省电防骚扰门铃.docx

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省电防骚扰门铃

综述

　　“门铃”这玩意在中国古代较少听说，有钱的大户人家是在大门上装有装饰性的门环，叫门的人可用门环拍击环下的门钉发出较大的响声，有现代“门铃”的作用。

　　“门铃”在外国电影的古代片中常有出现，也多是有钱的人户在门前吊着一只硕大的青铜手柄。

马车夫将客人送到门前的时候，会顺便拉拉它牵动里面的铃当以示来人。

在近代“门铃”不再是有钱人家的专项，“门铃”已在平民百姓人家广泛普遍应用。

各式各样的“门铃”比比皆是，“门铃”的作用也不仅仅是局限于给客人叫门用。

从最早的“掩耳盗铃”的典故说起，也就是说在这个故事发生的许多年前就有了门铃，一直延续应用至今。

　　近代最常见的“门铃”是电子类的占多数：

　　最常见的是前几年流行的“电子门铃”；一般安放两节5号电池在内，门外的触发电钮被人按动后，门内的“门铃”就“嘀嘟”地响几声。

也有的是由IC片播放一段电子音乐的。

后来演变到客人可以在门口与楼上家里的主人讲话，验明真声后主人再给客人开门。

它们的缺点就是要消耗电源，特别是用电池的毛病较多，但用交流电的又怕临时停电。

高级公寓里的“门铃”算是这类中造价最昂贵的，不但可以叫门对话，还可以通过摄像头让家中的主人在屏幕上看到远在门外楼下的来客，用这样的“门铃”顺便监看放在楼下的车辆倒也不错。

门铃”的触发与应用也有多种形式：

　　近来在个别茶吧在门上吊一串风铃，有客人推门时风铃就发出一连串欢快说耳的声言，侍应小姐闻讯马上跑过来照呼问好，偶觉的这样比派人站在门口要好。

门铃主要是作为一种传递消息的工具，“电子门铃”增加接线按钮的尝试，可以发出“我有病请来帮助！

”或是“来打麻将好不好？

”的信息。

　　门铃有时也可以通过光来控制，对于一些听力障碍的特殊人群，比如老年人用大瓦数电灯来代替铃声，同样起到了门铃的作用。

在门口按得它闪闪发光以示来人。

　　在家里装只“电子门铃”如果只是叫门，不免有点单调。

如果多安几只触发传感器，可以有煤气报警、自行车被动、火灾呼叫、定时提醒、等不同音响与作用，这样做成本也不会太高。

　　如果“门铃”只需要作叫门的作用，用电子式的就太过繁琐了。

有些穿新的作法是用一只吊在钢丝上的铃当做“门铃”，钢丝连接门外的弹性按钮即可。

这样的“门铃”制作简便悦耳耐用，乃是简便“门铃”中最上乘的作法。

“铃当门铃”可谓是返璞归真的典型绿色用品，无需用电安全可靠，经济耐用简便悦耳，不耗电池有利环保，还可以做成双音或装饰品外形美化环境，值得在社会上推广使用。

1门铃设计方案与分析

方案一：

叮咚门铃

方案二：

触摸式门铃

方案三：

省电防骚扰门铃

1.1方案一：

叮咚门铃

利用一块NE555和电阻Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4，其阻值分别为37千欧、22千欧、22千欧、22千欧、47千欧，以及电容C1、C2、C3，其值分别为47uF、0.05uF、50uF,

还有两个二极管型号为2AP10。

图1-1叮咚门铃电路图

图中的IC便是时基电路集成块NE555，它构成无稳态多谐振荡器。

按下按钮AN（装在门上），振荡器振荡，振荡频率约700Hz，扬声器发出“叮”的声音。

与此同时，电源通过二极管D1给C1充电。

放开按钮时，C1便通过电阻R1放电，维持振荡。

但由于AN的断开，电阻R2被串入电路，使振荡频率有所改变，大约为500Hz左右，扬声器发出“咚”的声音。

直到C1上电压放到不能维持555振荡为止。

“咚”声的余音的长短可通过改变C1的数值来改变。

参数计算：

充电时间：

（1-1）

放电时间：

响铃频率：

此设计电路的优点在于其集成度小，耗费的材料少。

可是其NE555集成的是多谐振荡电路，没有暂稳态，如果不停的按门铃，门铃则会响个不停，会打扰主人休息，而且它的的频率要通过电容C1来控制，然而可变电容造价比较昂贵。

