敲击防盗报警装置的设计

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1、石家庄铁道大学四方学院测试技术课程设计2011级 测试技术课程设计敲击防盗报警装置的设计姓 名 李昊学 号 20117231院、系、部电气工程系班 号方1110-4完成时间2014年6月23日1目录第1章设计目的1第2章设计要求1第3章硬件电路设计1 3.1系统组成1 3.2压电传感器2 3.3压电式传感器选型2 3.4555定时器2 3.4.1555定时器的结构2 3.4.2555定时器的工作原理3 3.5输出电路3 3.5.1继电器3 3.5.2LED灯4 3.6总电路图4 3.7仿真图5 3.8参数计算6 3.8.1输出脉冲宽度6 3.8.2恢复时间6 3.8.3最高工作频率6第4章制作

2、使用6 4.1实物图6 4.2误差分析7 4.2.1LED灯不能亮的误差分析7 4.2.2延时电路误差分析7第5章设计总结8参考文献9 第1章设计目的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，人们生活中逐渐引入报警装置，用来预防抢劫、盗窃等意外事件的发生。防盗报警器，是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下一声音、光线、气压等形式发出报警的电子产品的统称。所以此次课题设计了一个由压电式传感器、单稳态触发电路及驱动电路组成可实现敲击报警的装置。第2章设计要求设计一个由电压

3、式传感器、单稳态触发电路及驱动电路组成可以实现敲击报警的装置。要求实现其基本功能，画出设计电路图。要求传感器粘贴在门窗玻璃上，当有人敲击玻璃或击碎玻璃时，传感器将输出一串脉冲信号，该信号送入555集成电路，是引脚3输出高电平，继电器工作，相应报警电路接通LED灯亮，并且要求延时体现。主要技术指标：工作电压；应用555定时器；也可考虑用三极管加定时器。第3章硬件电路设计3.1系统组成题目要求设计一个敲击式防盗报警系统，整个系统将由压电传感器、555构成的单稳态触发器、驱动LED这几个模块系统组成。系统硬件结构框图如图3-1所示。图3-1系统框图3.2压电传感器压电传感器是利用某些电介质受力后产生

4、的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。自由电荷示意图如图3-2所示。图3-2自由电荷示意图3.3压电式传感器选型本设计的压电式传感器选用的是压电陶瓷片。本次选用的是直径为27毫米的压电陶瓷片。由一个压电陶瓷和一个金属片组成。其型号为BH350-3AA。3.4555定时器3.4.1555定时器的结构Pin 2 (触发点)这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于，下缘须低于。Pin 3 (输出)当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结

5、束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200。Pin 5 (控制)这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 7 (放电)这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。555定时器结构及引脚如图3-3所示。图3-3555定时器结构及引脚图3.4.2555定时器的工作原理它含有两个电压比较器，一个基本触发器，一个放电开关，比较器的参考电压由三只的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器同相比较端和低电平比较器的反相输入端的参考

6、电平为和。和的输出端控制触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接。 是控制电压端（5脚），平时输出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，在不接外加电压时，通常接一个的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。3.5输出电路3.5.1继电器继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点弹簧片等构件组成。在线圈两

7、端加上一定的电压(直流)，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点吸合。这样吸合释放，从而达到了在电路中的导通、断的转换。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。敲击防盗报警装置选用的继电器是电磁式继电器，其型号为SRD-05VDC-SL-C。3.5.2LED灯LED是发光二极管的简称。顾名思义，发光二极管是

8、一种可以将电能转换成光能的并且具有二极管特性的电子器件。LED是一种半导体二极管，与普通半导体二极管一样有两个电极。LED在工作时需要外加电源，外加的电能也是由正、负电极加入到半导体二极管内。LED灯是验证整个电路系统是否能够正常工作的原件。继电器的常开触点闭合后才会发光，并且不需要太大的电压就可以使其通电发光。如果电压过大就会LED使灯击穿。3.6总电路图防盗报警装置的总电路图如图3-4所示。图3-4防盗报警装置电路图图3-4为系统总设计原理图，由555定时器构成的单稳态电路没有信号时单稳态是稳定的，当压电元件受到挤压时产生一个高电平，经过反相器后变为低电平输入到2管脚，单稳态电路被破坏55

