触摸式防盗报警器研发设计.docx
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触摸式防盗报警器研发设计
设计题目：
触摸式防盗报警器
一、设计任务与要求
1）设计一个简单的触摸式防盗报警器，以起到触摸防盗报警的功能。
2）该防盗报警器，适用于仓库、住宅等地的防盗报警。
3）防盗路数可根据需要任意设定。
4）一旦小偷触摸报警器，该报警器通过扬声器发出报警声响。
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二、电路原理分析与方案设计
1.1总体方案设计
题目要求设计一个触摸式防盗报警系统，整个系统可以划分为几个模块。
首先为电源模块，考虑到我所使用的芯片电压为4.5伏，所以可采用先通过桥堆整流，然后滤波，选用比较常用的电源稳压芯片7805便可以得到实验所需要的4.5v电压。
其次为单稳态触发模块，用来控制输出的电压，以驱动报警集成电路。
最后为三声模拟声报警集成电路，可直接驱动扬声器发声。
可产生三种不同的模拟报警声响，是制作各种报警器的良好声源。
模块框图如图2.1所示。
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图2.1
1.2.1电路原理：
触摸式防盗报警器的电路见图2-1。
A1中与非门I和Ⅱ组成了单稳态触发器，A2与R2、B组成了模拟音响发生器。
平时，与非门Ⅱ输出高电平，经与非门Ⅲ接成的反相器后变为低电平，所以A2无电不工作，整机静态电流仅几个μA。
当人体碰到触摸电极M时，人体从周围空间感应到的杂波信号经VD整流在与非门I的一个输入端a获得负脉冲信号，使单稳态电路翻转进入暂态，与非门Ⅱ的输出端突变为低电平，经与非门皿反相后输出高电平，使A2得电工作，B即发出“伍一呜一”警报声。
当暂态时间一过，单稳态电路恢复稳态，A2就停止工作，警报声消失。
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本电路的暂态时间由RICI时间常数决定，约20s左右。
即每触摸一次M，B发警报声20s左右；再次触碰，再次发声。
如要延长暂态（报警）时间，可加大R1或C1；反之应减小R1或C1数值。
酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
1.2.2触摸式防盗报警器电路原理图如下
图2.2触摸式防盗报警器电路原理图
1.2.3电路说明
此触摸报警器，具有电路简单、制作容易，性能稳定、可靠等特点。
1.2.4总体方案分析：
本设计利用与非门和KD9561四声模拟声电路设计并制作触摸式防盗报警装置。
本设计将研究组成触摸式报警器的整个电路的性质和基本概况，学习单元电路的在整体电路中的作用及其基本原理。
对此次设计做出概括分析，并进行改进处理，利用电路图绘制软件，重新绘制电路图，设计出PCB电路板，并通过书籍教材及网络信息查找相关资料。
根据触摸式防盗报警器电路的工作原理，以及其组成部分和各部分单元电路的工作原理。
单元电路包括电源电路、单稳态触发电路、音响输出电路。
对该报警器使用的元器件的内部构造和使用进行了分析。
对各元器件在电路中的作用进行分析研究。
同时在各个单元学习之后，进行了电路的绘制，本设计使用了Protel99SE软件设计电路板，进行PCB板的结构布局，元器件安置和正确布线。
通过此次设计制作，了解触摸式防盗报警器的制作过程。
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1.3各模块方案选择与论证
（1）电源电路的方案论证与选择
电源模块主要用于实现对各模块供电的功能.对于电源模块的选择有以下三种方案:
方案一:
采用1.5V常用电池串接而成.这种方法简单易懂,但是精确度不够,稳定度也不高,当电池里面的电用光之后,便不在具有供电功能.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
方案二:
采用直接购买电源的方法.在市场上可以直接买到相应的电源,但是考虑到经济上的原因,显然这并不合适.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
方案三:
采用自制整流电路.这种方法简单可行,可以得到精确的电压值,而且稳定度高,可以长期使用.正好可以让自己所学的知识在实践中得到很好的运用.其方框图如图2.3所示:
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图2.3
方案选择：
根据以上论述,考虑到经济、实用等方面因素,在本设计中选择方案三，并熟悉变压器与整流电源的知识及原理。
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（2）单稳态触发模块的方案论证与选择
方案一:
由555定时器组成单稳态触发模块（如图2.4），单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。
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方案二:
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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图2.4由555构成的单稳态触发器
图2.5或非门组成的单稳态触发器
方案选择：