其实改变振荡频率还可以通过电阻来控制。

由于这个电路的诸多毛病，所以这个方案被否定。

1.2方案二：

触摸式门铃字串4

工作原理：

电原理图如图所示。

555时基集成电路工作在单稳状态，平时③脚和⑦脚均为低电平．当用手触摸一下金属感应片M时,人体的感应信号通过0.1μF电容加至555时基集成电路的②脚，使电路翻转进入暂稳态，这时③脚输出高电平直接加到门铃芯片的触发端，芯片被触发并通过三极管推动扬声器发声。

同时⑦脚也变为高电平，电源通过100KΩ电阻对4.7μF电容充电,当电容上的电压充至2/3电源电压时，电路又翻转，暂稳态结束，③脚又变为低电平。

待再触摸一次M时，上述工作过程周而复始。

因此每触摸一次M，门铃就被触发一次。

③脚上的0.01μF电容为抗干扰电容,可防止门铃被误触发。

图1-2触摸门铃电路电路图

元器件选择与制作：

本电路的门铃芯片选用“叮咚”（HL9300）芯片，它每被触发一次，尽管③脚变为低电平后，它仍可连续发出三次“叮咚”声。

如选用的是需要触发端一直为高电平才可发声的芯片（如音乐芯片），应适当调整⑦脚上的阻容时间常数来调整暂稳态的时间，使③脚的高电平足以使芯片发出一曲完整的音乐后才变成低电平。

另外还应通电测量一下门铃芯片推动三极管的基极电位，如静态（不发声）时为低电平，则改用NPN型三极管作推动管，目的是防止静态动耗，延长电池使用寿命。

参数计算：

充电时间：

=0.47s（1-1）

响铃频率：

=2.12Hz（1-2）

电路优缺点：

由于这个电路的NE555接成了单稳态触发器，所以能够起到防骚扰的功效，也就是在其被触发后，到充电完毕的这个暂稳态时间内，其不能够再被触发。

从而达到了防骚扰的目的。

触摸片的引线太长时最好使用屏蔽线并将屏蔽层接地。

本电路制作简单，只要安装无误即可正常工作。

本电路还可扩展为触摸开关、触摸报警器等实用电路。

然而由于这个电路也有一定的缺陷，因为没有采用可变电阻器，所以这个电路的充电时间不能够调节，而且这个电路还缺乏触发器。

所以这个方案也被否定。

1.3方案三：

省电防骚扰门铃

图1-3省电防骚扰门铃电路图

当按下SW时，IC1的2脚被加上低电平触发信号，其3脚就输出一个高电平的单稳态脉冲，此脉冲的持续时间由RV，C2的时间常数决定。

此脉冲的前沿触发“叮咚“集成电路IC2，使后者产生一次“叮咚”声。

由“叮咚”集成片子的接法，在IC1的其余单稳态时间内，IC2不能再次被触发，而且无论怎样按动SW，IC1的3脚仍持续输出高电平，即门铃处于暂时休止期。

当单稳态时间结束时，IC1的3脚变成低电平，门铃的休止期结束，电路又做好相应下一次按钮触发的准备

电路优缺点：

该电路采用了NE555接成的单稳态电路，可以起到防骚扰的目的，继承了上一个电路的优点，而其该电路的的RV是可调的，因此它的脉冲时间可以人为的改变，这样具有很好的灵活性。

这个片子也采用了叮咚片子，而且叮咚片子可以直接与三极管相连可以有效地减少连接线路，如果把三极管与三极管相连组成多级放大电路就会使得叮咚片子发出更大的功率来驱动扬声器，而且电路采用的是3V电源，市场上随处可见，可以很好的满足电路的需要，适应能力特别强。

而这个手动开关也特别好，工作特别稳定。

上一个电路的触摸式开关也很有价值，可是上一个电路没有设计出具体的触发开关，但这个触发开关可以对省电防骚扰门铃进行功能扩展。

所以我们在设计这个电路的时候不妨对触摸开关进行设计。

因此我们选定这个设计方案，因此在下一章中，我们将对电路进行具体设计，该电路被选定。

在下一章中，我们将分别阐述省电防骚扰的门铃的各个部件，包括光敏开关的设计，NE555的功能介绍，NE555接成的单稳态电路，叮咚片子的接法。

2省电防骚扰门铃电路设计框图及功能描述

2.1门铃电路设计框图

2.2各个部件的功能描述

2.2.1光敏电路功能描述

图2-1光敏开关电路

工作原理：

这个电路通过电源Vcc给一对光敏二极管提供电源，使光敏二极管一直处于导通状态，而光敏二级管在导通的状态下，其阻值看作为零，因此运放接收到的信号为低电平，通过电压比较电路输出一个低电平，而单稳态触发器是低电平触发，

