课程方案设计书报告简易防盗报警器的方案设计书.docx

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课程方案设计书报告简易防盗报警器的方案设计书

前言

随着我国全面小康建设步伐的加快，人们的生活水平有了很大的提高，同时，社会人口的流动性大大增加，社会结构和社会治安问题日趋复杂，人们对家庭生命财产的安全越来越重视。

因此，人们在生活中逐渐引入报警器，用来预防抢劫、盗窃等意外事件的发生。

防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。

防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。

一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。

防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。

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报警器（alarm），又称防盗器。

是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置。

传感器又是报警器的核心元件，采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途的报警装置。

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防盗报警器，是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称。

随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。

其应用也是越来越广泛，涉及到各个行业中。

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传统报警器通常采用触摸式报警、开关报警器、光电报警等。

这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点。

本课程设计所设计的简易防盗报警器是借助于数字逻辑电路，采用模块化的设计思想。

不仅使得设计变得简单、方便、灵活性强，而且电路简单容易实现，工作稳定。

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第一章：

设计基本要求

设计一检测电路，将检测器件安装在门、柜把手，箱、包等的防盗报警装置，只要有触摸，扬声器即会发出报警声，并且即使手离开感应器时，扬声器也会延时1（s）左右停止响鸣。

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【主要参考元器件】NE555。

第二章：

系统组成及原理

根据课题设计要求初步建立系统框图

语音报警

检测电路

频率控制模块

图2-1系统框图

2.1检测电路

检测电路是用来检测当手接触感应器时使压电元件产生微量的变形产生压电效应经过低噪声电缆把信号送到具有高输入阻抗的前置放大器。

从而实现把作用力转变成电信号，输入到电路中。

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2.2单稳态触发模块

由两个与非门或者或非门组成单稳态触发模块（如图2.5），这种单稳态触发器在电路中广泛地用于对脉冲信号的延时、展宽和整形等。

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定时模块的作用是来控制语音报警的时间长度，防止报警时间过长，电能损耗过多。

主要构成是由NE555定时器完成，将其接成单稳态电路，可以产生一脉冲，脉冲维持时间可以通过设计参数而得，脉冲的维持时间就是电路报警的时间长度。

根据实际要求延时参数设置为1（S）。

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2.3频率控制模块

频率控制模块是产生一频率为1.2KHz的信号模块电路，完成设计基本要求。

为提高电路的实用性，设计一个可以自动变频的电路，使得报警声音多样化。

电路中用NE555定时器构成的多谐振荡器作为产生频率的电路，再经过分频电路，分成不同的频率信号，再经过数据选择器，选出频率，使不同频率能够自动变换地传输到语音报警电路。

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2.4语音报警

语音报警电路完成的是将电信号转化成声音信号，从而达到报警目的。

第三章：

电路各模块设计分析及电路原理图设计

3.1检测电路

本实验是做一个报警器，当有人触摸到检测电路时，电路发生报警。

这要求电路能够及时检测出人体信号，并能通过电路及时报警。

通过对NE555的了解知道，当用NE555做成单稳态电路时，电路可以检测出人体信号并转化成电信号，利用这一特点可以用NE555芯片设计检测电路。

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3.1.1555定时器做单稳态电路

图3-1555结构图

NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能

1脚地GND2脚触发3脚输出4脚复位5脚控制电压6脚门限（阈值）7脚放电8脚电源电压Vcc預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。

当555的6脚和7脚相接，2脚和触发电平相接，就构成单稳态触发器。

单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态.在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。

由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。

用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为：

Tw=lnRC=1.1RC，仅与电路本身的参数R、C有关。

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其检测电路设计图如图3-2，开关J1（实际电路中用铁片或铁丝代替）按下时，2管脚由高电平变为低电平时，输出管脚3脚就由低电平变为高电平输出一个脉冲，高电平脉冲维持的时间由电阻R1和电容C1决定，其计算公式为：

