Doc1数电简易光控防盗报警.docx
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Doc1数电简易光控防盗报警
郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目简易光控防盗报警电路
专业学号姓名
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容
1.阅读相关科技文献。
2.学习protel软件的使用。
3.学会整理和总结设计文档报告。
4.学习如何查找器件手册及相关参数。
技术要求
1.要求电路能够通过感应装置,检测出是否有物体接近所要保护的财产。
2.要求电路当判定有物体接近时,能够通过声光形式报警。
3.要求电路当发出警报一段时间T后,能够自动喷洒出麻醉剂。
4.要求电路可以根据需要,调节喷洒出麻醉剂的等待时间T。
主要参考资料
1.何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
2.姚福安,电子电路设计与实践,山东科学技术出版社,2001年10月
3.王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
4.李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
5.康华光,电子技术基础,高教出版社,2003
完成期限:
2010年6月25日
指导教师签章:
专业负责人签章:
2010年6月18日
摘要
红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲,从而实现电路对人体或物体的感应。
红外线接收电路的功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲,并且将光脉冲信号转化为电信号,同时对电信号进行放大。
声光报警电路的功能是当有人体或物体接近防盗报警电路时,通过声音和显示信号提示主人。
时间延迟和自动喷洒电路的功能是当声光报警一段时间T之后自动喷洒麻醉剂来保护财产。
电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。
关键词:
红外线,防盗报警,NE555定时器,麻醉剂
目录
摘要----------------------------------------------------2
第一章简易光控防盗报警电路-----------------------------4
第一节设计目的-------------------------------------4
第二节功能要求-------------------------------------4
第三节应用前景-------------------------------------4
第二章电路的组成与工作原理-----------------------------5
第一节电路方案-------------------------------------5
第二节简易光控防盗报警电路的组成框图---------------5
第三节工作原理-------------------------------------6
一红外线发射电路-------------------------------6
二红外线接收电路-------------------------------7
三选频及接收电路-------------------------------8
四声光报警电路---------------------------------8
五时间延时及麻醉剂电路-------------------------9
六电源电路------------------------------------10
第三章元器件清单及其功能------------------------------11
第一节元器件清单----------------------------------11
第二节各元器件功能--------------------------------12
一555定时器----------------------------------12
二LM567---------------------------------------14
三继电器--------------------------------------16
第四章课程设计心得体会--------------------------------17
参考文献-----------------------------------------------18
附录简易光控防盗报警电路总图--------------------------19
第一章简易光控防盗报警电路
第一节设计目的
一、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
二、了解电路结构及其接线方法。
三、了解元器件的工作原理。
四、熟悉简易光控防盗报警电路的设计与制作。
五、查阅文献,整理文档。
第二节功能要求
一、要求电路能够通过感应装置,检测出是否有物体接近所要保护的财产。
二、电路当判定有物体接近时,能够通过声光形式报警。
三、电路当发出警报一段时间T后,能够自动喷洒出麻醉剂。
四、电路可以根据需要,调节喷洒出麻醉剂的等待时间T。
第三节应用前景
