冰箱关门自动报警电路设计.docx
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冰箱关门自动报警电路设计
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
学生姓名：
吴俊杰
指导教师：
雷斌
副教授
最终评定成绩：
2012年11月
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
学生姓名：
吴俊杰
班级：
31103
学号201003103039
指导教师：
雷斌
副教授
2012年11月19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周:
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周：
根据课题要求，设计硬件电路，并写出工作原理；
第3周：
完成电路板的制作，电路的焊接；
第4周-第16周：
进行电路的安装、调试；
第17-18周：
课题资料的整理、修改、完善、装订，论文答辩。
参考资料
[1]门宏编著《精选电子制作图解66例》人民邮电出版社.
[2] 黄继昌，乔苏文，帐海贵，马红梅，徐巧鱼编著《实用报警电路》人民邮电出版社
[3]张怀武，何为，胡文成，唐先忠编著《现代印制电路原理与工艺》机械工业出版社．
[4]胡斌编著《元器件及实用电路》电子工业出版社．
[5]刘午平，陈鹏飞编著《电冰箱修理从入门到精通》国防工业出版社
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专业
学生姓名
吴俊杰
班级
31103
学号
39
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，参考人民邮电出版社出版、黄继昌，乔苏文，帐海贵，马红梅，徐巧鱼编写的《实用报警电路》，国防工业出版社出版、刘午平，陈鹏飞编写的《电冰箱修理从入门到精通》等资料，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周:
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周：
根据课题要求，设计硬件电路，并写出工作原理；
第3周：
完成电路板的制作，电路的焊接；
第4周-第16周：
进行电路安装、调试；
第17-18周：
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
教研
室意
见
教
教研室主任
年月日
说明：
开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。
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
系（部）：
信息工程系
专业：
电子信息工程
学号：
201003103039
学生姓名：
吴俊杰
指导教师：
雷斌副教授
2012年11月
摘要
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门后延时一段时间发出。
关键词：
555定时器，发声器件，延时电路，整流电路
第1章绪论………………………………………………………………………1
1.1前言……………………………………………………………………………1
1.2选题背景………………………………………………………………………2
1.3设计目标及要求………………………………………………………………2
第2章设计方案选择…………………………………………………………3
2.1元件选择………………………………………………………………………3
2.2方案选择………………………………………………………………………3
第3章系统设计…………………………………………………………………6
3.1整流电路………………………………………………………………………6
3.2延时电路………………………………………………………………………7
3.2.1555定时器…………………………………………………………………7
3.2.2由555定时器构成的单稳态延时电路…………………………………11
3.3音频发生电路………………………………………………………………13
3.3.1多谐振荡器及其组成的音频发生电路………………………………13
3.4总电路………………………………………………………………………15第4章实验检测………………………………………………………………16
4.1对总电路的检测及发现的问题及解决的方法与结果……………16
结论…………………………………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………………………19
致谢…………………………………………………………………………………20
第1章绪论
1.1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！
1.2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。
1.3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。
第2章设计方案选择
2.1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。
2.2方案论证
a.NE555的特点有：
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就
是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
5.静态电流最大值VCC=5V,RL=∞=6mAVCC=15V,RL=∞=15mA
b.NE555引脚图功能配置说明下：
图2-1NE555各脚功能-管脚图
Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin3（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。
Pin4（重置）-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。
Pin5（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。
Pin6（重置锁定）-Pin6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。
Pin7（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。
Pin8（V+）-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：
•供应电压4.5-18V
•供应电流3-6mA
•输出电流225mA（max）
•上升/下降时间100ns
NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（MonostableMutlivibrator）及无稳态多谐振荡器（AstableMultivibrator）。
第3章系统设计
3.1整流电路
原理
桥式整流电路的工作原理如下:
e2为正半周时,对D1、D3加正向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。
电路中构成e2、D1、Rfz、D3通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。
电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去,结果在Rfz,上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整流电路小一半。
桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。
半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。
桥式整流器BRIDGERECTIFIERS，也叫做整流桥堆。
桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。
桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A.
3.1桥式整流电路图
3.2延时电路
3.2．1555定时器
简介
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
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和外引脚排列图分别如图2.2.1图和2.2.2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。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3
3.2555定时器结构图
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo
2脚：
低触发端
6脚：
TH高触发端
4脚：
是直接清零端。
当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表3—1示。
清零端
高触发端TH
低触发端
Q
放电管T
功能
0
0
导通
直接清零
1
0
导通
置0
1
1
截止
置1
1
Q
不变
保持
表3—1555定时器的功能表
应用
555的应用：
图3.3555定时器
（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；
如右图，
振荡周期：
T=0.7（R1+2R2）C
（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。
3.2.2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
单稳态触发器只有一个稳态状态。
在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。
单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。
图3.4单稳态触发电路和工作波形
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3.4（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
3．3音频发生电路
3.3.1多谐振荡器及其组成的音频发生电路
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
（a）多谐振荡器电路 （b）工作波形
图3.5多谐振荡器电路和工作波形
接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。
充电回路是VCC—R1—R2—
C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。
是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得
输出高电平时间
输出低电平时间
振荡周期
输出方波的占空比为
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。
3.4总电路
第4章实验检测
4.1对总电路的检测及发现的问题及解决的方法与结果
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。
一、电路工作时，也就是冰箱开门时电路一直报警。
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。
解决方法：
对D二极管进行检测。
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。
二、电路工作时，即冰箱开门一段时间后，未报警
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。
解决方法：
更换C1，更换发声器件。
三、结果
最后，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
毕业设计可以说是对我大学3年学习成果的考核和总结。
在这短短的时间里我通过自己的努力以及老师的耐心指导，本着严谨求实、开拓创新的精神，完成了这次大学3年里最后的设计实践。
从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。
在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。
毕业设计是我们学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次对冰箱关门自动报警电路的设计，使得我们实际动手能力有所提高，更对知识进行了一定的巩固，认识到了自己在这方面存在的种种不足。
这次毕业设计让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。
当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。
这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。
在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。
脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。
我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。
参考文献
[1]门宏编著《精选电子制作图解66例》人民邮电出版社.
[2] 黄继昌，乔苏文，帐海贵，马红梅，徐巧鱼编著《实用报警电路》人民邮电出版社
[3]张怀武，何为，胡文成，唐先忠编著《现代印制电路原理与工艺》机械工业出版社．
[4]胡斌编著《元器件及实用电路》
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