数电 水银振动报警器详Word下载.docx
《数电 水银振动报警器详Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电 水银振动报警器详Word下载.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
中南大学出版社，2010
四、设计时间
2013年02月27日至2013年03月20日
指导教师签名：
专业负责人签名：
2013年3月20日
1课程设计的目的
1.1引言
近年来随着改革开放的深入发展、电子电器的飞速发展。
人民的生活水平有了很大提高。
各种自行车、电动自行车、摩托车、汽车和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也是越来越多。
这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。
因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
人类便发明了防盗器。
报警器为人们解决了不少问题。
但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构，价格高昂，一般人们难以接受。
如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
由于在偷盗的时候振动是必然的，振动也有很强的隐蔽性，因此在交通工具的防盗中得到了广泛的应用。
此外在家庭、库房等领域中，振动防盗器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
1.2概述
于是我们共同制作了一种利用振动传感器检测环境变化，进而完成报警功能的系统，主要用于家居安全，探测有无外人闯入。
该系统方便、稳定、实际十分适合家庭财产安全的保护。
2课程设计的任务与要求
2.1设计任务
1巩固和加深“模拟电子技术”、“数字电子技术”及相关课程知识。
2设计并制作一个家用震动报警器，并理解其工作原理。
3使用Multisim软件进行计算机仿真设计。
4通过对本制作的安装、焊接、调试，了解电子产品的内部构造，训练动手能力，掌握元器件的识别、简易测试以及整机调试工艺。
5熟练使用电烙铁、剪钳、万用电表等电子工具。
6认真仔细的安装焊接，排除安装焊接过程中出现的故障。
2.2基本要求
1制作《模拟电子技术》课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过程，字数在4000字左右，并用B5纸打印。
2根据技术指标要求，画出设计电路图和印制电路版图。
3设计时间：
三周。
4制作PCB板。
5人员分组，三人一组，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不能完全相同。
3设计方案与论证
3.1电路设计
3.1.1方案
图3-1基本方案
系统构成有：
传感器接收信号,单稳态延时控制,音频振荡，信号放大，扬声器。
3.1.2论证
系统由人为启动，接通电源后，进入警戒状态，检测到有振动时，立即发出报警声，声响延迟一段时间后，再次进入警戒状态。
为达到良好的实际使用效果，系统还应具备开机延时功能：
用来防止主人在接通电源后，由于操作过程中的某些振动引起误报。
根据上述基本功能，设计电路图如附录1。
3.2仿真
在仿真软件Multisim中进行仿真，仿真电路图如图3-2，其中水银开关用自动断开开关代替，555输出用发光二极管和滤波电容代替。
运行前首先设置下Multisim软件，在菜单栏点击仿真-交互式仿真-最大时间步长和初始时间步长都改为0.01秒，才能使得示波器能够正常显示最终的图像。
图3-2仿真电路图
仿真效果为:
先运行，过几秒再闭合开关J1、J2，大约7.8s（实际7.05s，相差不大）后电容充电完毕。
再过几秒闭合J2，不到7.8秒就断开J1,则电容未充满就放电完毕，波形也相应变窄，示波器波形如图3-3。
图3-3示波器波形
4设计原理及功能说明
