冰箱关门自动报警电路初稿.docx

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冰箱关门自动报警电路初稿

湖南工程职业技术学院

HUNANENGINEERINGPOLYTECHNIC

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

冰箱关门自动报警电路

系　　　　部：

信息工程系

专业：

电子信息工程技术

学生姓名：

卢丹

班级：

31102

学号：

201003102027

指导教师：

雷斌副教授

最终评定成绩：

信息工程系

二○一三年五月制

目录

第一部分毕业设计（论文）开题报告

第二部分设计说明书（或毕业论文）

2013届

毕业设计（论文）资料

第一部分毕业设计（论文）开题报告

湖南工程职业技术学院

毕业设计（论文）开题报告

（_2013_届）

系　　　部：

信息工程系

专业：

电子信息工程技术

学生姓名：

卢丹

班级：

31102

学号：

201003102027

指导教师：

雷斌副教授

2013年5月27日

课题：

冰箱关门自动报警电路

课题简介

本课题介绍了由光敏电阻和延时芯片组成的延时报警电路，采用光敏电阻对光的强弱改变阻值，NE555芯片延时电路的导通，制成感应自动报警系统。

课题任务

要求

能综合运用电路设计、PCB板设计完成电路板的制作，电路的焊接、电路的调试从而制作电冰箱关门自动报警电路。

设计要求：

1、设计硬件框图及电路图；

2、对软硬件进行调试；

3、按“工程实践规范”，撰写工程实践报告。

进程安排

第1天:

根据课题要求，查阅相关资料、参考书，进一步加深对毕业实践课题的理解和认识；完成开题报告，并写出毕业实践的摘要及目录；

第2天：

根据课题要求，设计硬件电路，并写出工作原理；

第3-4天：

课题资料的整理、修改、完善、装订，论文答辩。

参考资料

[1]赵利，郑英兰.数字电子技术[J].冶金工业出版社，2009

[2]杨毅德.模拟电路［Ｍ］.重庆大学出版社，2010

[3]胡斌编著《元器件及实用电路》电子工业出版

湖南工程职业技术学院毕业设计（论文）开题报告

信息工程系电子信息工程技术专业

学生姓名

卢丹

班级

31102

学号

027

课题名称

冰箱关门自动报警电路设计

课题

准备

情况

通过上网和图书馆查阅资料，[1]赵利，郑英兰.数字电子技术[J].冶金工业出版社，2009[2]杨毅德.模拟电路［Ｍ］.重庆大学出版社，2010,与指导老师和同学的讨论，我初步了解了本课题、NE555芯片延时电路的导通，制成感应自动报警系统等相关知识。

思路和方法

在确定研究的主要方向为电路的延时控制，查看了一些延时电路，考虑电路要便宜、简单、实用，要即使不懂电子行业的人都能看懂，我们选择采用集成芯片来解决延时问题。

拟重点解决的问题

本课题重点在于电路的装配和调试，延时电路异常的检测及查找问题及解决问题。

计

划

进

度

第1天:

根据课题要求，查阅相关资料、参考书，进一步加深对毕业实践课题的理解和认识；完成开题报告，并写出毕业实践的摘要及目录；

第2天：

根据课题要求，设计硬件电路，并写出工作原理；

第3-4天：

课题资料的整理、修改、完善、装订，论文答辩。

指导教师意见

指导教师

年月日

2013届

毕业设计（论文）资料

第二部分设计说明书（或毕业论文）

湖南工程职业技术学院毕业设计（论文）

冰箱关门自动报警电路设计

系　　　部：

信息工程系

专业：

电子信息工程技术

学生姓名：

卢丹

班级：

31102

学号：

201003102027

指导教师：

雷斌副教授

2013年5月

摘要

本文论述了电冰箱关门自动报警器，属于一种信号报警装置，特别是涉及一种家用电器报警装置。

本实用新型由整流电路、延时电路、音频发生电路、发声器件组成，不用外加电池，直接由电冰箱内的交流电供电，供电受电冰箱开、关门时动作的按钮开关控制。

结构十分简单、成本低、报警信号能在电冰箱开后延时一段时间发出。

关键词：

延时电路，音频发生电路，整流电路，555定时器

前言

随着信息化及电子智能化时代的到来，电子技术发展越来越迅速，对人类生活的影响也更加深远。

而人们也要求电子产品更快捷、更方便、更节能。

冰箱是现代社会人们生活中必不可少的，也是比较耗电的家电。

冰箱关门自动报警电路就是当人们忘记关冰箱门时，而发声提醒的简易电路。

本设计电路主要由以时基电路555为核心组成的单稳态触发器IC1、无稳态多谐振荡器（IC2、IC3）等组成。

集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路,因集成电路内部含有3个5千欧电阻而得名,在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着广泛的应用。

国外产品型号有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,国内产品型号有5G1555、SL555、FX5。

本电路用的是NE555.

设计本电路是采用分段研究。

主要分为：

对整流电路的研究；对延时电路的研究；对音频发生电路研究。

在各个阶段实验检测成功后，再对总电路进行分析、整合、检测。

该电路的应用能在一定程度上节省电能，是对家庭节能环保的支持。

家庭节能环保和我们的生活息息相关，而且很容易进行，做好家庭的节能环保工作，不仅节约了资源，也为家庭节约了一定开支，一举两得。

所以像这种在生活中既实用又简易的电路应该多研究推广！

目录

第1章选题背景1

1.1设计目标及要求1

1.2设计的目的和任务1

1.3设计的基本要求1

1.4分析检查2

1.5方案论证2

1.6元件选择3

第2章系统设计6

2.1整流电路6

2.2延时电路7

2.3音频发生电路11

2.4总电路13

第3章实验检测15

结论17

致谢18

参考文献19

第1章选题背景

电冰箱是一种保持恒定低温的一种制冷设备。

也是一种使食物或其他物品保持恒定低温冷态的民用产品。

箱体内有压缩机、制冰机用以结冰的柜或箱；带有制冷装置的储藏箱。

家用电冰箱的容积通常为20～500升。

1910年世界上第一台压缩式制冷的家用冰箱在美国问世。

1925年瑞典丽都公司开发了家用吸收式冰箱。

1927年美国通用电气公司研制出全封闭式冰箱。

1930年采用不同加热方式的空气冷却连续扩散吸收式冰箱投放市场。

1931年研制成功新型制冷剂氟利昂12。

50年代后半期开始生产家用热电冰箱。

中国从50年代开始生产电冰箱。

1.1设计目标及要求

本课题主要是由光敏电阻和延时芯片组成的延时报警电路，采用光敏电阻对光的强弱改变阻值，NE555芯片延时电路的导通，制成感应自动报警系统。

1、设计硬件框图及电路图；

2、对软硬件进行调试；

3、按“工程实践规范”，撰写工程实践报告。

1.2设计的目的和任务

使学生通过动脑动手解决一二个实际问题，巩固和运用三年大学课程中所学到的理论知识和实验技能，基本掌握用所学的知识设计简单的电路和动手能力，为以后从事电子电路设计，研制电子产品打下基础。

1.3设计的基本要求

1.掌握电子电路分析和设计方法；

2.培养一定的自学能力，独立分析问题的能力和解决问题的能力；

3.掌握普通电子电路的生产流程及安装、布线、焊接的基本技能；

4.巩固常用电子仪器的正确使用方法以及电子器件的测试方法；

5.通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真，一丝不苟，实是求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观，经济观，和全局观；

6.设计并制作冰箱关门报警电路，此电路具有自动报警、延时、输出稳定等功能。

1.4分析检查

1.安装自己设计的电路

1）检查元器件；

2）对电路进行组装：

按照自己设计的电路，在pcb板上焊接元器件，焊接完毕以后，对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。