9、5定时器转入暂稳态，此时管脚3输出一个高电平驱动LED灯发光，暂稳态不是稳定状态，电压给电容充电达到电压的时又从暂稳态转到单稳态报警结束。延时的时间参数的公式为。3.7仿真图敲击防盗报警装置的仿真图如图3-5所示。图3-5敲击防盗报警装置的仿真图图3-5是敲击防盗报警装置的仿真图。仿真图中的核心部件是555定时器，用来实现单稳态触发。图中的示波器相当于压电陶瓷片，提供的是一个方波，经电容滤波后，经方波送入555定时器芯片的2引脚，然后从3引脚输出。电阻和LED灯串联，目的是为了防止电流过大击穿LED灯。3.8参数计算3.8.1输出脉冲宽度输出脉冲宽度等于暂稳态时间，也就是定时电容的充电时间。

10、单稳态触发器输出脉冲宽度仅决定于定时原件的取值，与输入信号和电源电压无关。3.8.2恢复时间恢复时间就是暂稳态结束后，定时电容经饱和导通的晶体三极管放电的时间。3.8.3最高工作频率输入出发信号是周期为的连续脉冲，为保证单稳态触发器正常工作应满足下列条件：即周期的最小值应为，即。因此，单稳态触发器的最高工作频率应为 第4章制作使用4.1实物图防盗报警装置的焊接实物图如图4-1所示。图4-1防盗报警装置的焊接实物图4.2误差分析4.2.1LED灯不能亮的误差分析敲击防盗报警装置的硬件电路中，导致发光二极管不能亮的原因有以下几点：1.给定的电阻过大，电压为12V，电流过小从而使发光二极管不能发光；

11、2.焊接工艺不熟练，导致某部分短接或短路；3.压电传感器的灵敏度不高，从而导致敲击时电荷移动变化不明显。4.2.2延时电路误差分析555定时器构成的单稳态电路没有信号时单稳态是稳定的，压电元件受到挤压时产生的高电平不能达到时，不能经过反相器后变为低电平输入到2管脚，单稳态电路不会被破坏，此时管脚3仍输出一个低电平，输出电路为稳定状态，不会进行报警。延时的时间参数的公式为。第5章设计总结本设计实现了敲击防盗的报警装置，通过给压电传感器施加一定的力，使继电器线圈得电，相应的辅助触点闭合，LED灯发光，从而实现防盗报警。敲击防盗报警装置的硬件电路中，导致发光二极管不能亮的原因有以下几点：1.给定的电

12、阻过大，电压为12V，电流过小从而使发光二极管不能发光；2.焊接工艺不熟练，导致某部分短接或短路；3.压电传感器的灵敏度不高，从而导致敲击时电荷移动变化不明显。经过这次小学期的课程设计过程，首先是让我对理论知识的理解。通过自身对传感器的设计、仿真、组装，将在课堂上学到的理论知识用以解决这一系列过程当中出现的种种问题。不仅使理论正确的指导了实践，更在实践的过程中深化了对理论的认知，真正将课堂上的知识变为了自己的。经过老师的细心点拨和我们小组的团结协作精神，最终我们攻克了一个个难题。这次小学期使我懂得勤于思考、善于发现、团结协作、勤于动手是这次设计成功的基石。为以后的课程设计奠定了良好的基础。其次

13、，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，在完成整个设计之后，心中的喜悦之情是难以表达的。因此，也确实让我们体会到了自己动手的无限乐趣。当然，在设计过程中，我们也遇到了不少的问题。比如：有些知识我们并不了解，在相关资料上查阅的时候弄不懂为什么是这样，所以，我们必须找我们的指导老师来对我们进行讲解。这次课程设计让我学到了很多，最后要感谢在这次小学期课程设计中担任最重要角色的指导老师们，帮我们解决了不少难题。感谢学校和老师给我们创造了这样好的学习机会，使我受益匪浅，为以后的学习和工作都奠定了坚实的基石。参考文献1 刘爱华.满宝元.传感器原理与应用技术.人民邮电出版社,2010.2 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.高等教育出版社,2010.3 赵家贵.电子电路设计.中国计量出版社,2000.4 何希才.传感器及其应用实例.机械工业出版社,2003.9