所以在运放的输出端再接一个反相器，输出一个低电平。

由于门铃的开关是低电平触发，所以要给比较器的输出端加上一个反相器。

则Io3输出的为高电平。

参数计算：

1.在光敏二级管导通的状态下

（2-1）

所以在未触发的状态下,2号端口保持在高电平状态。

2.当对射二极管被遮挡后，接收端二极管截止，二极管的内阻无穷大

（2-2）

在触发的状态下，2号端口保持在低电平。

电路优缺点：

电路采用了光敏对射二极管，在对射光敏二极管在正常导通的状态下，输入放大器的是一个低电平，输入信号通过放大器放大后，再通过反相器将信号变为高电平，这样就达到了单稳态触发器在未被触发的情况下保持高电平的目的。

当光敏二级管被遮挡后，接收端的二极管阻值骤然上升，在接收端的光敏二极管的电平就变为了5V左右，然后记过放大器进行放大后，将电平传给了反相器，这样电平变为了低电平，从而达到了低电平触发的目的。

而且电路的对射二级管接收端串入了1000千欧的电阻，使得二极管的工作电流相当低，起到了很好的节能作用，从而降低了设计成本。

可是这个电路每次都将放大器输出的电压进行了一次反向，这样难免显得比较啰嗦，电路还不够简洁，为了使得这个电路的适用性更前以及更加简便接成与集成。

我们可以对这个光敏开关电路进行微小的变动。

它的修改电路如下：

图2-2光敏电路图

将光敏对射二级管和电阻的位置进行调换，并取消了反相器，这样实现的功能和前一个电路的功能一样。

参数计算：

1.在光敏二级管导通的状态下

（2-4）

所以在未触发的状态下,2号端口保持在高电平状态。

2.当对射二极管被遮挡后，接收端二极管截止，二极管的内阻无穷大。

（2-5）

在触发的状态下，2号端口保持在低电平。

所以光敏开关选用第二个电路图。

2.2.2ＮＥ５５５功能描述

NE555时基集成芯片的电路结构和芯片引脚图如图1所示。

他含有两个电压比较器C1、C2，一个基本RS触发器，一个放电开关管Td，比较器的参考电压由三只5K的电阻构成的分压器提供。

分压器分别使高电平比较器C1的同相输入端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2Vcc/3和Vcc/3。

C1、C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号从6脚输入并超过参考电平2Vcc/3时，触发器复位，555的输出3脚为低电平，同时放电开关管导通。

当输入信号从2脚输入并低于Vcc/3时，基本RS触发器置位，555的输出Vo为高电平，同时放电开关管截止。

图2-3NE555内部结构图和芯片引脚图

4脚是复位脚，当为低电平时，555输出低电平。

平时4脚开路或接Vcc。

5脚是外加控制电压输入端，当5脚外接一个输入电压时，则改变比较器的参考电压，不接外加电压时，5脚通常接一个0.01uF的电容到地，用来消除外来的干扰，以确保参考电平稳定。

Td是放电管，当Td导通时，为放电端7脚提供低阻抗放电通路。

555定时器主要通过电阻R和电容C构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

利用它可以构成从微秒到数十分钟的延时电路、单稳态触发电路、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

2.2.3叮咚片子功能描述

“叮咚”声集成电路KD——153H、三极管9013音乐集成电路KD——153H，可用替代法在已装好的电子门铃上检测。

也可用KD一9300型的其它音乐集成电路代替，可制成音乐电子门铃。

三极管9013。

采用放大倍数较大的效果好。

图2-4叮咚”片子接法

3省电防骚扰门铃电路原理设计及参数计算

图3-1省电防骚扰叮咚门铃的电路图

电路原理：

IC2是产生叮咚声的音乐IC，当它的①脚电位瞬时变高时，⑤脚就输出2个间隔很短的“叮咚”声的音频信号。

此信号经T1、T2组成的高增益放大器后，驱动扬声器发出“叮咚”声。

如果①脚持续保持高电平，则扬声器重复发出“叮咚”声，直到①脚变成低电平为止。

电位器RP1把555③脚输出的正向单稳态脉冲，调到2-60S之间的某一数值（如：

20S）；RP2用来调节“叮咚”声调的高低和重复发快慢；RP3用来调节音质；RP4调节“叮咚”声的衰减时间。

555及其周边元件组成单稳触发器。

当按下门铃按钮SW1时，555②脚被加上低电平触发信号，其③脚就输出1个高电平的平稳态脉冲，此脉冲的持续时间由R2、RP1和C2的时间常数来决定，并可用RP1把它调到2-60S之间的某一数值。

