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电子技术课程设计
河南机电高等专科学校
电子技术课程设计报告
设计课题:
玩具窃听器
专业班级:
XXX
学生姓名:
XXX
学生学号:
XXX
指导教师:
XXX
成绩:
二○一二年十二月十二日
题目:
玩具窃听器
一、设计任务与要求
1.设计任务
几乎每个电子爱好者都有利用无线电的雄心壮志,不论遥控一架飞机或者与外界通讯,都表达他们发射的期望讯号。
而今天我想设计一款玩具窃听器。
2.设计要求
(1)电子产品和设备在正常工作条件下,不得对使用人员以及周围的环境造成危险。
(2)设备在单一的故障条件下,不得对使用人员以用周围的环境造成危险。
(3)设备在预期的各种环境应力条件下,不会由于受外界影响而变的不安全。
2、方案设计与论证
窃听器-监听原理
GSM的原理是在系统信道上把语音信号信道进行编码、加密、交织,形成突发脉冲串经调制后发射。
在移动手机接收端,信号经解调后去交织、信道解码、语音解码,然后在用户的移动手机里恢复成语音信号。
GSM系统在传输过程中采用窄带时分多址(TDMA)技术,它的每个载频信道的带宽是200KHz,每帧8个时隙,理论上允许一个射频同时进行8组通话,每个时隙长度为0.577ms,帧时长4.615ms,就是把时间分割成周期性的帧,每一帧再分割成许多个时间间隙,之后根据特定的时间间隙分配原则,使移动手机用户在每帧中按指定的时间间隙,向着基站发送信号,基站分别在各自指定的时间间隙中,接收到不同的移动手机用户的信号,同时基站也按规定的时间间隙,给不同的移动手机用户发射信号,各移动用户在指定的时间间隙中接受信号,这样却并不能保证,在同一信道上的用户可以相互不受干扰,这就是个别移动用户在使用移动电话的时候,偶尔会从话筒里会听到别人的谈话的原因
窃听器-真实情况
从2003年"窃听器"被曝光到目前为止,无论是那些所谓出售手机窃听器公司,还是移动通讯专家,及电讯运营商在谈到手机窃听器的时候,都对手机窃听器的原理避而不谈,想必是运营商故意不说,以至于让人感觉手机窃听器越来越神秘,也给某种人提供了一些机会。
实际普通的手机窃听器就是知道GSM密钥的运算方法,采用载波侦听检测技术,采用监听软件去把手机编码进行解码就实现了。
总之,那些否认手机可以被监听的人,本质都是出于各自的利益需要,否认就意味着他们在掩盖,照他们说法就是世上只有矛而没有盾,或者说是只有盾而没有矛,其实这本身就是在自相矛盾,而把手机窃听器性能给刻意夸大的那些人,也是出于自身利益方面的考虑。
改装后的被动式窃听器,如果使用零分贝的接收天线,可以有效拦截的距离为,大约半径六、七百米区域内的手机信号,与9600比特率的数据通信和手机短信息,如果采用高分贝接收天线,它的最大有效距离可以达到十五公里左右,这就是极限了,并且要根据具体的地理情况而定,如果要人为刻意增加监听距离,则制作成本就会增加。
重庆等地形复杂的地方,由于地势的因素使天线偏高,就造成了信号越区覆盖,而产生孤岛效应,使监听距离受到限制,因此重庆使用距离只可以达到五公里左右。
