毕业设计（论文）数字防盗报警器设计

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1、常州纺织服装职业技术学院毕业设计 作者： 学号： 系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 级： 机电0432 题 目： D类功率放大器的设计 指导教师： 2007年6月摘要随着我国经济的飞速发展，人民的生活水平有了很大的提高。人们手中的财产也越来越多，因此对人们手中的财产进行适当的保护已经显得越来越重要。设计一个方便实用的防盗报警器，可以有效的防止盗窃的发生。目前市场上的一些报警器一般价格都比较贵，在大多数的居民家中难以普及，而且质量也有好有坏，为此提出了“数字防盗报警器”设计。该报警器适用范围广泛、灵敏、可靠，并且有两种报警模式，可以满足不同的需求。在报警时有警报声和闪光灯的闪亮，有

2、效的防止盗情。而且该报警器制作简单，一般有焊接经验的人都可以来制作，这就为该报警器的全面普及打下了结实的基础，有效的保护了人民的财产。关键词：555定时器，延时触发器，低频振荡器，RS触发器，振荡信号 Title: summary Abstract:With the flying development of chinas economic, living levels of domestic improve. The property in possession of the people gets exuberance. Wealth protection becomes more and

3、 more important. Design a convenient machine to guard against theft and report to the police is necessary, which can prevent the occurrence of the thieves and burglars effectively. The annunciators in existence are more expensive as a whole, which restricts the application of itself. So we bring for

4、ward the digital annunciator and its design.The annunciator can be applied in most situations. It is intelligent and dependable, and have two kinds of reporting mode to meet different needs. When it works, the beep is produced together with led flashes to prevent goods being stolen. The configuratio

5、n and making is so simple that normally skilled worker can do it themselves.Key words: 555 timer, delay trigger, low-frequency oscillator, RS trigger, oscillatory signal目 录 引言51 设计任务与要求61.1 设计题目61.2 设计的任务与要求62 设计方案论证及方框图72.1 设计方案的论证72.2 数字防盗报警器原理图73 主要元器件介绍 83.1 555器件简介84 电路组成及工作原理114.1 电路总体框图114.2延

6、时触发电路124.3 报警发生单元144.4警灯驱动单元175 电路元器件的选择与计算206 安装与调试226.1 安装226.2调试22致谢24参考文献25 引言本论文主要研究了数字防盗报警器的设计。在目前社会上使用的防盗报警器大多使用了单片机，这样就增加了硬件的成本，而且软件编写也比较复杂。在本设计中放弃了使用CPU，而是改用集成电路来构建系统，节约了系统的开发成本，系统也显的小巧，美观。性能也基本能满足设计的要求。1 设计任务与要求1.1 设计题目数字防盗报警器的设计1.2 设计的任务与要求（1）设计一个数字防盗报警器，当常闭开关K1发生盗情时（K1打开）要求延时135秒发生报警。当常开

7、开关K2发生盗情时（K2闭合），应立即报警。（2）发生报警时，有两个警灯交替闪亮，周期为12秒，并有警车的报警声发生，频率f=1.51.8kHz。（3）选者电路元器件。（4）安装调试，并写出设计报告。2 设计方案论证及方框图2.1设计方案的论证目前市售的防盗报警器有的结构复杂，体积大、价格昂贵，多适用于企事业单位。而一些简易便宜的报警器其性能又不是十分理想，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，确定数字防盗报警器的主要组成部分的方框图（如图所示）。它主要由延时触发器、报警声发生单元和警灯驱动单元三部分组成。2.2 数字防盗报警器原理

8、图 图1数字防盗报警器原理图 3 主要元器件介绍3.1 555器件简介555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳态电路，施密特触发器等。 555定时器原理图及引线排列如图2所示。其功能见表-1。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3Vcc和1/3Vcc。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3Vcc时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，3脚

