多路防盗报警器的设计报告.docx
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多路防盗报警器的设计报告
1前言
随着科学技术和生活水平的逐渐提高,许多人住进了现代化的住宅小区,家中的贵重物品也增多。
由于煤气和大量的电气设备的使用存在不安全因素，以及人为因素引起的盗窃与抢劫等，给居民的生命财产带来了巨大的威胁。
因此,人们需要一种有效措施来解决存在的不安全因素的防范。
目前虽采取了一系列的防范措施。
如：
采用防盗门，在窗户上加防盗网等安全措施，但已经难以满足现在人们对生命财产安全保护的需要。
为了进一步提高居民的生命和财产的安全的保护，在住宅小区引入了智能化报警器。
它是一个智能化安全防范系统，是由安全对讲系统、防盗报警系统、防火系统和防煤气泄漏系统等组成。
安全防范系统是家庭‘住宅小区防范外来侵害和自然灾害的一种有效手段，大大提高了居民的安全感，已成为社会中的一个重要组成成分。
其中智能防盗、防火报警系统是当前智能报警领域的一个技术热点。
目前，国家建设部规定住宅应实现的六项自能化要求。
其中包括实行安全防范自动化监控管理；住宅火灾，有害气体的泄漏实行自动报警；火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等的探测器为主等等。
它们都应与计算机连接，实现网络的综合管理与控制。
如果一个小区实现了智能化管理，管理人员就可以很快有效地完成对小区的智能化管理，诸如各种盗情、火灾报警数据的采集，管理中心对各种警情的及时处理等。
现在居民用得最多的是防盗门、防盗窗的使用，虽有一定的防盗作用，但却效果不好，另外小区安全措施不足，居民的安全意识不高，因此安全防范报警器就急需普及。
在我国，以北京、上海、深圳、广州等较为发达的城市为首，在近几年内逐渐形成了一股智能化住宅热潮。
目前，公安部、建设部均要求智能化住宅小区必须有安防系统。
大连市华乐一环海公园全部住宅均设计有国内一流的家居安防系统，家居安防系统包括幕帘式电子栅自能门禁管理、紧急呼救和误报自解除功能。
该系统采用了不间断电源，当居民的安防系统断电时，自检系统会自动向保安报警。
此外备用电源的加入，即使在断电的情况下，也可以由备用电源想防范系统供电，确保防范系统的正常持久的运行。
由以上可见，随着人们生活水平的日益提高，智能化住宅已成为21世纪的不可缺少的成分，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。
2总体方案设计
2.1方案比较
图：
2.1多路防盗报警器电路总原理框图
方案一：
1.电源提供电路
图2.2电源提供电路
该电路通过变压器TR1，以N1：
N2或者N1：
N3为100:
16的变比，把220v的交流
变为约32v的交流电。
然后再通过整流电路（GR1N1183）、滤波电路（电容C1的滤波作用）和稳压电路（LM7812C）,以及C3、C4再次滤波，使输出电压Vo约为12V的直流电，还有最后的电压为8v的备用电源，它们一起组成电源提供电路。
2．控制电路
图2.3八路防盗控制电路
此电路通过74HC573和R1到R9、八个开关、导线构成。
当X点为高电平时，74HC573进入正常工作状态。
八个输入管脚D输入什么电平，八个输出管脚Q就输出什么电平。
输入电平的高低由八个接地的开关和接高点位点的X的分别连接的八只电阻R一起控制。
平时开关闭合。
输入为低电平，当哪路开关断开就说明此路有盗贼闯入，此时此路输入输出就为高电平，通过高电平的输出让报警电路报警。
3.报警电路
图2.4八路防盗报警电路
该电路由三个“非门”、TLC555构成的多谐振荡器、三极管构成的功放等元件组成。
U7为+12数字电压源。
当前面的A、B、C、D、E、F、G、H中有一个接收到高电平时，通过三个“或门”输出的一定是高电平，来控制多谐振荡器和功放连接的喇叭来发声报警，以及通过后面的八个与A、B、C、D、E、F、G、H一一对应的指示灯，L1到L8来指示出是哪路产生的报警信号。