随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。
所以作为新一代的智能家居安全防盗报警器系统就应运而生,并日益受到广泛的重视和运用。
另外,为了进一步规范住宅小区智能化建设,建设部特别制定了智能小区的等级标准,按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。
因此小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中了。
且家庭安防系统也将有很大的发展,并且也将形成一个全新的朝阳产业。
第二章电路的组成与工作原理
第一节电路方案
本实验选用的电路图如图一,此方案具有反应灵敏,可靠性高,操作简便,误差小等优点。
其工作原理见下文。
图一简易光控防盗报警电路图
第二节简易光控防盗报警电路的组成框图
简易光控防盗报警电路的总体框架图如图二。
它由红外线发射电路、红外线接收电路,选频及声光报警电路、时间延迟和自动喷洒麻醉剂电路和电源电路6部分构成的。
图二简易光控报警防盗报警电路的总体框图
红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲,从而实现电路对人体或物体的感应。
红外线接收电路的功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲,并且将光脉冲信号转化为电信号,同时对电信号进行放大。
声光报警电路的功能是当有人体或物体接近防盗报警电路时,通过声音和显示信号提示主人。
时间延迟和自动喷洒电路的功能是当声光报警一段时间之后自动喷洒麻醉剂来保护财产。
电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。
第三节工作原理
该电路能够检测出是否有物体接近所要保护的财产,并且当判定有物体接近时能够通过声光形成报警。
同时在一段时间T后,自动喷洒出麻醉剂,并可调节时间T的长短。
一红外线发射电路
红外线发射电路如图三:
由一块集成电路NE555及其外围阻容元件构成的多谐振荡器,频率f=1.4/〔(R1+2R2)×C1〕,本电路设在1400Hz左右。
合上开关S,发射器就发射出两束相距10cm的调制红外线,照射在红外接收管上,作为报警的信号源。
图三红外线发射电路
二红外线接收电路
图四红外线接收电路
红外线接收电路如图四:
两只光电接收管分别接收一束红外线,并将其转化为相同频率的信号电压,经过红外线选频放大电路放大后送入锁相环频率解码集成电路LM567进行选频。
三选频及接收电路
图五选频及接收电路
选频及接收电路如图五:
选频电路主要由锁相环频率解码器LM567及相关元件组成,其中心频率f=1/1.1R11C11,改变R11或C11的数值,可使中心频率f改变。
当外加在LM567第3引脚上的外来信号频率与选频电路的中心频率一致时,LM567第8引脚便呈低电平,VT3处于截止状态,则后面的电路都处于不工作状态。
四声光报警电路
声光报警电路如图六:
由多谐振荡电路、音频振荡电路及稳压电路组成。
当红外线发射电路发射出的两束红外线同时被遮断时,选频电路失去与中心频率相一致的外来信号,LM567第8引脚立即跳变为高电平,VT3导通,发光二极管LED点亮,扬声器发出类似警车笛声。
如果两束
图六声光报警电路
红外线不同时被遮断,则该报警电路不会报警,因此可防止小动物闯入警戒范围内而引起的误报警,提高了其可靠性。
五时间延迟及麻醉剂电路
时间延时及麻醉剂电路如图七:
由NE555组成的左半部分电路为时间延迟电路。
前端电路的输出电压V1首先经过二极管D5和D6整流,再经过电容C15滤波,则在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。
当接收到红外线脉冲时,前端电路输出电压V1经由整流和滤波在TRIG端产生一个高电平信号,由NE555集成电路构成的单稳态电路特性可知,输出端Q输出低电平;当由于人体或者物体的阻隔,没有接收到红外线脉冲时,前端电路没有输出电压V1,则TRIG端输入为低电平,单稳态电路接收到触发信号,输出端Q输出为高电平并保持一段时间。
延迟时间由可变电阻R和电容C的数值决定,通过调节可变电阻的大小,可以改变延迟时间的长短,以适合不同场合的应用。
图七时间延迟及麻醉剂电路
该图的右半部分为麻醉剂开关电路。
由于电磁阀通过的是大电流、大功率,而直流电源一般无法提供很大的电流和功率,因此电磁阀需要交流供电,从而电路中的开关需要采用继电器电路。
而一般NE555集成电路的输出电流无法驱动继电器,因此需要加入电流放大电路。
由三极管构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路,其中R19为限流电阻,防止输入电流过大烧毁三极管。
VT9为共发射极电路,当输出端Q为高电平时,三极管导通饱和,将输入电流放大;当输出端Q输出低电平时,三极管截止,无电流通过。
继电器连接VT9的集电极,当有电流驱动时,开关吸合,电磁阀通电,麻醉剂喷洒出;当无电流驱动时,开关断开,电磁阀不通电,没有麻醉剂喷洒出。
同时在继电器两端并联一个二极管实现保护。
同时电路中加入发光二极管D7作为显示电路,显示是否有麻醉剂喷洒出。
六电源电路
电源电路如图八:
电路直接从电网供电,通过变压器电路、整流电
图八电源电路
路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换为+12V的直流电。
