触摸振动报警器课程设计.docx
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触摸振动报警器课程设计
序号（学号）：
1210000107
吉林建筑大学城建学院
课程设计报告
触摸振动报警器
姓名
系
专业
班级
指导教师
2014
年
9
月
1
日
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT……………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论…………………………………………………………………………1
1.1设计目的……………………………………………………………………1
1.2设计的主要内容……………………………………………………………1
第2章系统硬件设计…………………………………………………………………2
2.1PLC的概述……………………………………………………………………2
2.2PLC的特点……………………………………………………………………2
2.3PLC的结构…………………………………………………………3
2.4控制系统的硬件组成………………………………………………………4
2.5系统控制要求………………………………………………………………8
2.6系统硬件连接图……………………………………………………………9
第3章系统软件设计………………………………………………………………10
3.1设计要点……………………………………………………………………10
3.2PLC应用系统的软件设计步骤……………………………………………11
3.3PLC控制程序………………………………………………………………12
总结…………………………………………………………………………………13
致谢………………………………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………………15
附录
吉林建筑大学城建学院
课程设计任务书
题目名称基于PLC的四路抢答器控制系统设计
院（系）电气信息工程系
课程名称PLC与电气控制技术
班级自动化一班
学号1210000107
学生姓名王生英
指导教师孟凡姿
起止日期2014.9.01——2014.9.07
课程设计任务书
技术参数）及要求
题目名称（包括主要
基于PLC的四路抢答器控制系统设计
1、要求每个学生独立完成设计任务。
2、要求绘制PLC接线原理图。
3、设计程序。
4、在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。
5、完成课程设计任务书。
6、要求提交成果。
设计内容
设计一个四路抢答器，抢答器包括一个开始按钮，一个停止按钮和四个抢答按钮（编号从1到4），当按下开始按钮的时候，抢答器从9开始倒计时，当倒计时减到0时方可开始抢答，当有抢答按钮被按下时，能够准确显示抢答按钮的编号，直到按下停止按钮为止；如果在抢答器倒计时期间有抢答按钮被按下，应当属于犯规行为，则闪烁显示该抢答按钮号，直到按下停止按钮为止。
主要参考资料
[1]马志溪．电气工程设计[M]．北京:
机械工业出版社，2002．
[2]刘增良，刘国亭．电气工程CAD[M]．北京:
中国水利水电出版社，2002．
[3]齐占庆，王振臣．电气控制技术[M]．北京:
机械工业出版社，2002．
[4]史国生．电气控制与可编程控制器技术[M]．北京:
化学工业出版社，2003．
[5]张万忠．可编程控制器应用技术[M]．北京:
化学工业出版社，2001．
[6]王兆义．小型可编程控制器实用技术[M]．北京:
机械工业出版社，2002．
进度计划表
阶段
日期
计划完成工作量
指导教师检查意见
备注
设计总结：
考核成绩及评语
指导教师签字年月日
教研室意见
教研室主任签字年月日
摘要
目前，我国国内生产总值稳定而快速的增长，人们的生活水平有了很大的提高，但与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安都日趋复杂，入室抢窃、偷盗等诸多社会问题的频繁发生，使人们对家庭生命财产的安全越来越重视。
传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫系统在实际使用中暴露了很多隐患，但先进的技术总为人带来很多的便利，触摸式报警器有着传统防盗系统所不可及的势其自动化程度高，是防盗的一道有力武器。
此次设计是通过触摸电极片等设计的一款触摸振动报警器，顾名思义当有人触碰到它的时候就会振动报警。
关键字：
防盗；触摸；振动报警器
ABSTRACT