从而让值班室的工作人员及时准确的知道，是哪所住宅有盗贼闯入，以便及时的采取有效措施，从而防止偷盗的发生。
方案二：
1.电源提供原理图与方案一相同。
2.控制电路
图2.5八路防盗控制电路
该控制电路由八个三极管、八个二极管和16个电阻组成的八路控制电路，可以表示八个防盗控制点。
下面的八个A、B、C、D、E、F、G、H表示八个开关的地点。
平时开关闭合，三极管处于截止状态。
当有小偷闯入时，相应那路的开关就断开，从而三极管就导通开始工作。
上面的A、B、C、D、E、F、G、H代表八个点位输出点，哪路有小偷闯入，相应的那路输出点电位就为高电平。
Vo处表示从电源提供电路那里获取高电位。
上面的A、B、C、D、E、F、G、H八个点位输出点是用来控制后面的报警电路。
3.报警电路
图2.6防盗报警电路
八路报警电路,由如图2.6所示的八个相同的报警电路组成。
图2.6的报警电路由TLC555组成的多谐振荡器、指示灯、喇叭等组成。
多谐振荡器左端的A点是接受控制电路对应输出点的点位信号，右端的A点连指示灯和喇叭，起声光报警提示作用。
当此路声光报警器发光发声就表示此路现在又盗贼闯入，从而有利于值班室的工作人员快速的指导准确的情况，仪表即使的采取相应的防盗措施。
2.2方案的论证与选择
由上文两种方案知，它们的电源提供电路相同，控制电路和报警电路不同。
下面我们就来分析电路选择的优缺点。
1.电源提供电路（相同部分）
该电路的优点：
当家用电网不停电时，且因备用直流电源为4.5v，小于电网经变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路后输出约为5v的电压，同时因为二极管的添加，使此时备用直流源就停止工作，仅由电网供电。
当电网停电时，此时二极管阳极电压大于阴极电压，二级管导通，备用电源开始供电，保证了防盗电路的持续正常运行。
缺点：
电路过于复杂和实际电容元件的值得选择有难度，最后环节的稳压与滤波后电压值不值确切的5v，只是一个约为5v的大概值，不精确。
2．控制电路（不同部分）
方案一的优点：
此控制电路只采用了一个简单的74HC573芯片（利用当它8输入管脚输入什么电平，八个输出管脚就输出对应的电平）和八只电阻、八个开关、导线构成。
此电路为八路控制电路。
我们还可以根据实际情况的需要，任意添加74HC573芯片等元件的个数，来扩充控制电路的路数，且电路简单易行，成本低，电路运行极为可靠，是较为理想选择。
方案二的优点：
此控制电路只由三极管、二极管、电阻等元件组成。
同样为八路控制电路。
且可以根据实际情况的需要，任意添加或减少控制电路的路数。
缺点：
过多的采用了三极管、电阻等元件和电路线数多，电路看起来极为复杂，且从经济上考虑，比方案一的控制电路的成本高，二极管也是一种极容易损坏的元件，可能导致电路不能正常运行。
3.报警电路
方案一采用了三个“或门”，从而使八输入变为了一输出来控制多谐振荡器工作，再由多谐振荡器控制功放，使输出信号加以放大，这样使扬声器发出的声音更为响亮，更容易被值班室的工作人员察觉，此外从八输入电位那里还分别引出了八根导线连接八个指示灯A、B、C、D、E、F、G、H到值班室，用来反映是哪路发生偷盗事件，以便工作人员立即采取措施。
方案二中没有功放和“或门”，却多了七个多谢振荡器以及喇叭等元件，其它电路与方案一的相同。
振荡器的增多使电路极为复杂成本增高。
另外没有功放，使输出信号来凝结的扬声器发声不够响亮，没有方案一中那样容易引起工作人员的注意。
方案一的电路虽然也比较复杂，但总体上相对方案二少了多谐振荡器的个数，电路相对简单，此外综合成本比方案二中的低，经济价值更加合理。
由以上综合观点知，方案一更为被人们接受，所以选择方案一。
3单元设计
3.1各单元模块功能介绍级电路设计
3.1.1交变电源
图3.1交变电源