9、输出高电平，放电管截止。 4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则V0=0；正常工作时4接为高电平。 5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01F电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。 图2 555定时器原理图及引线排列图表1 555定时器功能表 图3 555定时器管脚分布3.2 CC4011简介CC4011的的特点如下：（1） 所有输入端均与CMOS电平兼容。（2） 每组与非门的布尔代数式为：Y=A+B。CC4011的功能表如下表（“H”为高电平，“

10、L”为低电平，“/”为任意，）（3） 封装内共有4组2输入与非门。（4） 每组与非门的布尔代数式为：Y=A+B。CC4011的功能如表2所示表1 CC4011的功能表输入输出ABYHHLL/H/LH CC4011的逻辑符号如下图：图4 CC4011的逻辑符号图CC4011的封装如下图5所示：图5 CC4011的封装图CC4011的逻辑图如下：图6 CC4011的逻辑图4 电路组成及工作原理4.1 电路总体框图 电路原理如图7所示：图7 原理图4.2延时触发电路 图8 延时触发电路 其要功能为延时触发和即时触发。该部分电路组要由K1常闭开关（延时触发开关）、K2常开开关（即时触发开关），与非门G

11、1G3，二极管D1与D2，电容C1与C2和电阻R1R4及电位器Rw组成。延时触发器的工作原理如下：(1) 电源刚接通时：因为电容C2的下极板接地为0V，由于电源刚接通的瞬间电容电压不能突变，故C2的上极板也为0V。低电平“0”信号脉冲输入与非门G3，使G3输出高电平；又因为开关K2断开，+6V电源使门G2输入信号为高电平（此时K1闭和，门G1输入低电平，输出为高电平，二极管D1截止，对基本RS触发器无影响），门G2输出（基本RS触发器Q端）低电平“0”，从而使555定时器IC2和IC3的第四脚（异步复位端）为低电平，IC2和IC3不工作，报警器不发声不闪亮。称此时延时触发门为关闭状态。（2）开

12、关K1打开（延时报警）时：电源通过电阻R1和电位器Rw对电容C1充电，同时C1也会通过电阻R2放电。如果适当选择R1、R2和Rw的阻值，满足R1+RwR2，可使C1的充电电流大于放电电流，使C1上的电压缓慢上升。当C1上的电压达到门G1的转折电压Uth时，G1的输出由“1”变“0”，二极管D1导通，使RS触发器Sd=0；而此时C2已由+6V电源通过电阻R4被充电使RS触发器Rd端为“1”，基本RS触发器被置“1”（门C2输出为“1”），IC2和IC3开始工作，报警声发生单元和警灯驱动单元工作，即延时触发门打开。（3）开关K2闭合（即时报警）时：当K2闭合，D2导通，使RS触发器的Sd端为“0”

13、，Rd端仍为“1”，RS触发器会立即被置“1”，延时触发门即刻打开，防盗报警器会立即发出报警。4.3 报警发生单元图9 报警单元电路其主要功能是，发生报警时，发出频率为1.51.8kHz类似于警车的报警声。该部分电路主要由555定时器IC2和IC3，半导体三极管T1T3，定时电容C3和C4，电阻R5R10及扬声器组成。报警声发生单元的工作原理如下：(1) IC2和R5，R6，C3组成周期约为12秒的低频振荡器。当有报警信号，即延时触发门的RS触发器Q=1时，IC2开始工作。由于电源刚接通时，C3上电压不能突变，使IC2的高触发端6脚和低触发端2脚的电压为0，其输出端3脚为高电平，IC2内部的放

14、电管截止。电源经R5和R6对C3充电，C3上电压上升；当Uc3=2/3Vcc时，输出端3脚变为低电平，IC2内部的放电管导通，C3通过电阻R6和IC2的放电端7脚放电，C3上的电压逐渐下降；当Uc3=1/3Vcc时，3脚又翻回高电平。如此周而复始形成振荡，产生周期12秒的矩形波，占空比约为50%。(2) IC3和电阻R8、R9、R4组成另一个低频振荡器。这里需特别指出的是：IC3的电压控制端5脚控制电压是C3的电压通过T1的发射极藕合得到的。D点电压变化，使IC3的5脚电压Uco值随之而变化。当Ud（Uc3）较高时，Uco也较高，正向阈值电压Ut+（等于Uco）和负向阈值电压Ut-（等于1/2