此脉冲的前沿经C3触发HT2811，使后者产生1次“叮咚”声。

由于C3的隔直流作用，在555的其余单稳态时间内，HT7811不能再次触发，而且无论怎么样按动SW1，555③脚仍然持续输出高电平，即门铃处于暂时休止期。

当单稳态时间结束时，555③脚变成低电平，C3通过555③脚和HT2811①脚的电位迅速放完电，门铃的休止期结束，电路又做好响应下次按钮触发的准备。

平时未按下SW1时，电源经R1使555的②脚保持高电平，以免555被误触发。

C1滤除门铃按钮长电缆可能感染的干扰信号，使它不能触发本电路。

由于整个电路的静态电流很小，故可省去电源开关。

参数计算：

（3-1）

4调试波形、调试结果记录、最后电路原理图

图4-1充电时间波形图

图4-2最终选定电路

当按下SW时，IC1的2脚被加上低电平触发信号，其3脚就输出一个高电平的单稳态脉冲，此脉冲的持续时间由RV，C2的时间常数决定。

此脉冲的前沿触发“叮咚“集成电路IC2，使后者产生一次“叮咚”声。

由“叮咚”集成片子的接法，在IC1的其余单稳态时间内，IC2不能再次被触发，而且无论怎样按动SW，IC1的3脚仍持续输出高电平，即门铃处于暂时休止期。

当单稳态时间结束时，IC1的3脚变成低电平，门铃的休止期结束，电路又做好相应下一次按钮触发的准备.

将光敏开关与手动开并联以后，省电防骚扰门铃就不仅仅是一个门铃了，它还是光敏控制的防盗系统。

光敏开关是对省电防骚扰门铃的功能扩展。

而且脉冲的时间可以通过滑动电阻Ｒv来调定。

在单稳态时间内，无论怎么按动门铃都不会发出声响，从而起到了防骚扰的作用。

如果采用更好的光敏对射二级管，或者将发光二极管改为激光对射管则省电防骚扰门铃作为防盗系统的监测范围将会成倍增加。

而它所需要的器件相当少，因而造价低廉，所能实现的功能也相当不错。

我想它具有很强的市场应用前景。

5课程设计体会

这是上大学两年以来首次动手设计电路，让我们知道了以后我们是干什么的，因此感到这次课程设计真是受益匪浅。

首先，让我有幸认识了两位学长，从他们的身上我学到了很多东西，特别是在做学问方面一丝不苟，踏踏实实，然后，就是在知识方面，他们对知识的掌握不仅扎实而且应用的是如此的信手拈来，特别是在我设计光敏开关的时候他们给与了我不少的指点，特别是在通过改变对射二级管和与光敏开关位置的时候，我发现知识应用可以如此的灵活。

最后我觉得这次课程，特别有意义，我们平时只是对理论知识进行了学习，如果不加以应用就会健忘。

所以我希望以后还有更多的设计机会，如果学校能够提供更多的资金让我们动手焊这些器件，那就太好不过了，那样我想我们的动手能力将会有一个质的飞跃。

我认为，在这学期的课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

总的来说，我对这门课是热情高涨的。

第一，我从小就对这种小制作很感兴趣，那时不懂焊接，却喜欢把东西给拆来装去，但这样一来，这东西就给废了。

现在课程设计正是学习如何把东西“装回去”。

每次完成一个步骤，我都很有“成就感”。

第二，课程设计，是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、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，作为国家重点培育的高技能人才，仅会操作鼠标是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。

通过一个星期的学习，使我们对电子的理论有了初步的系统了解。

我们了解到了NE555的功能以及各种接法，还有就是我自己设计了一个光敏开关，并且这个光敏开关还特别好使，让我对传感器在未学之前就产生了浓厚的兴趣，这对以后的学习是非常有用的，毕竟兴趣是学习的一大动力。

这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子技术方面学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。

实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。

没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。

在课程设计中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。

比如做光敏开关的组装与调试时，不断地改变设计方案，也就不停的思考。

我觉得自己在以下几个方面与有收获：

1、对电子技术的理论有了初步的系统了解。

我们了解到了来连接普通元件与电路元件的技巧、门铃的工作原理与组成元件的作用等。

这些知识不仅在课堂上有效，对以后的电子技术的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。

2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。

在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。

比如在连接接芯片时，怎样把那么多脚分开连接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我们做到了。

虽然在课程设计中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。

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