其次是,GSM系统是通过微蜂窝来改善网络,并且密度很大,与宏蜂窝相比它的信号覆盖范围小一些,使用微蜂窝系统是为了提高移动网络整体的通信质量,但等距离范围内的微蜂窝安装数量越多,就会直接导致被监听手机、监听笔记本频繁更换站点,而使重选增多,间接造成窃听器的实际监听距离受限。
设计要求:
1.这里向各位介绍的一部袖珍发射机,十分适合初学者,电路简单易制,造价低廉,输出功率不超过5-8mW,发射范围在房屋区可至300米左右,用一部普通的FM收音机接收,显示其灵敏度和清晰度俱佳,电路设计中最富挑战性的部份就是只需用3V电源和半波天线便有如此的发射能力。
另外,由于电路需要的零件十分之少,故可将之安放在一个火柴盒(比国内-般火柴盒大一些)里,作为窃听器,可谓神不知、鬼不觉,不过,并非限于这方面用途上,可将之安置在婴孩房、闸门或走廊通道,监视实际情况,此外亦可当作为夜间保安装置。
2.电路之电流损耗少于5mA,用两枚干电池可连续工作80至100小时之间。
3.电路在正常工作下非常稳定,频率漂移极小,测试:
工作8小时之后,仍不需再校接收机。
唯一影响输出频率是电池的状况,当电池老化时,频率有轻微改变。
4.借这个制作,学习有关FM发送,可了解其优越的地方,特别它产生无噪声的极高质讯号,即使利用低功率发送,也很容易取得良好的范围。
三、单元电路设计与参数计算
从图
(1)电路可见分两级,一级音频放大器和一级RF振荡器。
图
(1)
由MIC将声音信号变成电信号,经C2传输到BG1放大,同时由BG1与外围的C1,C3,C4,C5,C6,L1组成震荡电路,将声音信号调制成调频信号由天线发射。
驻极体话筒内实际藏有一枚FET,FET将话筒前振膜之电容变化放大,这就是驻极休话筒很灵敏的原因。
音频放大级乃由其射极晶休管Q1担任,增益约20至50,将放大的讯号送往振荡级之基极振荡级Q2工作于约88MHz之频率,这频率由振荡线圈(共5圈)和47pF电容器调整的,该频率也决定于晶体管、18pF回输电容器及还有少数偏压元件,例如470Ω射极电阻和22K基极电阻。
电源接通时,1nF基极电容器通过22K电阻逐渐充电,而18pF则经振荡线圈的470Ω电阻充电,但更加之快,47pF电容也充电(其两端虽仅得小的电压),线圈产生磁场。
基极电压渐渐上升时,晶体管导通,并有效地将内阻并接在18pF两侧。
当1nF电容充电至该极的工作电压时,就会发生好几个杂乱的周波,故此,我们假定讨论在靠近工作电压之时。
基极电压继续上升,18nF电容试图阻止射极用压的移动,到电容器内的能量耗尽及再不阻止射级移动之时,基一射极电压降低,晶体管截止,流人线圈的电流也停止,磁场衰溃。
磁场衰溃,产生一个相反方向的电压,集极电压反过来从原本的2.9V上升至超过。
3V,并以相反方向47pF电容充电,这电压也影响到对18pF电容充电,及470Ω射极电阻上的电压降使到晶休管进入更深的截止。
18pF电容充电时,射电压下跌,并跌到某一晶休管开始导通,电流流入线圈,与衰溃磁场对抗。
线圈上之电压反转,形成集极电压下降,这个变化通过18pF电容传送到射极上,结果晶休管进入更深的导通,把18pF电容短路,周期再开始重复。
故此,Q2在此形成一个振荡,产生88MHz的交流讯号。
放大后之音频讯号经0.1uF电容溃入到!