2.通电调试

1）通电测试：

对安装好的电路板的参数及工作状态进行测试，以便提高调整电路的依俱，使电路的性能达到要求。

1.5方案论证

为了解决实际生活中对电冰箱的使用寿命的影响，以及电冰箱对使用者安全保障的一系列问题；设计一套简单、经济、实用的电路是十分有必要的。

电路的设计方案各种各样，有纯模电设计方案、有纯数字设计方案、有数模结合的设计方案、也有单片机来实现的、还可以用EDA技术来实现等。

当然不同的设计方案基满足的性能指标，电路的复杂程度也就不同。

1.5.1数电法设计方案

此电路是先对电源采样，然后经过A/D转换化为数字信号，送给时基电路555，通过时基电路555的处理达到要求。

此电路可靠性高工作稳定使用芯片多电路相对复杂、且不经济，一般不用。

对于纯模电设计方案具有对元件要求高，不稳定、可靠性不高兴等缺点，所以也被舍弃。

1.5.2单片机法设计方案

用单片机来实现的电路方框图如图1.1所示，此电路是先对电源进行采样，然后经过A/D转化为数字信号，然后经过传感器送给单片机，单片机对数据进行处理产生相应的控制信号，来达到要求。

此电路的可靠性和稳定性肯定好，电路相对复杂，且不经济，这电路使用单片机简直就是大材小用，使用也不采用这种方案。

1.5.3数模设计方案

数模设计是将数电和模电相结合，使得此电路简单、经济，此设计采用此方案。

1.6元件选择

电冰箱关门自动报警电路主要由以时基电路555为核心组成的单稳态触发器IC1、无稳态多谐振荡器（IC2、IC3）等组成。

集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路,因集成电路内部含有3个5千欧电阻而得名,在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着广泛的应用。

国外产品型号有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,国内产品型号有5G1555、SL555、FX5。

本电路用的是NE555。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。

（1）（共同接地）GND：

通常被连接到电路共同接地。

（2）触发点：

这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。

触发信号上电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。

（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。

周期的结束输出回到O伏左右的低电位。

于高电位时的最大输出电流大约200mA。

（4）复位：

一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。

它通常被接到正电源或忽略不用。

（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。

（6）（门限）阈值：

重置锁定并使输出呈低态。

当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。

（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。

（8）电源（Vcc）：

这是555个计时器IC的正电源电压端。

供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

参数功能特性：

（1）供应电压4.5-18V

（2）供应电流3-6mA

（3）输出电流225mA（max）

（4）上升/下降时间100ns

第2章系统设计

2.1整流电路

利用具有单向导电性的元件二极管，将正负交替的正弦交流电压变换成.单方向的脉动电压。

2.1.1单向桥式整流电路

（1）电路组成及工作原理

桥式整流电路由四只二极管组成一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。

如图2.1.

工作原理：

在E2正半周，二极管D1和D3正向导通。

而D2、D4反向截止，形成负载电流i。

，i。

流通路径为：

1→D1→RL→D3→2→1，ud=e2。

在E2的负半周，二极管D2和D4正向导通，而D1、D3反向截止，形成负载电流i。

，i。

流通路径为：

2→D2→RL→D4→1→2，ud=-e2。

由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。

电路各处电压、电流波形图如图2.2所示。

由单向桥式整流电路的波形可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同：

Ud=0.9E2

（2）整流二极管的选择

由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所承受的反方电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为Urm=

2.2延时电路

2.2.1555定时器

555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。

该电路使用灵活方便，只需外接少量的阻容元件便可构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等基本单元电路，在波形的产生与整形、测量和控制、医疗设备以及电子玩具等许多方面都得到了广泛的应用。

555定时器按内部元件可分为TTL型和CMOS型二大类。

TTL型定时器静态功耗高，电源电压使用范围为+5—+15V；COMS型定时器静态功耗较低，输入阻抗高，电源电压使用范围为+3—+18V，且在很多应用场合可以直接代替TTL型。