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Tw=lnR1*C1≈1.1RC（3-1）

图3-2检测电路图

3.2定时模块

在数字电路中，定时实际上是产生一脉冲信号，其信号的高电平或低电平维持的时间可由计算电路参数而确定。

555做单稳态触发器时就有定时的作用，因此定时模块可由555芯片完成。

考虑到检测电路中已使用了555做单稳态触发器，因此可将两模块合二为一，既用作检测电路又用作定时。

其电路如图3-3，定时的长短由电路参数R和C确定：

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（3-2）

图3-3定时模块电路图

3.3频率控制模块

课程设计的基本要求中，产生一频率为1.2KHz的报警声音。

要实现这一要求很简单，只要多加一片555芯片，用它做多谐振荡器产生频率1.2KHz。

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3.3.1555定时器做多谐振荡器

若将555的引脚2与6相接，如图3-4所示，就可形成多谐振荡器。

外接电容C通过R1、R2充电，而放电电流仅通过R2。

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可求出：

充电时间：

（3-3）蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。

放电时间：

（3-4）買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。

周期：

（3-5）

占空比：

（3-6）

由公式计算参数：

由于频率为1.2KHz，电容C选取0.1uf，计算出电阻R1、R2的阻值约为1K、10K，选取1K、10K的电阻做R1、R2。

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图3-4多谐振荡器及波形图

3.3.2提高设计要求

考虑到本次课程设计比较容易，为提高实践能力和电路的实用性，与同组人共同讨论设计出报警声音有多个频率的报警器。

分频的实现主要是改变一脉冲信号的周期，将其周期变大，频率变小。

数字电路中有多种器件都可以实现分频功能，本次实验选择了J、K触发器来组合成分频器。

其设计思路如下：

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实现四分频需要四个输出分别为Q0、Q1、Q2、Q3。

列出状态转换图为：

图3-5状态图

根据状态转换图画状态转移表，如下表：

表3-1状态转移表

CP

0

0000

0001

1

0001

0010

2

0010

0011

3

0011

0100

4

0100

0101

5

0101

0110

6

0110

0111

7

0111

1000

8

1000

1001

9

1001

1010

10

1010

1011

11

1011

1100

12

1100

1101

13

1101

1110

14

1110

1111

15

1111

0000

化简状态转换表可得到状态方程：

Q1=Q0（3-7）

Q2=Q0*Q1（3-8）

Q3=Q0*Q1*Q2（3-9）

由状态方程得出四分频的电路图：

图3-7四分频电路图

波形图：

图3-7四分频电路输出波形图

原脉冲（图3-7中的CP）经过分频器，输出Q0、Q1、Q2、Q3四个脉冲，频率分成CP的二分之一、四分之一、八分之一还有十六分之一。

然后利用一个四选一的数据选择器（74LS153）的选择作用在不同时刻内选择不同频率，从而使得蜂鸣器鸣叫时声音的频率有规律的变化。

而四选一数据选择器（74LS153）的地址控制脚是由74LS161控制的。

74LS161是十六进制循环计数器，利用其循环的特性可以有规律的控制数据选择器的地址控制脚，从而有规律的选频。

74ls08（四与门）芯片在电路中起辅助分频作用。

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用到的器件有74LS112（J、K触发器）两片、74LS153一片、74LS08一片、74LS161一片。

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下面分别介绍各芯片的功能表和引脚图：

74LS112功能表及引脚图：

图3-874ls112功能表及引脚图

74LS153功能表及引脚图：

图3-974ls153功能表及引脚图

74LS161功能表及引脚图：

图3-1074ls161功能表及引脚图

74LS08引脚图：

图3-1174ls08引脚图

3.4语音报警

语音报警是用蜂鸣器将电信号转化成声音信号，从而报警。

只需要将蜂鸣器直接接入电路，当有高平信号时蜂鸣器就发生鸣叫。

此部分电路很容易实现，联系频率控制模块的设计，74ls153在多种频率中选出一种频率，这种频率的电信号就可以直接接到蜂鸣器上使蜂鸣器鸣叫，所以蜂鸣器接在74ls153输出管脚上。

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第四章：

实验效果

本电路由四部分组成：

检测电路、定时、分频、报警。

检测电路是用555设计成的，其2管脚连接一个触摸片，当用手触摸时产生一低电平，555的三管脚就产生一个时长为16.5s的高平信号，从而使第二片555的四管脚的电平为高。

第二片555是一个多谐振荡电路，当四脚为高时，电路振荡开始，产生一频率约为1.2KHz的脉冲信号。

信号经过分频电路被分成四种频率分别为0.6KHz、0.3KHz、150Hz和75Hz，再经过选频，在一定时间内输出一个固定频率的信号（此信号是自动变换的）并传到蜂鸣器，蜂鸣器将电信号变为声音信号报警。

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图4-1电路仿真波形图

第五章：

实验调试与分析

电路按设计电路接好，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器不响。

用万用表测量蜂鸣器两端电压，电压为零。

再测量第一片555三管脚的输出电压，在4.25V左右变化，第一片555工作正常。

测量第二片555三管脚的输出电压，在4V左右变化，确定第二片555工作也正常。

由此推测，电路的故障出现在分频电路中，测量74LS112的5管脚和9管脚的电压，万用表显示的数值和预计的一样，都为高电平。

测量74LS153管脚电压，发现电压都为零。

检查此处的电路，发现74LS153没接电源，断开电源，将74LS153的电源管脚焊入电源中。

重新将电路接上电源，蜂鸣器响了，但是发出的声音只有一种频率。

推测是74LS153或74LS161工作不正常，检测两芯片各个管脚的电压，发现74LS161与74LS153相连接的管脚电压为零，确定74LS161的连接无误后，猜测是芯片坏了。

断开电源，换上芯片后，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器响了，并有不同频率的声音发出。

电路设计成功了。

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结论

本文设计中有优点也有缺点，其优点是产生变频的声音，并且能够自动变频，比起一般的报警器更体现出声音的魅力。

缺点是设计所用的芯片过多，尤其是设计变频功能时用到了五片芯片，这给电路带来许多累赘，使得设计成本费增高。

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再次反过来思考这个电路图，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实际中去，各模块功能独立，可扩充性强，应用广泛，报警电路也可以发出不同的声音。

可以说是十分有利用价值。

凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2005。

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电子工业出版社，2002。

[3]赫鸿安，徐红媛.555集成电路实用大全[M].上海科学普及出版社，2005。

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中国电力出版，2004第一版。

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福建科学技术出版社，2007。

[6]康华光.电子技术基础数字部分第4版[M].北京高等教育出版社，2000。

[7]郑家龙.集成电子技术基础[M].北京高等教育出版社，2002。

[8]路成红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].清华大学出版社，2004。

附录一

元件清单：

74LS1122个；

74LS1531个；

74LS1611个；

74LS081个；

NE555芯片2个；

蜂鸣器1个；

稳压电源1台；

电阻

阻值

10K

1K

150K

数量

1

2

1

电容

容值

0.01uf

0.1uf

100uf

数量

2

1

1

万能电路板1块；

导线若干

附录二

电路仿真图

（一）