Q2之基极,改变振荡频率,产生所需的FM讯号。
4、总原理图及元器件清单
1.总原理图
图1-1原理图
2.元件清单
表1-1元件清单
元件序号
元件名称
元件功能
数量
1
发射机
可以将信号按一定频率发射出去的装置
1
2
干电池
提供电源
2
3
话筒
传输声音
1
4
晶体管
用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能
若干
5
电容器
容纳电荷的器件
若干
6
线圈
连接个器件
若干
7
火柴盒
排电路
1
8
焊锡
连接线圈
若干
5、安装与调试
安装过程;
装制之前,最好将预先准备好的印板和两枚电池放人空的火梨盒里,看看到底有多少空间可用。
空位虽有限,但仍需留下小小的位置给单独一排的火柴,可用胶水将这些火柴贴在卡纸上,目的遮盖电路,使人觉得它不过是一盒火柴,不会察觉到是一个窃听器。
然后将所有零件放在工作桌上,逐个零件分清楚其数值,然后分类按次序排列好,这佯做很有条理,避免焊错零件。
锡线方面最好采用特细0.6lmm的树脂(松香)锡线,因其身细,焊接起来很快并易上锡,
接着用15至2Ow小型电烙铁已足够,使用前用海绵将烙铁咀抹干净,唯一须自制的是线圈,需用一段22号BS(Ф0.5mm)或24号BS(Фm.71mm)的漆包铜线或者包锡铜线。
在3mm直径的线圈架上绕5圈,如在中型螺丝起子上绕亦可,然后将圈与圈之间分隔开的5.5mm左右。
到最后调整频率的时候,就要藉着将线圈前后压缩或者拉长,改变输出频率。
如您的线圈用漆包线做的话,须把线的两头上的漆皮剥掉,然后上一点锡。
最后可依照原理图指示的零件安放位置焊接底板,先从电阻开始、跟着电容、晶体管、线圈和话简,电阻直立于底板上,但保持高度至最少限度。
晶休管之管脚应尽插入底板,以至管的高度没有突出。
两枚电池利用开关焊接一起,再用用线把电地两极接至底板上。
最后用一条10cm长的铜线接在底板的"A"点上,作为天线,整个制造过程就算完毕。
调试:
所有零件都焊接完毕后,最好先用肉眼检视一切焊接点,是否有假焊,或者焊料用得太多而造成与临近短路,彻底查清楚后,才可进行校准和测试性能,测试步骤是加一条短的天线(5至10cm长)于底板的A点上调谐-部FM收音机于整个波段上,寻找该讯号。
最好令发射机与收音机保持一定距离,以防止检拾到任何谐波或者侧波。
如收音机未能检到载波,表示频率可能太低,将振荡线圈稍为拉长,及再次尝试。
如果采用包锡铜线绕制线圈,注意图与圈之间不应彼此碰到。
如采用漆皮铜线,则须要知道圈的连通性,可用万用表之低阻挡去量度它,或者量度电路电流,应约4-6mA。
一旦检到载波,将窃听器摆放在一部时钟的侧近,检查电路之灵敏度,收音机应发出清楚而强大?
quot;滴嗒"声,电路应比您的耳朵更为灵敏。
话筒之负载电阻(R1)决定灵敏度,可将之减至10K或者加至47K,视所需求的灵敏度而定。
要确定发射之频率完全远离开您本地任何FM广播屯台,因为电台发出之讯号强大,当您测试距离时,会遮盖窃听器。
将线圈压缩,频率便降低;将之拉长,频率便增加,这样免用到微调电容,节省本机的造价,不过,如您喜欢亦可用微调电容。
C4最好用一枚39pF陶瓷电容,将另一个10pF或22pF微调电容并于共上,这样可更仔细调整电路。
用线圈调整很容易偏离FM波段。
理论上,用感器也应调节至维持调谐电路的L/C比,但我们需要的范围很小,故并没有限制。
利用一部具有调节指示表的FM接收机可以决定本机的输出功率有多少,其正需要是作出比较,指示表上指示四个单位度数,表示十分良好的输出,在测试本机时用10cm长的天线作水平式摆放,离调谐器度到10米。
以四个单位度数为准,即知道用一条半波天线。
(170cm长),本机能发射远至约300米。
6、性能测试与分析
测量电路之电流,若有4-6mA,表示电路是正在工作,稍为将线圈拉长,并扫描整个波段,当接触底板上任何元件时,只能用一支非金属的螺丝起子,并且离开电池,因为您手上皮肤引起的电容效应会导致电路明显地失调,并且可能完全停止输出。