Atpresent,China'sgrossdomesticproductisstableandrapidgrowth,people'slivingstandardhasbeengreatlyimproved,butatthesametime,socialmobilityofthepopulationhasgreatlyincreased,socialstructureandsocialorderarebecomingmoreandmorecomplex,oftenmanysocialproblems,suchasburglaryrobberytheftoccurred,sothatpeoplearemoreaboutfamilylifepropertymoreattention.Thetraditionalmechanical（anti-theft,anti-theftwindow）HomeFurnishingdefensesystemhasexposedmanyproblemsintheactualuse,butadvancedtechnologybringpeoplealotofconvenience,touchalarmhasatraditionalanti-theftsystemmaynotandpotentialofitshighdegreeofautomation,isapowerfulweaponagainsttheft.此次设计是通过触摸电极片等设计的一款触摸振动报警器，顾名思义当有人触碰到它的时候就会振动报警。
Thisdesignisthroughthetouchelectrodeplatedesignofavibrationtouchalarm,asthenameimplies,whenpeopletouchitwhenthevibrationalarm
关键字：
防盗；触摸；振Keywords:
anti-theftalarmtouch;vibration;
第1章绪论
改革开放以来，随着科技的普及，人们的生活和文化知识水平得到了很大的提升，但是同时一些不稳定的社会因素也随之而来了，这样就促成了人们对安防意识的加强。
而随着安防技术的不断发展，安防报警系统也开始应用于家庭生活、工农业生产、交通、机动车、通信、防灾等领域，安防设备的种类也越来越多，主要是根据环境的需要不同而安装合适的安防设备。
而安防设备中除了如监控摄像类的设备是由人工监视并对看到的事情做出相应的处理之外，最多见的还是安防报警系统，可以达到自动报警去提醒人们某个事件的发生。
1.1 安防报警系统简介
按照坏境需要来分，安防报警系统主要可以分为电路防盗报警、机动车用报警器、工农业生产用报警器和日常生活用报警器等。
1.2 电路防盗报警器
电路防盗报警有很多种类，例如断线式防盗报警器、感应式防盗报警器、红外线反射式防盗报警器、触摸式防盗报警器、无线防盗报警器、振动式防盗报警器、声控式防盗报警器等多种报警器都属于防盗报警电路。
这些报警电路比较简单，是由电路来实现报警的，而且实用型比较普遍。
以断线式防盗报警器为例，它的成本比较低，制作比较容易，可适用的范围比较大，它被广泛应用于家庭、商店、仓库或者果园、鱼塘等防盗监控场所中。
断线式防盗报警器电路是由检测电路、报警控制电路、音频放大电路组成。
其检测电路主要是时时检测警戒线的状态，若发现警戒线被打断，则发出报警信号，由报警控制电路来控制报警器工作，声音经过音频放大电路放大后输出发出警报声音。
其他的防盗报警器的工作原理电路组成与断线式相似，只是其检测电路部分不相同。
像触摸式、声控式的应用有楼道感应式灯泡等，只是报警电路换成了灯泡电路了。
而感应式、反射式可以应用于监测某一点有无生物接近等处，其主要部件为传感器。
无线防盗报警系统则加入了无线信号发送器及接收器，使得可监控的距离更远而不受限于电路导线。
1.3 机动车用报警器
振动报警器的设计：
在现在的社会中，机动车的数量越来越多，而为了机动车的安全，机动车用报警器就应运而生了。
例如可以对汽车油压、气压、温度及速度进行检测的汽车多功能报警器，它可以在汽车油压偏低、气压偏低或发动机温度过高、车速过快时而发出警报，提醒驾驶员排出故障、以便行车安全。
而事实上，现在的机车中多已安装了油量监测报警器了，它会对机车油量进行监控，当油量低于某值时会提示驾驶员加油，而如合肥等城市的公交车上已经安装了机车超速报警装置，当公交车车速大于某值时，会发出警报提示驾驶员已超速等。
另外，还有一种常见的机动车报警装置，即当机动车在倒车时，会发出“倒车，请注意！
”的语音警示语，以提示车后的人进行回避。
以及汽车防盗报警器，它具有断线声控触发报警功能，当车门、车窗被打开，电源锁被开启，车体被移动时，报警器会被触发而发出响亮的警报声。
而现在很多的摩托车、电瓶车等大多都安装了防盗报警系统。
1.4 工农业生产用报警器
在工业应用方面，最常见的应该是有毒物质超限报警器了。
如矿井中的瓦斯气体超限报警器等。
它能时时地去测量矿井中瓦斯气体的浓度，并可以在含量即将超标，可能会发生危险时便发出警报，以提醒工人们可以迅速的离开。
相似的还有可燃气体报警器等。
在农业方面，有温度、湿度超限报警器等。
例如在大棚生产中，必须要保持一个适宜的温度和湿度，此类报警器则是时时地测量大棚中的空气湿度和温度，并在过低或者过高时发出警报，提示人们做出相应得对策。
另外一方面，由于现在自然灾害比较严重，而且发生的很突然，所以一些报警器也被制造出来，例如火山口温度超限报警器、地震报警器等等。
它们可以检测火山口的温度或者地壳中的变化，并采集数据，通过对数据的处
图1-1工农业报警器图
1.5日常生活用报警器
报警器的应用已经深入到了我们的日常生活中，除了有水开报警器、禁止吸烟报警器等等，比较常见的有视力保护报警器。
此报警器已经普遍嵌入在台灯中，它通过感应一定范围内是否有物体进入来判断人们是否离书本距离太近了。
当感应到时，则会发出警报，提示人们注意视力。
而另外一个常见的应用之处事在医院中，为病人呼叫报警器。
有的时候，医生和护士是无法时刻呆在病人的身边的，这样的话，病人若想有什么要求，需要医生或者护士的时候，便可以按下报警器启动按钮，总控制室会显示“报警”的病房号、病床号等并提供给医生和护士，这样，他们就可以迅速的赶往病人处了。