电路中的变压器采用常规的铁心变压器,整流电路采用二极管桥式整流电路,C18、C19、C20和C21完成滤波功能,稳压电路采用三端稳压集成电路来实现。
第三章元器件清单及其功能
第一节元器件清单
符号
类别
数目
R1、R12、R17、R18、R20、R21、R22
1K
7个
R2、R13
100K
2个
R3、R4
0.03K
2个
R5
200K
1个
R6
1M
1个
R7、R9、R11、R12
10K
4个
R8
47K
1个
R14、R15、R16
12K
3个
R19
56K
1个
C1、C10、C13、C16、C17
0.01uF
5个
C2、C4、C5、C6、C7、C9、C11、C12、C14、C15、C19、C21
0.1uF
12个
C3
47uF
1个
C18、C20
470uF
2个
D1、D2、D5、D9
LED
4个
D3、D4
PHOTO
2个
D6、D7、D8
DIDOE
3个
D
SCR
1个
VT1—VT7、VT9
NPN
8个
VT8
PNP
1个
UA
NOT
1个
IC1、IC4
NE555
2个
IC2
LM567
1个
IC3、IC5
MC78L12CP
2个
T
TRANS1
1个
桥式整流器
BRIDGE
1个
直流电源
12V
1个
开关
SWSPST
1个
继电器
RELAY-SPST
1个
扬声器
SPEAKER
1个
第二节各元器件功能
一555定时器
图九555定时器电路图
555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路,由于这种特殊的地位,故555定时电路在报警电路、控制电路中得到了广泛的应用。
并且它设计新颖,构思奇巧,用途广泛,备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐。
图九为555定时器电路图。
555为一8脚封装的器件,其各引脚的名称和作用如下:
1脚—GND,接地脚
2脚—TL,低电平触发端
3脚—Q,电路的输出端
4脚—/RD,复位端,低电平有效
5脚—V_C,电压控制端
6脚—TH,阈值输入端
7脚—DIS,放电端
8脚—VCC,电源电压端,其电压范围为:
3~18V
555的工作可分为下列3种情况加以讨论:
1.当触发输入端TL输入电压低于1/3VCC而阈值输入端电压大于2/3VCC时,其下面比较器输出为高电平,触发器输出高电平;
2.当触发输入端TL输入电压高于1/3VCC,而阈值输入端电压小于2/3VCC时,其两个比较器输出皆为低电平,触发器输出保持不变;
3.当触发输入端TL输入电压高于1/3VCC而阈值输入端电压大于2/3VCC时,其上面比较器输出为高电平,触发器输出低电平。
详细情况见下列表格:
输 入
输 出
TH
TL
/RD
Q
放电管状态
×
×
0
0
导通
<2/3VCC
>1/3VCC
1
保持不变
保持不变
>2/3VCC
>1/3VCC
1
0
导通
<2/3VCC
<1/3VCC
1
1
截止
555管脚图如图十。
图十555管脚图
二LM567
LM567管脚功能
IC2是LM567。
LM567是一片锁相环电路,采用8脚双列直插塑封。
其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率为f≈1/1.1RC。
其①、②脚通常分别通过一个电容器接地,形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。
②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽:
电容值越大,环路带宽越窄。
①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。
③脚是输入端,要求输入信号≥25mV。
⑧脚是逻辑输出端,其内部是一个集电极开路的三极管,允许最大灌电流为100mA。
LM567的工作电压为4.75~9V,工作频率从直流到500kHz,静态工作电流约8mA。
LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂,这里仅将其基本功能概述如下:
当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时,⑧脚由高电平变成低电平,②脚输出经频率/电压变换的调制信号;如果在器件的②脚输入音频信号,则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。
在图五的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后⑧脚电压由高变低这一特性,来形成对控制对象的控制。
LM567工作原理
LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路。
鉴相器PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路,在输入小信号情况下(约几十mV),其输出为正弦鉴相特性,而在输入大信号情况下(几百mV以上),其输出转变为线性(三角)鉴相特性。
锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生,电压控制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)与外接定时元件RTCT的关系式为:
f0≈1/1.1RTCT。
选用适当的定时元件,可使LM567的振荡频率在0.01Hz~500kHz范围内连续变化。
电路工作时,输入信号在鉴相器PD1中与VCO的输出信号鉴相,相差信号经滤波回路滤波后,成为与相差成一定比例的电压信号,用于控制VOC输出频率f0跟踪输入信号的相位变化。
若输入信号频率落在锁相环路的捕获带内,则环路锁定,在振荡器输出频率与输入频率相同时,二者之间只有一定相位差而无频率差。
环路用于FM信号解调时,脚2输出的经过滤波后的相差信号可作为FM解调信号的输出,而当环路用于单音解调时,电路则利用PD2输出的相差信号。
PD2的工作方式与PD1略有不同,它是利用压控振荡器输出的信号f0经90°移相后再与输入信号进行鉴相,是一正交鉴相器。
在环路锁定情况下,PD2的两个输入信号在相位上相差约为90°,因而PD2的输出电压达到其输出范围内的最大值,再经运算放大器AMP反相,在其输出端输出一个低电平。
AMP的输出端为OC输出方式,低电平输出时可吸收最大100mA的输出电流。
该端口的低电平输出信号除可由上拉电阻转换为电压信号以与TTL或CMOS接口电路相匹配外,还可直接驱动LED及小型继电器等较大负载。
值得一提的是,接在2脚的环路滤波电容C2与内部电阻一道构成锁相环路的RC积分滤波器,该滤波器时间常数的大小在很大程度上决定了锁相环路的环路带宽BW的大小。
当BW较大时,捕获范围大而稳定性差。
减小BW则正好相反,其稳定性较好而捕获范围变小。
LM567的环路带宽BW可由下式计算:
BW=1070(Vi/f0C2)1/2,式中,Vi为输入信号的幅值,C2为滤波电容的容量(单位为μF)。
实际上,由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值,而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比,其值再乘上100%才是锁相环路的实际捕获带宽。
实际应用中调整C2的大小可使BW在0%~4%范围内变化。
LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。
当用于单音解码时,其工作特性为:
当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0±BW范围内时,输出端输出一个低电平的检测信号,这就是所谓的“频率继电器”特性。
利用这一特性,LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。
三继电器
继电器是一种用途广泛的产品,广泛应用于家电产品,如空调器、彩电、冰箱、洗衣机等;也应用于工业自动化控制和仪表。
在电子元器件中,继电器一般被认为是一种最不可靠的电子元件,在整机可靠性设计中,把继电器、电位器、可调电感器及可变电容器列为建议不用或少用的元件。
但是,由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性,其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻,使得其它任何电子元器件无法与其相比,加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点,所以继电器仍得以广泛应用。
随着科技的飞速发展,继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加。
第四章课程设计心得体会
我设计的课题是简易光控防盗报警器,经过一个星期的的思考和准备,通过对课题的设计,大大提高了我们的能力。
经过不断的修改及创新,一个星期下来,终于看到了自己的劳动成果。
经过这一次设计,体会颇多,感觉到平时的粗心大意,以及不完善的理论知识让我不知所措。
通过这次课程设计,得到了一次理论和实践的结合,是平时学习积累的施展,加深了对电子技术的喜爱和了解,但是也暴露了很多了自己的问题,比如很多器件不懂得其功能和原理,所以走了很多弯路,达不到简便的目的。
因为这是第一次做课程设计,所以刚拿到这个题目的时候心里一点底都没有,但是通过查阅一些资料和同学的帮助,脑海里才渐渐的有了一个大概的轮廓,思路才逐渐清晰。
了解了制作一个好的电子电路是多么的不容易,是那么的枯燥、无味,同时也要掌握很多知识,这让我感到平时知识积累的重要性,更懂得学习的重要性,并学会了如何去查阅一些资料和利用资料。
我能顺利的完成这次课程设计要感谢老师的悉心的指导和同学的热心帮助,没有你们的点拨我不可能搞成这次设计,是你们的指导才让我的设计更加完善合理,并让我从中学到很多实践知识,谢谢你们!
参考文献
1.谢自美,电子线路设计·实验·测试,华中科技大学出版社2003年10月
2.何小艇,电子系统设计,浙江大学出版社,2001年6月
3.姚福安,电子电路设计与实践,山东科技技术出版社,2001年10月
4.王澄非,电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版社,1999年10月
5.唐治德,数字电子技术,科学出版社,2009年
6.李银华,电子线路设计指导,北京航空航天大学出版社,2005年6月
7.康华光,电子技术基础,高教出版社,2003年
8.陈尔绍,实用声光控制电子装置制作精选200例,人民邮电出版社,1999年
附录简易光控防盗报警电路总图
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