双路防盗报警器设计文档格式.docx

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6

1.1前言。

1.2设计任务与要求。

第二章设计方案论证及方块图。

7

第三章电路组成及工作原理。

3.1电源稳压器。

3.2延时触发器。

8

3.2.1与非门电路。

3.2.2基本RS触发器（与非门）。

9

3.2.3延时触发器工作原理。

11

3.3报警声发生单元。

12

3.3.1用555定时器组成的多谐振荡器。

14

3.3.2复合管。

15

3.3.3报警声发生单元工作原理。

3.4警灯驱动单元。

16

3.4.1工作原理。

3.4.2总电路图。

17

第四章电路元器件选择与计算。

18

4.1元器件选择。

4.2计算。

第五章安装与调试。

19

5.1基本RS触发器。

5.2555多谐振荡器。

20

致谢

参考文献

第一章　　　绪论

1．1前言

人类社会进入21世纪，科学技术获得了空前的发展。

当今，由于电子计算机技术、现代通讯技术的进步，使人们在空间和时间上的距离都大大地缩短了。

现在，大家坐在家里便可以了解发生在世界各地的事情，通过电视屏幕就可以看到大洋彼岸进行的国际体育比赛，或千里之外的亲人“面对面”交谈。

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从琳琅满目，功能纷呈的家用电器到工厂自动化控制生产过程，从宇宙航行到水下机器人作业，从电报电话到光纤通信，所有这一切都向人们显示信息时代繁花似锦的动人景象。

　近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。

各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。

因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。

目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和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。

　该报警器适用于家庭防警、也适用于中小企事业单位。

其特点是灵敏、可靠，一经触发，可以立即报警；

也可以延时１～35Ｓ（秒）再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。

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

1.2设计任务与要求

１．设计一个双路防盗报警器，当常闭开关Ｋ1（实际中是安装在窗与窗框、门与门框的紧贴面上的导电铜片）发生盗情时，K1打开，要求延时1~35s发生报警。

3．选择电路元器件。

第二章设计方案论证及方块图

目前市售的防盗报警器有的结构复杂、体积大、价格贵，多适用于企事业单位用。

而一些简易便宜的报警器其性能又不十分理想，可靠性差。

综合各种报警器的优缺点，并根据本设计要求及性能指标，兼顾可行性、可靠性和经济性等各种因素，确定双路防盗报警器主要组成部分的方块图如图2—1所示。

它由电源稳压部分、延时触发器、报警声发生单元和警灯驱动单元四部分组成。

图2—1双路防盗报警器方框图

第三章电路组成及工作原理

3.1电源稳压器

我国，一般家用电器在设计时，都以220伏电压为标准，高于或低于220伏，会对家用电器产生影响，甚至会烧毁家用电器。

家用稳压器，就是调节过高或过低电压，使通过稳压调整后的电压维持在220伏，以保证家用电器的正常工作。

本文介绍的是一种简单的家用防盗报警电路，因此电源稳压部分不须太过复杂，它主要用的是干电池，也就是10伏左右的电源电压，为人们制造提供了十分便利的条件。

3.2延时触发器

其主要功能为延时触发器和即时触发，该部分电路主要有K1常闭开关（延时触发开关），K2常开开关（既触发开关），与非门G1~G3，二极管D1与D2,电容C1与C2和电阻R1~R4及电位器Rw组成。

A点输出与其它两路节点相连。

其电路如图3.2.1所示.

图3.2.1延时触发器电路图

3.2.1与非门电路

图3.2.2（a）所示为与非门电路，图（b）为其逻辑符号。

它是在二极管与门的输入端级联一个非门组成的。

它的逻辑功能是依靠与门的输入信号和控制非门的工作来实现的。

与非门的真值表如表3.2.3所示，由该表可看出与非门的逻辑功能为：

当输入A、B中有低电平0时，输出Y为高电平1；

只有当输入A、B都为高电平时，输出Y才为低电平。

其输出逻辑表达式为:

图3.2.2与非门电路及其逻辑符号

（a）电路图（b）逻辑符号

表3.2.3与非门真值表

输入

输出

AB

Y

00

1

01

10

11

3.2.2基本RS触发器（与非门）

1、电路结构

基本RS触发器可由两个“与非”门交叉连接而成，如下图所示。

图（a）为电路图，图（b）为其逻辑符号，它们上面的非号表示低电平有效，在逻辑符号中用小圆圈表示。

Q与

是基本触发器的输出端，两者的逻辑状态在正常条件下能保持相反。

这种触发器有两种稳定状态：

一个状态是Q=1，

=0，称为置位状态（“1”态）；

另一个状态是Q=0，

=1，称为复位状态（“0”态）。

相应的输入端分别称为直接置位端或直接置“1”端（

）和直接复位端“0”端（

）。

图3.2.4基本RS触发器

基本RS真值表

2、基本RS触发器输出与输入的逻辑关系。

1）

=1，

=0

所谓

=1，就是将

端保持高电位；

而

=0，就是在

端加一个负脉冲。

设触发器的初始状态为“1”态，即Q=1，

=0。

这时“与非”门G2有一个输入端为“0”，其输出端

变为“1”；

而“与非”门G1的两个输入端全为“1”，其输出端Q变为“0”。

因此，在

端加负脉冲后，触发器就由“1”态翻转为“0”态。

如果它的初始态为“0”态，触发器仍保持“0”态不变。

2）

=0，

=1

设触发器的初始状态为“0”态，即Q=0，

=1。

这时“与非”门G1有一个输入端为“0”，其输出端Q变为“1”；

而“与非”门G2的两个输入端全为“1”，其输出端

变为“0”。

端加负脉冲后，触发器就由“0”态翻转为“1”态。

如果它的初始状态为“1”态，触发器仍保持“1”态不变。

3）

=1，

假如在

（1）中

由“0”变为“1”（即除去负脉冲），或在

（2）中

由“0”变为“1”，这样，

=

=1，则触发器保持原状态不变。

这就是它具有存储或记忆功能。

4）

当

端和

端同时加负脉冲时，两个“与非”门输出端都为“1”，这就达不到Q与

的状态应该相反的逻辑要求。

但当负脉冲除去后，触发器将由各种偶然因素决定其最终状态。

因此这种情况在使用中应该禁止出现。

可知，基本RS触发其由两个稳定状态，它可以直接置位或复位，并具有存储或记忆的功能。

在直接置位端加负脉冲（

=0）即可置位，在直接复位端加负脉冲（

=0）即可复位。

负脉冲除去以后，直接置位端和复位端都处于“1”态高电平（平时固定接高电平），此时触发器保持原状态不变，实现存储或记忆功能。

但是复脉冲不可同时加在直接置位端和直接复位端。

3.2.3延时触发器工作原理

正常情况下即是无盗情发生时，延时开关K1闭合，K2断开，电源Vcc经电阻R13、电容C5滤波后，经电阻R1、电阻器Rw一路与常闭开关K1直接接地，另一路经电阻R2接地。

