防盗门报警器.docx

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防盗门报警器

2010年9月13日

1设计背景

报警器（alarm），是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。

电子报警器越来越普及，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产、生密不可分。

智能家用防盗报警器，家庭盗贼侵入主要是门和窗，门盗的比例又大于窗盗。

因而，在每个住户大门上安装一个报警器。

如有盗匪撬门，报警器会即刻将此信息传输给家庭报警主机，主机报警并提示主人。

2设计任务

我们设计的报警器基于最常见的绕轴打开的防盗门结构，利用光电传感器与门框上的反射板（如下图）实现功能电路与外界信号的交互。

在报警器开启状态下，如果门被打开，光电传感器无法收到来自反射板的反射信号，此时报警器的功能电路将立刻发出报警音。

总体来说，除了与上述传感系统的配合外，功能电路还需要实现电源的稳压、可控制通断、功率放大、发声等基本功能。

图2报警器机械结构示意图

3功能实现原理

3.1电源的稳压

日常生活中，插座提供的电压为220V，50Hz的交流电，在后续电路中，我们需要的是±15V，±5V的电源电压，即需要设计稳压电路。

该电路基本原理如下：

图3.1.1线性稳压电路的原理图

根据以上基本原理和已学的模拟电路知识，通过电桥整流和稳压三极管7815、7915实现220V—±15V的稳压输出。

我们设计的电路原理图如图3.1.2：

图3.1.2“220V—±15V”稳压电路

插头P1引入220V，50Hz的电压，变压器T1变压，电桥D1整流，再通过电容接地滤去交流部分，最后稳压三极管输出±15V。

后续电路中需要对555芯片供电，因而需要5V稳压电路，考虑到设计的简便性，我们直接采用上面得到的15V直流电压，利用稳压芯片（三极管），经下图3.1.3的稳压电路，获得5V电压。

图3.1.3“15V—5V”稳压电路

3.2传感器功能的实现

报警器基于最常见的绕轴打开的防盗门结构，利用光电传感器与门框上的反射板（如下图）实现功能电路与外界信号的交互。

图3.2传感器位置安装示意

根据机械结构的设计，我们选择反射式光电传感器DS50N1，同时需要配置反射板。

这里不采用对射式光电传感器，是因为门框端传感器的电源供给将影响到防盗门的开关。

同时还需通过调节光电传感器的螺丝，将感应距离控制在10cm左右，以避免感应不准，出现误报警或者漏报警。

将反射板安装于门框，光电传感器装于防盗门上随门开关发生位移。

在报警器开启状态下，如果门被打开，光电传感器无法收到来自反射板的反射信号，此时报警器的功能电路将立刻发出报警音。

传感器有三个端口，两输入（VCC、GND），一输出（OUT），VCC接入15V，GND接地。

光电传感器能收到反射光信号时，OUT=0；光电传感器收不到反射光信号时，OUT=VCC，以此将门是否打开这一机械信号转化为电信号。

同时需要注意的是机械开关存在着抖动，需要通过555电路消除抖动，避免误报警。

传感器电路设计如图3.2.1。

图3.2传感器系统的电路

3.3报警电路的通断控制

报警电路的通断控制由继电器完成。

利用传感器系统的输出OUT来控制通断。

门打开，OUT=VCC，K1打开，开始报警，反之则不报警。

图3.3报警电路开关K1的控制

3.4报警电路

报警电路由3.3节机制控制工作与否。

报警电路主要是通过音乐片发声，功放电路放大，其基本电路组成图3.4。

音乐片选择我们曾经接触过的与三极管组合，两端加电压（4V-6V）发声。

图3.4报警电路

3.5总体结构

将以上功能模块按照总体设计原理图3.5连接。

详见原理图文件。

图3.5总电路原理图

4PCB设计

利用原理图3.5，在protel99se中建立网络表，生成PCB图。

接着对布线、线粗进行调整，得到PCB设计图图4.

需要说明的是，由于变压器体积较大，我们不将它安排在PCB板上，而是单独安排，这也避免了强弱电混合造成的种种问题。

所以左上角的输入信号为变压器输出的电压信号transout。

PCB设计中，我们在老师的指导下，精心调整了布线和线宽，在封装上也选择了较为流行的贴片式，同时参考了网上优秀PCB布线的示例。

图4PCB设计图

5设计心得

5.1一些问题的解决

【问题】所需器件在原理图库中找不到

【解决】在我们设计的电路图中有很多器件在protel99se原理图库中找不到对应的表达，如音乐片等，这给我们电路图的绘制带来了不便。

经过查阅资料，我们根据器件相关参数，自绘器件原理图来补充原有的原理图库，解决了原理图的绘制问题。

【问题】修改电器性连接错误

【解决】在原理图绘制完毕后，按步骤应进行电器性检查，主要是检查器件之间的连接是否恰当，一幅看似都连接妥当的原理图，在电器性检查时，依然可能报出大量错误，经过对原理图的反复研究和修改，我们总结出以下几种不容易察觉的电器性连接错误：

（1）引脚和引脚之间没有电器性连接线而是直接搭接在一起（有时候这种错误在电器性检查时不会报错，但在网络表加载时会出现缺连的现象）；

（2）电路连之间交叉不相连和交叉相连的情况混淆；（3）当电器线经过器件引脚时，软件会自动默认引脚电器线连接，而这种连接很多情况下是与设计不符的，电器性检查时就不容易通过；（4）自己绘制的元件引脚属性定义不正确。

【问题】封装问题

【解决】封装问题是一个普遍问题，因为原理图库与PCB器件库相比要庞大很多，所以很多元件的封装要根据器件信息挑选合适的封装，或自行绘制器件封装来补充PCB库，我们在设计时上网查询了一些常用器件的封装，如电阻、电容、二极管、三极管等等，其他的特殊器件和一些集成芯片均在元件说明中查到参考封装，或可以找类似的封装代替，如一些集成芯片，器件尺寸均规格化，一般用DIP-x（x表示引脚数）进行封装问题都不是很大。

5.2心得体会

小组合作中，我们一同拟定了设计内容和设计方案，分工完成了原理图的设计绘制，PCB的设计绘制以及论文的编写。

小组气氛和谐，合作愉快而有成效。

因为小组成员大多参加过一些项目的设计，所以设计思路和灵感取自我们参加的项目，设计过程也较为自主，模块组合可能有些主观，存在着例如驱动继电器的电流可能不够等等问题。

我们花了大量时间在学习protel上，觉得对于该软件的应用还须进一步熟悉和学习。

在设计过程中，我们也得到了老师和研究生学长耐心细致的讲解，对于我们改进设计思想，优化设计结构，明确原理思路，制作美化PCB图以致完成最后的论文报告都起到了很大的指导作用。

在这里再次感谢老师和学长在这短学期里的关心和指导。

参考书籍：

[1]余家春.《Protel99　SE电路设计与实用教程》.中国铁道出版社.北京.2000

[2]刘宏等.《Protel99SE电路设计实用指南》.西安电子科技大学出版社.西安.2003

[3]刘京南等.《电子电路基础》.东南大学出版社.南京.2005