综上所述，安防报警系统得应用是很广泛的。
现在除了保安等一些以人力为
中心的安防部门之外，还有一种比较流行的智能报警系统。
在此处，将会设计一
款智能振动报警器。
振动报警器可以用于家庭门窗防盗
第2章系统硬件设计
2.1NE555触摸报警器方案设计
（1）由NE555组成单稳态触发电路，NE555
（2）角为触发端，当电路触发时，NE555（3）脚输出高电平，蜂鸣器发出“嘀”的报警声。
R1为放电电阻，用于改善触摸电极的稳定性，可调电阻用于调节报警声的持续时间，SW1可以测试报警器，LED1用于待机指示，报警时不亮。
2.2元件明细表
（1）主要芯片 NE555
（2）电阻R1（5M1） R2（1K） R4（1K） 滑动变阻器R3（100K） （3） 发光二级管 三级管（4）电容C1（100U/16V） C2（0.01uf） （5）触摸片（ 6）开关（ 7）蜂鸣器
2.3 NE555芯片功能
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波讯号。
（1） 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.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，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、低态组合。
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。
（2） NE555引脚位配置说明下：
Pin 1 （接地） -地线（或共同接地） ，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2 （触发点） -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC
Pin 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200 mA 。
Pin 4 （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。
Pin 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。
Pin 6 （重置锁定） - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
Pin 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。
Pin 8 （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）。
（3）参数功能特性：
•供应电压4.5-18V
•供应电流3-6 mA
•输出电流225mA （max）
•上升/下降时间100 ns
图2-1555触摸报警器
2.4实验原理分析
（1）当电路构成静态时，单稳态输出低电平
（2）当人体接触触摸极时人杂波信号通过C3经D1整流，得到一个负的脉冲信号，此时时基电路芯片555的2脚为电平，3脚输出高电平。
（3）当人体离开离开触摸极后，C1通过R1充电，芯片6或7脚电平逐渐升高，当达到≥2/3VCC时，555时基电路复位，3脚输出低电平。
由此，触摸式报警器静态（低输出）→触发（高输出）→延时（高输出）→复位（低输出）工作流程完成。
元器件选择：
BT1=3~5V，U1=555时基电路芯片,R1=5.1M，R2,R4=1K, R3=100K ，LED1=红色发光二极管,D1=1N4148，C2=10000pF，C1=100uF，Q1=9014，LS1=扬声器，K1=两端拨动开关。
集成电路NE555与C1、C2组成单稳态触发器，平时没有人触及金属片时，电路处于稳定状态，即NE555的（3）脚输出低电平报警电路不工作。
一旦有人触及触摸片，由于人体感应电势给NE555的
（2）脚输入一个负脉冲（杂波脉冲），单稳态电路被触发翻转进入暂稳态。
NE555的（3）脚由原来的低电平跳变为高电平，该高电平信号经电阻R2使Q1导通，放大大推动蜂鸣器发出报警声，由于单稳态电路被触发翻转的同时，电源开始经R3对C1进行充电，约经1.1R3C1时间后，单稳电路自动恢复到稳定状态，（3）脚输出变为低电平，停止报警，电路恢复到预报警状态。
第3章Protel99 仿真
3.1Protel99 简介
Protel99SE 是Protel 公司近10 年来致力于Windows 平台开发的最新结晶,能实现从电学概念设计到输出物理生产数据,以及这之间 的所有分析、验证和设计数据管理。
因而今天的Protel 最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具,而是一个系统工具,覆盖了以PCB 为核心的整个物理设计。
最新版本的Protel 软件可以毫无障地读Orcad、Pads、Accel（PCAD）等知名EDA 公司设计文件,以便用户顺利过渡到新的EDA平台。
Protel99 SE 共分5 个模块,分别是原理图设计、PCB 设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD 设计。