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555定时器的内部电路框图如图2.2.1图所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级组成。

图2.3中TH（6脚）和

（2脚）是555定时器的两个输入端，TH是比较器C1的输入端，而

是比较器C2的输入端（也称触发端）。

C1和C2的基准电压经3个5KΩ电阻分压提供。

而控制电压输入端Vco（5脚）悬空时，Vr1=

Vcc、Vr2=

Vcc，如果Vco端外接固定电压，则Vr1=Vco、Vr2=

Vco。

（4脚）是置零复位端，只要加上低电平，输出端3脚的Vo便立即被置成低电平，不受其他输入信号的影响，正常工作时必须使

处于高电平。

DISC（7脚）是放电端，其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。

工作原理：

设输入端TH和

的电压分别是Vi1和Vi2。

当Vi1

˃Vr1、Vi2˃Vr2时，比较器C1输出Vc1=0，C2输出Vc2=1，基本RS触发器被置0，即Q=0，放电三极管T导通，输出端3脚为低电平。

当Vi1

当Vi1Vr2时，比较器C1输出Vc1=1，C2输出Vc2=1，基本RS触发器状态不变，输出端保持原状态不变。

由于阈值输入端为高电平时（Vi1>Vr1），定时器输出低电平，因此也将TH端称为高触发端，触发输入端为低电平（Vi2

端称为低触发端。

上述工作原理可由555定时器的逻辑功能表描述，见表2.1

表2.1555定时器的逻辑功能表

输入

输出

TH

放电管T

Vo

0

×

×

导通

直接清零

1

>

Vcc

>

Vcc

导通

置0

1

<

Vcc

<

Vcc

截止

置1

1

<

Vcc

>

Vcc

不变

保持

集成555定时器的应用：

（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；如图2.4。

振荡周期：

（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

2.2.2由555定时器构成的延时电路

本延时电路主要是用555定时器构成单稳态电路。

若以555定时器的

端（2脚）作为触发信号的输入端（7脚）接致TH端（6脚），同时在TH端对地接入电容C，这就构成了如图2.5（a）所示的单稳态触发器，其工作波形如图2.5（b）所示。

接通电源后，未加负脉冲，，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使=0。

这样，在加负脉冲前，为低电平，=0，这是电路的稳态。

在t=t0时刻负跳变（端电平小于），而=0（TH端电平小于），所以输出翻为高电平，T截止，C充电。

按指数规律上升。

t=t1时，负脉冲消失。

t=t2时上升到（此时TH端电平大于，端电平大于），又自动翻为低电平。

在这段时间电路处于暂稳态。

t>t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。

由分析可得：

输出正脉冲宽度tW=1.1RC

注意：

图2.5（a）电路只能用窄负脉冲触发，即触发脉冲宽度ti必须小于tW

2.3音频发生电路

2.3.1多谐振荡器及其组成的音频发生电路

若将图2.5所示555定时器的

端（2脚）和TH端（6脚）相连接，并作为触发信号的输入端，并将T管的DISC放电端（7脚）经电阻R1接致电源Vcc，同时TH端对地接入电容C，这就构成了如图2.6（a）所示的多谐振荡器，其工作波形如图2.6（b）所示。