15、Uco）也较高，电容C4充放电时间长，因而IC3的输出端3脚（F点）输出脉冲的频率较低；反之，当Ud较低时，Uco也较低，Ut+和Ut-也较低，C4的充放电时间短，F点输出脉冲频率较高。由此可见，IC3的输出端F点得到的脉冲不是单一频率，其振荡频率可在一定范围内周期变化。选择合适的参数，其输出频率约在1.5kHz至1.8kHz之间。D点和F点的波形如下图所示。F点输出的脉冲经T2和T3放大后，推动扬声器发出高低频率不同的声音，类似于公安警车的报警声。 图10 振荡电路波形4.4警灯驱动单元 图11其主要功能是，发生报警时，使两个警灯交替闪亮，周期约为12秒，以增加报警时的紧迫感。该部分电路由与

16、非门G4G8，三极管T4T7，电阻R11与R12和两个警灯HL1与HL2组成。警灯驱动单元的工作原理如下： (1) 当不报警时（K1闭合和K2断开）：这时延时触发门RS触发器Q=0，封闭了门G5和G6，使门G7与G8输出总为“0”，三极管T4T7截止，警灯HL1和HL2不亮。(2) 当报警时（K1断开和K2闭合）：延时触发器Q=1，门G5和G6解除封闭，IC2产生振荡信号经门G4反向后送入门G6的输入信号和直接送入门G5的输入信号极性相反。使门G7和G8的输出信号极性也相反，且它们在IC2的3脚输出脉冲的控 制下轮流交替出现高电平“1”，因而三极管T4、T5和T6、T7轮流导通和截止，警灯HL

17、1和HL2便交替闪亮。选择器件的参数，可使警灯闪亮的周期为12秒。图12 M（N）点波形4.5整机电路图在电路原理图中，将G1G8用两个四2输入的与非门来代替，画出的整机电路图如图13所示。图中G1G4用IC1表示，G5G8用IC4表示。图13 整体电路图5 电路元器件的选择与计算（1）IC2与IC3的选择IC2与IC3选CB555。（2）G1G8的选择G1G8可选择；两个四2输入CMOS与非门，其型号为CC4011。（3）三极管的选择T1选PNP型硅管，型号为3CG110A（3CG21A）。T2选NPN型高频小功率管3DG100B（3DG6B）。T3选NPN型高频大功率管3DA87A（3DA

18、H1A）。T4和T6选NPN型高频中功率硅管3DG130B（3DG12B）。T5和T7选NPN型低频大功率硅管3DD203（DD01A）。（4）警灯和扬声器的选择警灯HL1和HL2选用6.3V/0.150.3A的小灯泡。扬声器选用口径2.54in(英寸)的普通恒磁场扬声器。（5）电容的选择C1=100uF/10V C2=22uF/10VC3=47uF/10V C4=0.1uFC5=220uF/10VC1,C2,C3, C5均为铝电解电容。（6）电阻的选择a. R1和电位器Rw的计算：因为选C1=100uF，要求K1打开时延时135秒报警，按35秒考虑，忽略了C1通过R2的放电，则 （R1+Rw

19、）*C1=35s R1+Rw=350 k 选固定电阻 R1=10 k 电位器 Rw=330 k b. R2:因要求R1+RwR2， 可选R2=1Mc. R3和R4可选100 k。d. R5和R6的计算：要求R5和R6与C3以及IC2组成的多谐振荡器振荡周期为12秒，由 T=0.69*(R5+2R6)*C3且知 C3=47uF又考虑IC2输出脉冲占空比为50%，可算出R5+2R6=3060k可选R6=18k,R5=1k。e. R8和R9的选择：由IC3和R8，R9，C4组成另一个低频振荡器，其输出频率范围约为1.51.8kHz（由D点电压控制），当Uco=Ud =2/3Vcc时，频率最低，fL=