此图的电源VG1表示家庭用电电源,从电网获得，为220v的交流电。
TR1表示变比N1：
N2和N1：
N3都为100:
16的交变变压器。
它的作用是把220v的交流电变为约32v的交流电供后面部分的电路使用。
3.1.2整流电路
图3.2整流电路
该电路是由四个二极管对称连接而成的GR11N1183与电容C1组成的整流电路。
四个二极管连接成电桥的形式，顾有桥式整流电路之称。
整流桥的D1、D2的连接处称共阴极，用“+”表示，即电流从此处流出，D3、D4连接处称共阳极，用“-”表示，其他两处用“～”表示。
该电路对交变电源输出的电压约为32v的交流电进行整流，得到电压幅值全为正的电压波形，以方便后面的滤波电路滤波。
3.1.3滤波电路
图3.3滤波电路图3.4整流滤波后的输出波形
滤波电路主要由两个电容C1、C2构成，对整流后的电压经两个电容进行滤波。
原理是：
当没有电阻R1时，因没有放电通路，整流滤波后的输出波形如图3.4左边的输出波形，电压恒为一条直线。
当接有电阻R1后，电压电容C1、C2进行充放电，因为充放电时间常数比放电时间常数小很多，所以充电很快，而放电较为缓慢，电压输出波形就为图3.4右边的上面标有充放电过程的波形所示。
3.1.4稳压电路与备用电源
图3.5稳压电路与备用电源
该电路主要由稳压器LM7805C、电容C2、C3和C4、二极管与备用电源（8v的干电池）组成。
稳压器LM7812C对从前面滤波电路那里得到的输入的电压进行一次稳压，并将稳压结果经电容C3、C4再一次滤波，它的目的是得到恒为8V的直流电压，送给后面的电路工作。
平时因为稳压和再次滤波后的输出电压约为12v，而干电池电压为8v，就使得二极管的阴极电压大于阳极电压，二级管截止，此时干电池就不会向电路供电。
当家庭用的电网断电时，就没有输入电压向稳压电路供电，二极管的阳极电压就大于阴极电压，二级管导通，干电池就向电路供电，开始工作，保证防盗电路的继续的正常运行。
3.1.5控制电路
图3.6八路控制电路
此电路由74HC573和R1到R9、八个开关、导线构成八路控制电路。
X点为从电源提供电路那里获取电压。
防盗电路正常运行时X点始终为高电位。
74HC573的使能端
=“1”，C=“0”时，74HC573进入正常工作状态，此时八个输入管脚D输入什么电平，八个输出管脚Q就输出与之对应的电平。
输入电平的高低，由相互并联的八个与导线连接的接地的开关和与X点连接的有电阻R的八个线路一起控制，如图3.6所示。
没有小偷闯入时，74HC573左端的A、B、C、D、E、F、G、H的八处控制点的开关都处于闭合状态，74HC573的输入输出全为低电平。
当74HC573左端A、B、C、D、E、F、G、H八处控制处的某处有盗贼闯入时，对应的该路的开关就断开，从而使该路的输入输出全为高电平，通过高电平的输出让下步电路的报警电路工作，进行声光报警，引起值班室的工作人员的注意，且及时准确的知道是哪路发生了偷盗事件。
以便做出及时的处理，防止居民的财产损失。
3.1.6报警电路
图3.7八路报警电路
该电路由三个“非门”、TLC555构成的多谐振荡器、三极管构成的功放等元件组成。
前面的八个线路A、B、C、D、E、F、G、H表示从上文的控制电路那里，接收从74HC573八个输出管脚那里接收对应的电平。
前端的八个A、B、C、D、E、F、G、H线路，通过三个“或门”后，变成只有一个输出信号的电路，并由此输出信号来控制多谐振荡器和功放及扬声器工作。
当某地有偷盗发生时，八条线路中与之对应的某条线路就获得高电位，经或门后的输出的一定为高电平，来控制多谐振荡器进入充放电的多谐振荡状态，振荡频率由电阻、电容一起控制。
多谐振荡器的输出信号再来控制由三极管组成的功率放大器工作，把信号加以放大后送给扬声器，发出一定频率的报警声音让工作人员知道此时住宅小区内有盗贼闯入居民住宅。