鉴于报警器对单稳触发器的要求，以及市场上所卖的芯片，决定选择方案二中的由两与非门组成的单稳触发模块，即用一块CD4011芯片即可。
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（3）三声模拟报警专用集成电路的方案论证与选择
方案一：
用555芯片组成多谐振荡器（如图2.6）来驱动报警器发声。
方案二：
直接用四音响模拟集成电路KD-9561（如图2.8）作为驱动升压电路。
方案三：
采用LC179型三模拟声报警专用集成电路（如图2.9），它采用双列8脚直插塑料硬封装，电路可靠性好；内部集成了功率放大器，可直接驱动扬声器发声；可产生三种不同的模拟报警声响，是制作各种报警器的良好声源。
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图2.6555构成多谐振荡器 图2.7 多谐振荡器的波形图擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
图2.8LC179型三模拟声报警专用集成电路图2.9kD9561原理图
方案选择：
鉴于报警器的实际需求和物件的市场供应，通过比较，KD-9561用起来方便实用，因此用它来作为报警器的电压驱动模块。
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（4）发声电路的方案论证与选择
方案选择：
发声模块在本实验中是用来接受信号发出报警声音即可，故用一个扬声器作为发生器模块。
1.2.3系统组成
系统的基本框图如图2.10所示.
图2.10系统基本框图
三、单元电路分析与设计
1.1电源部分电路的设计
通过对220v电源进行整流滤波，再由7805进行稳压，就可以达到所需的电压，稳定性能够达到要求。
1）7805典型连接电路如下（图3.1.1），塑封硅整流桥堆图如下（图3.1.2）
图3.1.17805典型连接电路图3.1.2塑封硅整流桥堆坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
2）塑封硅整流桥堆极限值和温度特性图如下：
图3.1.3塑封硅整流桥堆极限值和温度特性
3）电源电路图如下：
图3.1.4电源电路图
1.2单稳态触发部分电路设计
采用CD4011的两个与非门组成单稳态触发模块。
用门电路组成的单稳态触发器，它的主要原理是利用门电路输入端的阈值电平和加入门电路中的RC元件的充放电作用。
用与非门或者逻辑门都可以组成单稳态触发器。
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单稳态触发器：
1.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。
2.在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。
3.由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。
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与非门组成的单稳态触发器电路图如下：
图3.1.5与非门组成的单稳态触发器
图3.1.6CD4011内部结构图
CD4001简介：
功能：
4二输入或非门
电源电压范围：
3V~15V
功耗：
700mW（普通封装）；500mW（小外形封装）
工作温度范围：
CD4001BM-55℃~+125℃
CD4001BC-40℃~+85℃
1.3声音模拟报警专用集成电路部分设计
采用四音响模拟集成电路KD-9561，使用时vDD脚和SEL2脚分别和SEL1脚或互相短接即可发出不同声音。
（如图3.1.7）綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
SEL1
SEL2
输出声音
不接
不接
警车声
VDD
不接
火警声
VSS
不接
救护车声
任意接
VDD
机关枪声
表3.1.7KD-9561引脚的接法
KD-9561性能参数：
三极管一般选侧8505或者9013.带O字母的引脚有三个。
其中两个是晶振频率外接振荡电阻的6、7脚（OSC）,还有一个是OUT脚（3脚），就是三极管集电极管脚信号放大输出脚。
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2.仿真分析
2.1电源电路仿真
（1）设计中电源的设计只是为了给运放提高相应的工作电压,以保证运放的正常工作,在这里我们采用整流电路来实现.以输出12V电压为例，具体电路如下图3.2.8猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
图3.2.81例2V输出电源电路
（2）电源电路仿真
如图3.2.9所示在Multision7环境下设计的4.5v电源电路仿真电路图。
图3.2.9）输出4.5V的电源电路仿真图
仿真开始后电压表的读数如图3.3.0所示。
从图中可以看出，电压已经很稳定，没有起伏变化。
输出电压分别为4.5V和-4.5V达到了设计的要求。
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图3.3.0仿真后电压表读数
经过使用仿真软件multisim对电源进行仿真，经过仿真后认为此电路可以实现我所要求的电压及稳定度。
2.2单稳态电路仿真
使用multisim对单稳态电路进行仿真，但是仿真元件库中没有本设计中用到的一些芯片，所以只能对一些单元电路进行仿真。