此时与非门G1输出高电平，D1截止，

输出为高电平，刚接通电源时，+6v电源经R4给C2充电，

接低电平，Q输出低电平，555定时器不工作，报警器不发声，警灯不亮。

当有人触摸常闭开关K1时，即K1断开，电源经R1、Rw给C1充电，当充到高电平时，与非门G1输出为0,

输入为低电平，Q输出高电平，555定时器工作，扬声器发出声音，警灯交替闪亮，当有人接触常开开关时，K2闭合，

经D2、K2直接接地，即低电平0,扬声器发出报警声，警灯闪亮。

3.3报警声发生单元

图.3.2.5报警声发生单元电路图

如图3.2.5所示，其主要功能是：

发生报警时，发出频率为1.5~1.5KHZ类似于警车的报警声，一切用555定时器、三极管、电容、电阻及扬声器组成。

A点与基本RS输出端Q相连，C点与警灯驱动单元与非门G5一输入端相连。

3.3.1用555定时器组成的多谐振荡器

多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。

由555集成定时器组成的多谐振荡器

下图3.3.1是由555定时器组成的多谐振荡器。

和C是外接元件。

接通电源

后，它经过电阻

和

对电容C充电，当

上升略高于

时，比较器C1的输出为“0”，将触发器置“0”，

为“0”。

这时，

＝1， 

放电管T导通，电容C通过

和T放电，

下降。

当

下降略低于

时，比较器C2的输出为“0”，将触发器置“1”，

又由“0”变为“1”。

由于

＝0，放电管T截止，

又经过

对电容C充电。

如此重复上述过程，

为连续的矩形波。

第一个暂稳状态的脉冲宽度

，即

从

充电上升到

所需的

（

＋

）Cln2＝0.7（

）C

第二个暂稳状态的脉冲宽度

放电下降到

所需的时间：

Cln2＝0.7

C

振荡周期

T=

+

0.7（

＋2

振荡频率

由555定时器组成的振荡器，最高工作频率可达300kHZ。

图3.3.1555多谐振荡器

（a）电路图（b）波形图

3.3.2复合管

当输出功率较大时，输出级的推动级，即末前级也应该是一个功率放大级。

大功率管的

值一般都不大。

为了得到高

的功率放大管，往往采用复合管。

把两个三极管按一定方式组合起来构成复合管。

组成复合管的条件是使复合起来的管子，都处于放大状态，即满足发射结正偏、集电结反偏，各电极的电流能合理地流动。

复合管的连接方式有四种形式。

复合管的连接方式的四种形式见图图.3.3.1性由前面的一个三极管决定。

由NPN-NPN或PNP-PNP复合而成的复合管一般称为达林顿管。

（a）NPN+NPN→NPN（b）PNP+PNP→PNP

（c）NPN+PNP→NPN（d）PNP+NPN→PNP

图3.3.2复合管

在功放输出级采用复合管，以提高电流放大倍数。

两个复合管复合后等效为一个晶体管，其特点是：

①复合管电流放大倍数

；

②输入电阻

③复合管三个等效电极有前面的一个三极管VT1决定；

④VT1和VT2功率不同时，VT2为大功率管，复合管成为大功率管。

3.3.3报警声发生单元工作原理

基本RS触发器Q接低电平时，报警声单元不工作。

当555定时器4脚接高电平时（即Q接高电平），电源分两路进行供电，一路经电阻R5给C3充电，当Uc略大于

时，3脚输出为零。

时，3脚输出为高电平，分别送到G4、G5输入端。

另一路经R7、R8对电容C4充电，当Uc上升略高于

时，Uo跃到低电平，复合管截止，扬声器不工作，当Uc下降略低于

，输出Uc由低电平跃到高电平，复合管进行功率放大，推动扬声器工作。

3.4警灯驱动单元

发生报警时，使两个警灯交替闪亮，周期为1~2S以增加报警时的紧迫感。

其电路图如图3.4.1所示。

图3.4.1警灯驱动单元电路图

3.4.1工作原理

当555定时器4脚复位端接高电平时，警灯开始交替闪亮，当IC1输出低电平时，经G5、G7输出高电平。

复合管T4、T5进行功率放大，使HL1。

当IC2输出为高电平时，经G4、G6、G8输出高电平，经复合管T6、T7，使HL2灯亮。

3.4.2总电路图

双路防盗报警器电路图如下所示：

双路防盗报警器电路图

第四章 

电器元器件选择与计算

4.1元器件选择

Ｋ1常闭开关（延时触发开关t＝0.5s）Ｋ2常开开关（即时触发开关）

元器件

材料

阻值

名称

类型

R1、R10

碳膜电阻

30K、3K

C2

铝电解电容

10uF/10V

R2

1M

C3

47uF/10V

R5～R7

10k

C4

0.1uF/10V

R11～R13

1k

T1

PNP低频小功率

9012

Rw

100K

T2~T4

NPN型复合管

3BX31M

R8、R9

4.8K、1K

G1~G8

与非门

CD4011

R3、R4

3K

HL1、HL2

灯泡

3W/6V

C5

220uF/10V

扬声器

8W/12V

C1

100uF/10V

IC1、IC2

555多谐振荡器

4.2．计算

1、根据设计要求，发生盗情时应延时1~13s发生报警。

∵t=（R1+Rw）C.即13=（R1+Rw）C，∴R1+Rw=130K

选定值R1=3K、电位器Rw=100K，R2﹥﹥R1+Rw，取R2=1M

∴改变RW的值即可改变延时时间。

2、发生报警时有两个警灯交替闪亮，T=1~2s。

由T=tp1+tp2≈0.7（R1＋2R2）C，设R5=10K、R6=10K、T=1s.

∵1=0.7（10+2×

10）×

1000×

∴C=1/0.7×

30×

1000≈47.6uF,取C3=47uF

结论：

改变R5、R6或电容C3即可改变警灯的周期。

2、发生报警时，警车的报警发生频率f=1.5～1.8KHZ.假设C4选0.1uF。

∵

∴R8+R9=9.6K，可取R9=1K，R8=4.8K。

改变R8、R9及电容C4即可改变警车发生频率。

第五章 

安装与调试

为了省去不必要的麻烦，在进行电路元器件安装时可以先进行虚拟电子实验（EWB），它是一种在国外高标校和电子技术界广为应用的电路计算机仿真设计软件被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。

EWB的特点：

操作界面方便友好，从原理图的输入到电路的仿真测试都可以轻而易举地完成；

虚拟电子设备齐全，包括示波器、函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等；

提供了14种分析工具，利用这些工具，不仅可以清楚地了解电路的工作状态，还可以测量电路的稳定性和灵敏度；

提供了4种扫描分析可以帮助用户观察各种条件和参数变化时电路的变化情况，提供了相当广泛的元器件，从无源器件到有源器件，从模拟器件到数字器件，从分立元件集成电路应有尽有。

5.1．基本RS触发器

１．触发器是一种能够存储一位二值信号的基本单元电路。

它具有两个能自行保持的稳定状态，用来保持逻辑0或逻辑1，而且可以根据不同的输入信号置成0或1状态。

基本RS触发器是各种触发器电路中结构最简单的一种。

它有两个输入端：

Ｓ（或Ｓ非）端是置1端，Ｒ（或Ｒ非）端是置0端。

两个输出端Ｑ和Ｑ·

，按定义Ｑ＝1，Ｑ｀＝0时，触发器为１状态；

Ｑ＝0，Ｑ＝1时触发器为0状态。

当置1端有信号时，触发器置为1状态；

当置0端有信号时，触发器置为0状态。

若输入端无信号；

则触发器保持原来状态。

２． 

EWB操作步骤

图5-1基本RS触发器实验电路

（１） 

建立由与非门构成的基本RS触发器实验电路，如图5－1所示，分别用S、R键控制。

（２） 

通过SR按键拨动开关，使输入SdRd分别为00、01、11、10四种不同状态观察输出Q、Q·

的变化，并记录下来。

5.2．555多谐振荡器

１．基本原理

多谐振器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信号），便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有路丰富的高次谐波分量，所以称为多谐振荡器。

先将555定时器构成施密特触发器，再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且