同时L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8八个指示灯，是通过线路与前面的八条线路A、B、C、D、E、F、G、H一一连接八个光报警元件，这样当某路有偷盗发生时，就可以通过与之对应的那路指示灯发光，让值班室的工作人员知道具体是哪个住宅现目前有盗贼闯入，以便及时的采取有效措施，从而防止偷盗的发生。
3.2特殊元件的介绍
3.2.1LM7812C
此稳压器多与电容、电阻、运放、三极管、二极管等元件构成具有特定功能的电路使用。
下面就举出它在实际的具体应用中的几个例子。
图3.2.1LM7812C三端式稳压器
1.固定式三端集成稳压器的应用举例
图3.2.2三端式稳压器的典型接法
电路中靠引脚处接入电容C1、C2用来实现频率补偿，防止稳压器高频自激震荡和抑制电路引入的高频干扰，C3选用的是电解电容，以减小稳压电源输出端由电源引入的低频干扰。
D1二极管是起保护作用，当输入端短路时，给输出电容器C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于稳压元件LM7812C内部的调整管的be结，造成稳压元件LM7812C的损坏而不能正常工作。
图3.2.3输出电压可调的稳压电路
该电路为输出电压可调的稳压电路，它由LM7812C和电压跟随器A组成。
该电路用A将稳压器与取样电阻隔离。
图中的电压跟随器A的输出电压等于其输入电压Vo·，即满足
Vo·=Va，也就是说电阻R1与Rp上部分的电压的之和为LM7812C，当调节Rp时，输出电压随之变化，其调节范围为Vomin=（R1+Rp+R2）Va/（R1+Rp），Vomax=（R1+Rp+R3）Va/R1。
设R1=R2=Rp=300Ω，Va=12时，则输出电压的调节范围为18V～36V。
并且此电路还可以根据输出电压调节范围和输出电流的大小选择适合三端稳压管、运放和取样电阻。
3.2.2TLC555
555定时器是一种集模拟数字于一体的中规模集成电路，其应用极广。
不仅用于信号的产生和变换，还用于控制与检测电路中。
555定时器有双极性和CMOS两种类型，它们的结构及工作原理基本相同，没有本质的区别。
一般来说，双极性定时器的驱动能力较强，电源电压范围为5～16V，最大的负载电流可达200mA。
而CMOS定时器的电源电压范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下，它具有功耗低、输入阻抗高等优点。
下面就让我们来了解定时器555的工作原理及其在实际中的一些应用。
1.TLC555定时器的结构和工作原理
图3.2.4555定时器
555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管
T以及缓冲器G组成，其内部结构如图3.2.4所示。
三个5KΩ电阻串联组成分压器，C1、C2提供参考电压。
当控制电压端（5）悬空时（可对地接上0.01uF左右的滤波电容），比较器C1和C2的基准电压分别为2Vcc/3和Vcc/3。
V11是比较器C1的信号输入端，称为阀值输入端；V12是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。
如果控制电压端（5）外接电压Vco，则比较器C1和C2的基准电压变为Vco和Vco/2。
比较器C1和C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。
放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要外接上拉电阻。
为直接复位输入端，当
为低电平时，不管其他请输入端状态如何，输出端Vo为低电平。
当Vi1>2Vcc/3时，Vi2>Vcc/3时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单的SR锁存器Q置0，放电三极管T导通，输出Vo为低电平。
