,更好的提示人们赶紧逃跑。
4.2设计课题的硬件调试
将9V及3V电池接上该装置,按下开关,观察发光二极管、蜂鸣器的响应情况。
4.3设计课题的误差分析
用万用表测量各元器件的参数实际值,与理论值作比较,得出误差。
记录表格如表3.2所示
表3.2测量数据记录
测量实物
测量数据
理论数据
误差
R1
1.007K
0.7%
R2
0.998K
0.2%
R3
45.8K
47K
2.5%
R4
1.014K
1.4%
R5
99.0K
1.0%
R6
97.5K
R7
102.6K
2.6%
C1
10.02uF
C2
10.48uF
4.8%
C3
0.98uF
2.0%
C0
47.12nF
0.25%
在表3.2中可以看到各元器件参数的误差都不是很大,因此对实物没有很大的影响。
产生误差的原因有:
万用表测量的误差、各元器件本身的误差。
根据测量值计算多谐振荡电路振荡频率为:
f=1/T=1/(T1+T2)=1/(0.693*R7*C2+0.693*R6*C1)=1/1.422=0.703HZ
结束语
1、总结
本次课程设计的声光报警器实物完成后,经过检验发现,当接通电源、按下开关时,两只发光二级管同时点亮,且没有出现交替点亮现象;
蜂鸣器发出较大响声,因此这次课程设计制作的声光报警器没有达到预期的效果。
在后期检查中,检查的方面有:
各元器件是否安装正确、是否有虚焊、电路板铜线是否有断开处、接通电源时用万用表测试实物的每个关键点的电压,然后和理论的去比较等等。
经过检查发现三极管组成的多谐振荡器没有实现振荡功能,原因可能是电解电容已损坏。
而且在制作实物时使用的是电池,电池用久了后,内阻变大了,内阻分得的电压也就相应变大了,因此它输出的电压就减小了,所以也会对电路产生一定的影响。
由于自己的一些相关知识没有学扎实,最终还是没有找出问题的关键之处。
2、体会
课程设计要求我们熟练掌握电路,模拟电子技术等相关知识,独立思考完成自己的设计,并完成Multisim仿真,PCB制作。
课程设计是理论和实践的结合,从设计原理图,到对原理图的理解、然后进行仿真,再到电路板的布线设计,接着是电路板的焊接,最后是电路板的调试,这中间都有一定跨度的,我们要做的就是把中间环节连接起来,把原理图变为实物图。
然后在此基础上还要注意到实体的美观性,注意整体的布局,使其协调美观。
这次我做的课程设计课题为声光报警器,一方面是因为觉得自己对报警器比较感兴趣,而且做出来的实物也具有一定的实用性;
另一方面,是因为老师说过不能和太多的同学课题一致,所以就选择了自己找其他课题。
刚开始准备做课程设计时,没一点头绪,不知道从哪里下手,后来咨询了身边的同学才知道了做课程设计的基本步骤。
首先找好课题的原理图,接着做仿真,仿真成功后用Protel画PCB,接着就做实物了。
虽然这么说起来步骤很简单,可是真正做起来问题可多了。
我的原理图是在网上找的,在仿真的过程中发现了一些错误,自己进行了部分修改。
在这个过程中,我基本了解了仿真软件Multisim的使用,当然,因为它的功能太强大,我还不能进行很全面的掌握。
其实在本次课程设计中,花费时间精力比较多的是画PCB部分。
在Protel99软件中导入网络表时出现了很多错误,通过上网查询了解了发生错误的原因。
原来进行元件的封装时,自己画的封装没有导入进封装库中,而且还有一些封装的引脚编号与元器件的默认编号不匹配。
经过修改后,成功的在画PCB的界面导入了网络表。
接下来遇到的一个大问题是布线,我没有使用自动布线,其实是因为一开始没有找到自动布线的导航。
我的元器件排列好后,走线出现了很多交叉的地方,而布线是不允许有交叉的,因此花了很长时间将线布好。
于是我总结了一些经验,在开始布线时,首先将能够直接连接起来的元件通过最短的线连接起来,然后将那些交叉的线通过其他元件封装的空隙穿过,最后扩大画面仔细检查是否连接到位。
在布线的过程中,应该尽量将电路布置的美观,两线之间保持一定的距离,将线布置的简洁一些,这样都有助于焊接。
在焊接电路板的过程中,由于一些线穿插在元件封装空隙中,因此在焊接时要避免将焊锡不小心弄在了两线连接处,这样就不会将不该连接的地方连接起来了。
对于焊接还要考虑焊接时间的长短,因为烙铁的温度极高,如果焊接时间较长,一则可能导致焊盘直接脱落,二则导致元器件烧坏。
而且焊接之前最好用松香过下焊头,否则焊出来的焊点会变得十分尖锐,一则不够美观,二则会刺伤自己。
焊接的时候,也应该先将烙铁头镀上一层锡,因为我发现在焊接的过程中,有的时候因为焊接时间比较长,镀上的锡在刮的过程中脱落而导致焊点不够圆润。
我的焊接完成后,发现虽然在焊点的美观上没有做到十分的完美,但是焊接的还是十分牢固,并且我在焊接的过程中也确实注意到了这些问题,只是焊接技术还有待加强而已。
本次课程设计不仅让我学习了很多专业知识,以及在专业技能上有一定的提升,而且让我对自己反思了很多。
首先,在选原理图遇到困难时,我就想为什么自己不能设计一个原理图呢,这是因为自己的专业知识掌握还不够扎实,平时在实验设计课上也没有认真思考设计电路;
然后在一遇到不懂的问题时就想着上网搜索时,我就反思了自己独立思考的能力;
最后在使用软件时遇到了很多的陌生英文单词,反思了自己的英语学的不够好
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