本制作利用555电路为单稳态触发器，报警音乐芯片9561为报警芯片，用于产生报警音乐的音频信号，电路原理图如附录1：
电路的核心元件是IC1（NE555）和IC2（CL9561），由555电路组成一单稳态触发电路，上电打开开关S1后，C1两端电压为0，555电路的输出脚输出高电平，报警器电路工作，进入报警状态。
此时若水银开关断开，电源经R2向C1充电，当C1两端的电压充到高于2/3Vcc时，电路翻转，输出端变为低电平输出，报警电路失电停止工作。
此时报警器便进入报警守候状态。
这时若报警器受到振动，就会使水银开关中的水银一起振动，当开关接通时，555电路的2脚便输入一个低电平信号，这个低电平信号使得单稳电路输出状态改变，输出端变为高电平，报警电路工作，另一方面通过7脚将充于电容C1上的电荷放完，这时就算水银开关再次断开，由于C1两电压低于2/3Vcc，电路也将保持输出高电平，使报警电路工作。
若一直有振通信号使水银开关接通，系统将一直报警，若报警后报警器不再振动，则当C1上的电充到大于2/3Vcc时，报警将自动停止，因此每次报警的自动关断时间为R2和C1的充电常数值。
5单元电路的设计（计算与说明）
5.1单元1
如下图5-1为单元1电路：
图5-1单元1:
555延时电路
其中主要用到555定时器的单稳态电路。
1555定时器引脚及封装
图5-2555实物图
强调：
本次制作中为避免由于插装和焊接不当引起的555不能正常工作或者损坏，不允许直接往装配板上焊接555，必须先焊底座，然后插装555。
2电路组成
555定时器是一种应用方便的中规模集成电路，只需要外界少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
图5-3电路组成
低电平触发，<
Vcc/3时，基本RS置1，也即VO置1。
改变电压比较器参考电压，不用时用0.01uF电容接地，防止干扰。
高电平触发，>
2Vcc/3时，基本RS置0。
3555的功能表
图5-4555功能表
4单稳态触发器
图5-5单稳态电路
若S打开则ui=1（>
Vcc/3）（5-1）
若S合上则ui=0（<
Vcc/3）（5-2）
由以上过程可以看出:
按钮每按动一次,uo便输出一个正脉冲,其宽度TW由1.1RT*CT决定。
5.2单元2
下图为单元2电路：
图5-6单元2：
功率放大电路
当IC1的3脚处于高电平，也就是直接将电源电压供给IC2，通过IC2内部集成电路的处理发出报警信号，这个报警信号很微弱，不足以推动扬声器发出声音，这个微弱的信号送给三极管VT进功率放大才能使扬声器发出响亮的报警声，通过调节R3的阻值使得声音的音调有所变化，直到达满意的效果。
经过我们实验该电阻R3取在100~270K比较好。
C3是报警器的滤波电容。
5.3小结
综上，电阻R2和C1起到延时断开IC1第3脚的电压作用，是的报警声响一段时间后自动停止报警，这里水银开关的安装角度决定报警器的灵敏度。
当未振动时S2是开路的，当震动时S2触发接通使报警器发出声音，然后马上断开，这样报警器一段时间（由C1和C2决定）后便自动停止报警（C2是IC1的旁路电容，R1提供IC1的信号工作点）。
延时时间
Tw=1.1R2*C1=150K*47μF=7.05s（5-3）
6硬件的制作与调试
6.1制作
实物图如下：
6-1实物图
6.1.1器件介绍
1水银开关
6-2水银开关
水银开关，又称倾侧开关，是在玻璃管或金属管内装规定数量的水银，再引出电极密封而成的。
如图6-2所示为玻璃壳封装的水银开关，也是使用最多的一种形式，这种水银开关倾斜一定工作角度时，两个电极通过水银便可进行开关的通、断动作。
玻璃管封装式水银开关的优点是可以从外部观察到它的工作状态，缺点是容易破碎。
水银开关可以用市售成品，亦可自制。
自制时，找一只装药的小瓶（如装六神丸的小瓶子），瓶口密封要严，在瓶内灌注些水银，实在无水银的，也可采用食盐水代用，然后将瓶盖彻底密封好，从瓶盖上插入一高一低的钢针作为触点A、B，使小瓶稍有振动倾斜即接触，最后在瓶盖及钢针插入处涂上环氧树脂封固即成。
注意：
水银对人体及环境均有毒害，故此使用水银开关时，请小心谨慎!
!