当Vi1<2Vcc/3时，Vi2当Vi1<2Vcc/3时，Vi2>Vcc/3时，简单SR锁存器R=1,S=1,锁存器状态不变，电路保持原来的状态。
表3.2.1TLC55定时器功能表
输入
输出
阈值输入（
）
触发输入（
）
复位（
）
输出（
）
放电管T
×
×
0
0
导通
＜
＜
1
1
截止
＞
＞
1
0
导通
＜
＞
1
不变
不变
2.TLC55定时器的应用
用555定时器组成的多些振荡器如图3.2.5所示。
接通电源后，电容C充电，当Vc上升到2Vcc时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，为此电容C通过R2和T放电，Vc下降。
当Vc下降到Vcc/3时，Vo反转为高电平。
电容器C放电所需的时间为:
Tpl=0.7R2C
当放点结束时，T截止。
Vcc通过R1和R2想电容充电，Vc有Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为：
Tph=0.7（R1+R2）C
当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。
如此周而复始，于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
电路的工作波形如图3.2.5，其振荡频率为：
f=1/（Tpl+Tph）=1.43/（R1+2R2）C
图3.2.5定时器组成的多谐振荡器
555定时器的内部的比较其灵敏度较高，而且采用的是查分电路的形式，用它组成的多些振荡器的振荡频率受电源电压和温度的变化影响很小。
另外TLC55定时器还可组成施密特触发器和单稳态触发器，这里我们就不在一一介绍了。
3.2.3功放
图3.2.6具有互补对称性质的乙类功放
乙类放大电路具有管耗小，有利于公路的提高，但存在严重的失真，，使得输入信号被削掉了。
如果采用两个管子，使之都工作早乙类放大状态，但一个在正半周工作，另一个在负半周工作，同时使这两个输出波形都加到负载上，从而在负载上就得到一个完整的波形，就能解决效率与失真的矛盾。
上面的图3.2.6a就是由两个工作在乙类放大状态的管子构成。
T1和T2分别为NPN和PNP管，两个管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，RL为负载。
这个电路可以看成是由3.2.6b和c两个射极输出器组成。
因为BJT发射极正偏才导电，因此当信号处于正半周时，T2截止，T1担任放大任务，有电流通过负载RL；而当信号处于负半周时，T1截止，T2担任放大任务，任然有直流通过负载RL；这样两个管组合在一起就互补了对方的不足，组合在一起，就避免了信号的失真，这样的电路我们时常也称它为互补对称电路。
3.2.4或门
图3.2.7或门
图3.2.7a和b分别是“或四门”和“或二门”，c表示的是一种用二极管构成的具有或运算关系的简单或门。
“或门”的功能是实现或运算。
其原理是：
当有几个条件输入时，只要有一个条件满足，这个事件就会发生，逻辑功能输出就为高电平。
最基本的或运算的表达关系式可写为：
L=A+B
关系式中的“+”表示A、B的或运算，也称为逻辑加。
下面就让我们了解下最基本的或门的真值表，以便更加清晰的认识到它的逻辑功能。
表3.2.2或逻辑真值表
A
B
L=A+B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
从真值表中，我们可以清晰的看到，A、B中只要有一个的逻辑电位为“1”，逻辑输出L就为“1”。
3.2.574HC573
图3.2.874HC573
74HC573的功能介绍：
OC输出控制端，C为锁存端
1D、2D、3D……8D为输入端,1Q、2Q……8Q为输出端。
OC=1时，不允许输出，输出为Q=0，
OC=0时，允许输出。
C=1时，Q=D;C=0时，锁存保持不变。