在仿真中，用函数发生器发出矩形波来模拟按键，然后看是否单稳态的输出随输入的变化而进行翻转。
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单稳态仿真电路原理图如下:
图3.3.1双稳态仿真电路
图3.3.2示波器仿真结果（输入信号）
图3.3.3示波器仿真结果（输出信号）
2.3）总电路图的仿真及其分析
由于Maltisim中没有找到KD-9561及能被替代的芯片，所以仿真其接入端的输出信号，并根据KD-9561的工作原理分析出总的输出信号。
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仿真电路中，弹簧片用频率为5Hz,电压为5V的矩形方波信号代替。
分析原理图如下：
图3.3.4总电路图的仿真
开关J2断开时的输出波形及电压值如下图：
图3.3.5断开开关时输出电压值
图3.3.6断开开关时输出波形
图3.3.7闭合开关时某瞬时电压值
图3.3.8闭合开关时的输出波形
有以上仿真结果可知，加入方波信号，闭合开关J1、J2后，输出端就有信号输出并进入KD-9561，在该信号作用下，触摸报警器开始报警。
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四、总原理图及元器件清单
1.1）总原理图如下
图4.1.1）触摸防盗报警器总原理图
1.2）利用protell99se制图如下：
图4.2.1PCB电路图
2）元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
VD
1N4148
极限工作电压：
75V
极限工作电流150mA
1
开关二极管
AI~AIII
CD4011
电压范围-0.5~18V
3
与非门
C1
22uF
1
电解电容
C2
4.7uF
1
电解电容
R1
2M
1
电阻
R2
220K
1
电阻
A2
KD-9561
5V
1
音乐芯片
B
喇叭
5W
1
报警
弹簧片
小
铜片
1
触摸用
五、安装与调试
将个元件按照总原理图组装起来，并接入所设计的4.5V电源。
组装好后，用手触摸弹簧片，测试喇叭是否有声音放出，并适当的调试电阻R2的阻值，以改变发声音调。
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六、性能测试与分析
根据如上的总电路仿真结果进行分析可得：
1.单稳态触发器，它提供了数秒的延时时间，用于定时精度要求不高的场合。
本设计中延时主要决定于电容C。
延时的实测数据。
C的最大容量可达几百微法，延时可达数秒。
延时结束后还需要等待一段时间（称恢复时间），就是要等待电容C两端电压不再变化时，方能进行第二次触发，否则，不是电路不能触发，便是所得的延时不稳定。
等待第二次触发所需的时间决定于RC。
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2.KD-9561有四种报警声音方式，内部集成了功率放大器，可直接驱动扬声器发声，是制作各种报警器的良好声源，并通过增减所接电阻器的阻值可改变发声音调。
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七、结论与心得
课程设计，是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。
它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。
作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
通过本次实习，将书本上学到的知识应用于实践，学会了一些电子电路仿真设计能力,熟悉了有关软件protell、multisim的使用，能够熟练使用普通万用表和示波器；.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等；另外在这次实验中我们遇到了不少的问题，最终一一解决了遇到的问题。
在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息，并且，和队友之间相互讨论，明白了团队合作的重要性。
这次的制作还让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识，在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定，此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。
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八、参考文献
1、康华光.《电子技术基础》.北京：
高等教育出版社，2007
2、黄继昌等编著.实用报警电路.北京：
人民邮电出版社，2005年2月
3、黄智伟主编，王彦，陈文光，朱卫华等编著.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：
电子工业出版社，2005年第1版阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
4、张晓东.新颖实用电子制作.福建：
福建科技出版社，2005年1月
5、黄智伟.电子电路计算机仿真设计与分析.北京：
电子工业出版社，2005年第二版
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