2报警片
图6-3音乐报警片CL9561
Cl9561是语音合成报警集成电路，芯片内储存了四种声音可供选用。
Cl9561集成电路芯片自右向左5个焊盘分别是：
电源正端VDD（也为触发端）;
振荡端OSC应外接一只振荡电阻；
输出端OUT；
电源负端Vss。
声音类别选择端TR1、TR2。
Cl9561四声报警COB
1外围接线图如上：
2工作电压：
2.4V-3.6V
3上电自动复位
4可选择四声报警声:
110警车声、火警声、救护车声、机枪声。
Cl9561储存的声音及其对应接线如下：
3电容元件的识别
图6-4电解电容
有极性，使用时不能接反。
极性判断：
长管脚为正极，短管脚为负极；
外壳封装上有极性标志。
容量可从封装上直接读出,如470uF
图6-5瓷片电容
无极性，使用时不区分。
容量采用数码表示法，一般用三位数表示，前两位表示容量有效数字，第三表示幂指数。
即“0”的个数，默认单位为pF。
如“103”=10*10²
pF=0.01uF（6-1）
1pF=10-3nF=10-6uF=10-9mF=10-12F（6-2）
3晶体三极管的识别
PNP型三极管NPN型三极管
图6-6晶体三极管的识别
6.1.2安装注意事项
1元件焊接时，为了方便调试，可先不装水银开关，等单稳电路调试正常后，再焊上水银开关。
2复位开关安装时，把四个引脚往上搬，然后焊上引线，四个脚中两个里面是连在一起的，因此只需焊二个脚就可以了，具体是哪两个脚，可用万用表电阻档进行测量，按下时接通，松开时断开的一组引脚就是所要焊引线的脚。
3安装时焊接速度尽量快一些，特别是IC2怕热的报警芯片，当一次焊不成功时，请稍微冷却一下后在进行下一次焊接，当完全焊接完毕后在检查一下有没有元件插错了，有没有虚假焊接、短路、断路等，确实没有错误时再通电，将水银开关S2接通即可报警，否则需检查IC1、IC2、9013等元件，一般安装正确都会以此成功！
6.2调试
1水银开关中的水银置于根部时，开关接通，而位于顶部时则断开，当报警器水平放置时，将水银开关调整到水平向下倾斜30度左右，平时让水银开关中的水银位于玻璃管的顶部，而当有振动时，里面的水银会上下窜动，从而接通开关。
玻璃管的倾斜角度大小，直接影响到报警器的灵敏度，这一点大家在制作时可自己进行试验。
安装好里面的器件，然后再将红色的按钮装于开关上方，在电池合内装上三节5号电池便可以正常工作了。
2报警部分调试时，将VT2的C、E极间短路一下，若有正常的报警声发出，说明报警电路工作正常，若不正常，应重点检查9561上的振荡电阻是否安装可靠。
3555单稳态电路调试时，只要按线路板上的标识进行焊接，基本无须调试，开始调试时用短接水银开关两焊点的办法来模拟，当工作正常后，再焊上水银开关。
水银开关的状态平时应为断开，而有振动时，开关里面的水银应能可靠接通开关，这主要看开关的水平角度，具体调到什么程度，制作者须实际安装时确定。
7总结
实验过程中碰到的刚开始不能发声的情况完全是粗心导致的，如果当时认真点的话，可能一下子就完成了。
所以，通过实验意识到要从开始就养成那种细心地好习惯。
这对以后的课程设计甚至是毕业设计都非常有帮助。
再者通过这次实习锻炼了我们的动手及查资料能力。
也体会到了成功带来的喜悦，可以说是受益匪浅。
再次反过来思考这个电路，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实际中去。
555电路应用十分广泛，在以后的学习时间中会对它有更加深入得了解，将其灵活运用。
在老师的精心指导和全体组员的共同努力下，我们基本完成了此次任务。
期间，我们深刻体会到团结就是力量，并认识到理论知识应该通过实践来更好的掌握。
在此我们小队向我们的指导老师以及支持我们的同学们表示真挚的感谢，同时也希望你们能继续支持我们，鼓励我们，帮助我们，在你们的帮助下我们的路会越走越明亮，越走越宽敞。
参考文献
[1]江晓安.数字电子技术第三版.西安:
西安电子科技大学出版社2008.6
[2]江晓安.模拟电子技术第三版.西安:
西安电子科技大学出版社2008.3
[3]张庆双.555应用电路精选.北京:
机械工业出版社2010.4
[4]萧景和.555/556时基集成电路精选.北京:
中国电力出版社2011.2
[5]刘刚.微电子器件与IC设计基础.北京:
科学出版社2009.8
[6]康华光.电子技术基础（模拟部分）第四版.北京：
高等教育出版社2006.1
附录1：
总体电路原理图
附录2：
元器件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
集成电路
NE555
2
音乐系统
CL9561
3
三极管
9013
4
扬声器
Φ58
5
电容C1
47μF
6
电容C3
10μF
7
独石电容C2
103
8
电阻R1
270
9
电阻R2
150
10
电阻R3
200
11
电源开关S1
7*7
12
水银开关S2
一般
13
印制电路板
通用
14
小电池盒
7号
15
导线
普通漆包线
若干
16
胶棒
普通
升级会员 