本次设计的多路报警器，不是运用的74HC573的锁存功能。
而是当它OC=0,C=1并保持不变时，输入端输入什么电平，输出端就输出什么电平的置数功能。
74HC573的锁存功能的应用这里就不在叙述。
3.2.6二极管
图3.2.8二极管
二极管主要是运用它的单向导通功能，当阳极电压大于阴极电压时，二级管导通，当阳极电压小于阴极电压时，二极管就截止。
它的运用非常广泛，如路旁夜晚时我们看见的彩灯，还有街上那些门市上装饰的一闪一闪的发光体。
本次试验是运用它的单向导通功能，它与备用电源和稳压后得到的电连接，已实现干电池的备用功能
3.2.7电容与电阻
图3.2.9电阻与电容
电阻与电容是我们再熟悉不过的元件了，在电路设计中，我们主要是根据电路的具体要求选择合适的值即可，本次多路防盗报警器应用了电容C的滤波等功能。
3.3多路防盗报警器
3.3.1多路防盗报警电路的工作原理与功能
1.工作原理
此次设计的多路防盗报警器逻辑工作原理，主要是应用的74HC573的逻辑工作原理，下面就让我们了解74HC573的逻辑功能原理（也就是多路防盗报警器的逻辑工作原理）。
表3.3.174HC573逻辑工作原理
C
输入（D）
输出（Q）
×
1
×
禁止输出
1
0
D
Q=D
0
×
D
锁存
2．功能
此次报警电路的功能是当有小偷闯入时，当某地有盗贼闯入时，对应的该路的控制电路的开关断开，相应74HC573的管脚就为高电平，对应的输出那个管脚就为高电平，通过或门后输出就为高电平，从而来控制报警电路工作，产生声光报警信号。
让工作人员知道此时有盗贼闯入居民的住宅。
另外此报警电路还可以根据实际的需要任意添加或者减少路数，来满足居民的要求。
4仿真与调试
1.电源提供电路的仿真与调试
图4.1电源提供电路
VG1代表220V交流电网，TR1代表变比均为110:
16的变压器，V1为8V的干电池。
当开关SW1或SW2闭合时，测得VF1的电压约为22.6V,VF2约为31.4V，当VF2再经过稳压器LM7812C及C3、C4时，测得VF3约为11.5V。
当开关SW1和SW2都断开时，VF1和VF2约为0V，VF3约为7.3V。
起初采用的是LM7805C和4.5V的干电池，在仿真时，测得电容C4点的电压约为4.7V,这与干电池的电压十分接近，可能因为温度等因素的影响，导致稳压器的输出电压与干电池电压相等，甚至略小，导致干电池起不到备用电源的作用。
同时考虑到VF3点要为高电位，因此换成LM7812C和8V的干电池。
2.控制电路的仿真
图4.2控制电路
U1代表从电源电路那里获得的高电位。
当八个开关闭合时，测得74HC573的输出端全为0V的低电平，当断开某个开关时，相应的输出为5V的高电平。
3.报警电路仿真与调试
图4.3声光报警电路
此图前面的八个端口线表示与控制电路电平输出端口相连。
测试时，只要端口线处有高电平，对应的指示灯L就会发光，VF1为5V,多谐振荡器与运放工作，信号经运放放大，发出响亮喇叭就会发声。
这时工作人员接收到声光报警信号，就会立即的采取防盗措施。
起初没有接运放，测试时，指示灯亮，但喇叭发出的声音不够响亮，不易引起工作人员的察觉，因此加上了运放。
5结论
此次设计的多路防盗器，只要有盗贼闯入，就会自动产生声光报警信号报警。
可以制作为简单的防盗报警装置用于住宅小区，来提高居民的生命及财产安全。
该报警电路主要采用整流电流、稳压器（LM7812），74HC573、多谐振荡器、功放等简单元件构成，因此具有结构与原理简单、制造成本低廉等优点。
此外备用直流源的添加，即使居民用电的电网停电时，也不会影响此防盗电路的正常运行，因为此时备用直流源将会自动转入工作状态，投入使用。
该多路防盗报警电路主要存在的问题有，在电容与电阻的取值上可能不是很适当，特别是整流电路的电容与功放的电阻RL，这些问题可能造成对
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