还有,维持3V电源也很重要,并要将电池贴近底板。
整个布线必须如原理图那样,维持同样的电路分布电容,电路一旦工作,才可改变其排列,但在起初测试步骤中,每个元件均必须照足图中那样安放。
振荡器工作于约88MHz,除非您拥有一部100MHz示波器,否则难以看到其波形,或者天线直接接在频率计的75Ω输入。
若然没有上述的测试仪器,需用万用表作直流电压测量,看振荡管Q2是否有正确的值压。
量度基极电压和射极电压,一部普通的万用表由于其对电路作用,会指示此两点都是2V左右,只有高阻抗的电表,如FET电压表,才指示射极有2V及基极有2.5V。
(推荐使用数字表)若此两测试点均有电压存在,对假定晶体管正常工作,但有可能发射错误频率。
18pF回输电容在与BC547晶体管配合,如打算用另一编号,可将电容值减至10pF或5.6pF。
先改换此电容器,然后是晶体管。
其他简单的事情如底板上铜箔短路断裂、焊接点差劣,又或者采用没有编号之零件等等,这都常常成为一个可能性,特别是那些零件上所印的编号或数值模糊不清,若对之有怀疑,应立该更换。
若只收到载波但没有纯音汛号,则故障在音频级或者话筒上。
所谓有载波没有纯音是在调谐收音机至一处,收到的是寂静一片,没有沙沙声,但也听不到发射机发出的纯音讯号。
这两部份可用示波器检查,测试是否有音膝讯号送往振荡级。
没有示波器,在测试方面就受到一定困难,即使话筒上有0.7V与1.5V之间的电压,这也不表示话筒的灵敏度或者完全工作。
音频放大管集极上有1.4V电压,表示晶体管导通,如低于0.8V,晶体管饱和,或者在某方面可能损坏,也可能表示晶体管有十分高之增益,并不适合。
如电压超过2.5V,该级不足以导电检查晶体管和偏压电阻,需要时将之更换。
示波器也显示话筒的灵敏度,加大或者减少负荷电阻,即可改变FET的增益,灵敏度极高之零件,负荷电阻不宜低于10K,有时可能需要高至47K或以上。
任何类别的话筒,如想提升其灵敏度,可加大负荷电阻之阻值,至于决定最终之数值就要看话筒的品质而定。
上都是用简单测试仪器所能做到的检查,如仍未能找出故障所在,就需要重新再来过。
底板与电池同安放入火柴盒内,若底板可打侧放在一边,所占的空间最小。
用一排火柴遮盖电路,可以将火柴粘在一块薄卡纸上,天线从火柴盒的一端引出来。
在另一端开一个小孔,让声音进到话筒,但并非一定耍这样做,因为就算合上盒子,声音好像也能穿透似的。
只要一条短短的天线,大约10cm左右,就可以有30公尺的发射范围,足够房间的通讯,甚至更大的房屋也能应付。
7、结论与心得
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
只有竭力全力,才能更接近完美。
这次创新计划,渗透了我们这个团队每一位成员的心血。
无论是前期准备,还是后期实施,每个环节我们都竭尽所能,通过各种渠道,利用各路资源,使整个创新计划更加完善,更富创意,更具特色。
只有相互协作,才能齐力断金。
合理分工,团结一心是提高效率,完成共同目标的关键。
在我们的分工协作下,这些不同模块的设计,我们既有合作又有分工,总的来说进行的还是比较顺利。
在其中学习到了很多东西,不仅是学习方面的还有做人,人生方面的知识。
在这期间的收获让我终生难忘。
只有用心沟通,才能有所收获。
热情是敞开心扉的钥匙,真诚是促进沟通的法宝。
我们本次创新计划得到了学校各方面的大力支持,得到了很多认识的不认识的老师全力配合。
我们得到的不仅仅是实验室的先进设备还有实验室便利的实验条件,在这里一一向他们表示感谢。
没有他们的帮助我们不可能这么顺利的进行我们的创新计划。
八、参考文献
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(模拟电子技术简明教程)(第二版),北京,高等教育出版社,1998
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