工作原理：

接通电源后，Vcc经电阻R1、R2对电容C充电，当电容上的电压Uc按指数规律上升到

Vcc时（

和TH端电平大于

Vcc），输出端Uo翻转为低电平。

同时，放电管T饱和导通，电容C经R2对DISC端放电。

电路进入第一暂稳态。

在电容C放电过程中，Uc随之下降。

当Uc下降到

Vcc时，输出Uo由低电平翻转到高电平，放电管T截止，电路进入第二暂稳态。

电路进入第二暂稳态后，放电管T处于截止状态。

电源Vcc又经电阻R1、R2对电容C充电。

当电容上的电压Uc充到

Vcc时，输出Uo由高电平翻转到低电平，电路返回到第一暂稳态。

此后电路交替进行充、放电，使两个暂稳态相互交替，从而输出周期性的矩形脉冲。

由图2.6（b）可知，电容C充电时间

电容C放电时间

，多谐振荡器的振荡周期T、频率f和占空比q可用下式估算：

555定时器用于实际中的实例有：

能发出“叮、咚”声门铃的电路和旋光彩灯控制电路。

而此报警电路就是采用555定时器构成的无稳态多谐振荡器所输出的波形作为音频信号。

无稳态多谐振荡器是一种简单的振荡电路。

它不需要外加激励信号就便能连续地、周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成，因此称为多谐振荡器电路。

2.4总电路

如图2.7所示为电冰箱开门报警电路。

该电路主要由以时基电路555为核心组成的单稳态触发器IC1、无稳态多谐振荡器（IC2、IC3）等组成。

当电冰箱开门或门未关紧时，电冰箱内的照明灯就会点亮，光敏晶体管BG1因受光照而触发导通，相应使BO2饱和导通，于是IC1①脚电位接近于地电位。

又因电容器C1两端起始电压为0，从而使IC1②脚和⑥脚为低电平，单稳态触发器自IC1③脚输出高电平。

相应IC2、IC3①脚均为高电平，从而使IC2、IC3都处于截止状态。

与此同时，电容器C1进行充电，当C1充满电后，IC1③脚和⑥脚的电位大于1/3Vcc，IC1③脚变为低电平，从而使IC2、IC3开始正常工作，扬声器发出报警声。

由于人们开启电冰箱存取食物的平均时间为8秒，报警延迟时间可选在4～7秒之间，此值可通过调整电阻R8来实现。

关门后，电冰箱内的灯灭，C1通过D1和IC1的内阻放电，相应使IC1复位。

在黑暗中BG1的集-射极问具有高阻抗，使BG2管截止，对应漏电流很小。

为使电冰箱门打开，本电路放在电冰箱内的位置应使光敏三极管BG1对准箱内的灯光，以使BG1在电灯亮时能及时采光。

本报警器通过告知人们开门时间过长或电冰箱门未关紧来避免箱体内的冷气大量溢出，以节约因需要对流进去的热空气重新制冷而耗的电能。

第3章实验检测

对总电路进行实验检测时，当冰箱开门时，电路一直工作，关门时，此电路不工作，实现其设计要求。

3.1电路工作时，也就是冰箱开门时电路一直报警

3.1.1问题分析：

（1）延时电路异常。

可能原因：

D这个二极管被击穿，使IC1③脚和⑥脚的电位大于1/3Vcc，IC1③脚变为低电平，从而使IC2、IC3一直正常工作，扬声器发出报警声。

（2）延时时间过短。

可能原因：

R8电阻过小，使C1充电时间太短。

3.1.2解决方法：

对D二极管进行检测。

3.1.3步骤：

（1）用万用表对其进行单向导电性检测，看是否单向导通，如是，则证明二极管正常。

如否，则二极管被击穿，更换二极管看电路是否正常工作。

如不正常工作，则还有其他原因。

（2）调节R8看电路是否延时报警，如延时，则调到延时10秒报警。

3.2电路工作时，即冰箱开门一段时间后，未报警

3.2.1问题分析：

（1）延时电路异常

可能原因：

C1不工作，使IC1②、⑥脚一直为低电平，单稳态触发器自IC1③脚输出高电平。

相应IC2、IC3①脚均为高电平，从而使IC2、IC3都处于截止状态。

（2）音频发生电路异常

可能原因：

发声器件损坏。

3.2.2解决方法：

更换C1，更换发声器件。

3.2.3结果

经过改进、调整此电路能实现其功能，即：

（1）冰箱门正常关闭时，此电路不工作；

（2）冰箱门未关闭时，10秒后，此电路将发声报警，提示要关门。

结论

通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。

毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。

其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。

毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。

在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。

在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。

毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。

自己要学习的东西还太多。

通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的