20、1.5kHz，也可算出电阻R8+2R99.6 k(选C4=0.1uF),可取R9=4.7 k,R8=1 k。f. 选R10=1 k；R11=R12=10 k；R13=10；R7=1 k。C5和R13为电源低频去耦滤波电路，防止因电源内阻增大（电池用久了）而引起低频自激，以上所有电阻均选用0.125W的金属膜电阻。（7）直流电源采用四节电池，电压Vcc=6V。6 安装与调试6.1 安装a. 将电路元器件在电路板上认真排布。b. 认真焊接电路。6.2调试a. 调试报警发生单元：先不装集成块IC1IC4，并将IC2和IC3的4脚（插座）接高电平；装上IC3，接通电源，扬声器发出轻微的音频声，改变电阻

21、R9或C4使振荡频率在1.51.8kHz之间；断开电源后，再装上IC2，通电后可听见扬声器音调为一高一低，呈周期变化，改变电阻R6的阻值或C3的容量，可使IC2的振荡周期为12秒；将T2，T3的集电极接通电源，E点信号经过放大会变成响度很大的报警声。b. 调试延时触发门：将IC2，IC3的4脚接到门G2的输出端，装上IC1集成片，通电后，基本RS触发器呈初态，即与非门G2输出“0”，G3门输出为“1”，若将开关K2合上一下，RS触发器应翻转，G2输出“1”，G3输出“0”，报警发生单元开始工作，把电容C2用导线短接一下，则RS触发器立即翻回到初态，报警声停止；若把K1断开，则延时若干秒后，与非

22、门G1输出“0”，RS触发器也翻转，使门G2输出“1”，G3输出“0”，报警声发生单元也开始工作，调节电位器Rw ，可调节所需要的延时时间，若将电容C2短接一下，则RS触发器立即翻回到初态，报警声停止。c. 调警灯驱动单元：装入集成片IC4，当报警发声单元工作时，可测得与非门G4G8随着IC2的振荡轮流输出“1”，装上警灯HL1、HL2后，它们会轮流闪亮。结论数字防盗报警器在使用中收到了很好的效果。我们在应用中发现，数字防盗报警器电路简单，价格便宜，易与开发，反应灵敏，是广大居民理想的选择，相信其会有很广阔的应用前景。在本课题研究中我主要解决了以下几个问题:1 对系统方案进行了系统的论证。2

23、设计了总体电路框图。3 完成了硬件电路的焊接。4 完成了电路的调试和改进。在本系统的设计中还存在很多的不足，比如系统的功能比较单一，没有考虑大系统的集成问题，这将是我今后努力的方向。致谢在历时两个多月的毕业设计中，我们顺利的完成了这次设计工作。在此感谢很多在做毕业设计过程中帮助和支持我们的周围同学。特别要感谢我们的指导老师，在我们做整个设计中的每个环节都提出了很多宝贵的意见和建议，使设计能够顺利完成。同时还要感谢对我们进行毕业设计答辩的几位老师，他们给出的宝贵建议将对我以后的工作会有很大的帮助。祝所有帮助过我的人身体健康，万事如意。参考文献1数字电子电路 主编：阎石 中央广播电视大学出版社2中国集成电路大全 中国集成电路大全编委会 国防工业出版社3数字电路 主编：蒋立平 兵器工业出版社4电子技术基础（数字） 主编：康华光 高等教育出版社5数字电路逻辑设计 主编：李大友 清华大学出版社6常用电子器具电路 主编：徐雪松 新时代出版社7实用电子电路大权 主编：王千 电子工业出版社8新编电子电路大全 中国计量出版社组 9电子学 主编：Paul Horowitz&Winfield Hill 清华大学出版社10 Digital Fundamentals 主编：Thomas L. Floyd 科学出版社26