以下介绍一些Protel99SE 的部分最新功能：
（1）可生成30 多种格式的电气连接网络表;
（2）强大的全局编辑功能;
（3）在原理图中选择一级器件,PCB 中同样的器件也将被选中;
（4）同时运行原理图和PCB,在打开的原理图和PCB 图间允许 双向交叉查找元器件引脚、网络
（5）既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB）,也可以进行反向注释（由PCB 到原理图）,以保持电气原理图和PCB 在 设计上的一致性;
（6）满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出,GB4728 国标 库）; * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）;
（7）支持用CUPL 语言和原理图设计PLD,生成标准的JED 下载 文件; * PCB 可设计32 个信号层,16 个电源-地层和16 个机加工层;
（8）强大的“规则驱动”设计环境,符合在线的和批处理的设 ;
（9）智能覆铜功能,覆铀可以自动重铺;
（10）提供大量的工业化标准电路板做为设计模版;
（11）放置汉字功能;
（12）可以输入和输出DXF、DWG 格式文件,实现和AutoCAD 等软 件的数据交换;
（13）智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA 封装很有用）;
（14）方便的打印预览功能,不用修改PCB 文件就可以直接控制打印结果;
（15）独特的3D 显示可以在制板之前看到装配事物的效果;
（16）强大的CAM 处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等;
（17）经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法,信号 完整性分析直接PCB 启动;
（18）反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合;
（19）专家导航帮您解决信号完整性问题。
3.2组装与调试
本次实验由于电路设计比较简单，原理清楚明了，在分析电路模块是比较简单。
在经过前面几个阶段的设计后，NE555触摸报警器各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，加入信号，对电路进行总体测试。
组装好电路之后，在接入电源之后，本应该是要实现：
没有触摸金属片时，LED亮且蜂鸣器不响，用手触摸金属片之后电路可以使得蜂鸣器正常响应，调整正变电阻的阻值的大小就能够获得不同的报警时间。
报警与恢复预报状态所用时间T=1.1R3*C1。
但是在接好电路之后，没有触摸金属片之时正好是相反的：
LED不亮，蜂鸣器响个不停，仔细检查电路接线发现电路没有任何问题，再用万用表检查555芯片的引脚输出电压时，也是没有任何问题的，示波器检查555的波形输出也是没有问题，一气之下我就没有再管了。
第二天过去实验室我又接了一次，这次正常工作了，完成了实验的要求，我想了一下估计是电源的问题。
暂态时间由RICI时间常数决定，约1s左右。
即每触摸一次M，B发警报1s左右；再次触碰，再次发声。
如要延长暂态（报警）时间，可加大R1或C1；反之应减小R1或C1数值。
整个报警电路焊装在一个绝缘小盒内。
触摸电极M实则是门锁或需要保护物品的金属部分，它必须与大地保持良好绝缘。
M与报警器间的连接导线不宜过长、且一定要采用单芯金属屏蔽线，其外编织套接电源负极，以避免电路受外界杂波信号干扰而产生误报警。
在经过前面几个阶段的设计后，NE555触摸报警器各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，加入信号，对电路进行总体测试。
经测试，电路可以使得蜂鸣器正常响应并，调整无误。
报警与恢复预报状态所用时间T=1.1R3*C1
3.3实物焊接
当在Proteus集成环境调试成功时，接下来，只需利用实物，按上述的实验原理在电路板上摆放好每个元件的位置，把每个元件焊接接起来。
焊接完成后，在实物板的电源正极和负极接入稳压器中，调节好合适的电压，观察发光二极管是否会亮以及蜂鸣器是否会响即可，调节实物中的滑动变阻器，控制发光二级管的亮度以及蜂鸣器的声音大小。
图3-1事物焊接图
总结
课程设计，是以学生自己动手动脑，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，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。
通过本次实习，将书本上学到的知识应用于实践，学会了一些电子电路仿真设计能力, 熟悉了有关软件protell、multisim的使用，能够熟练使用普通万用表和示波器熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，阅有关的电子器件图书等；另外在这次实验中我们遇到了不少的问题，最终一一解决了遇到的问题。
在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息，并且，和队友之间相互讨论，明白了团队合作的重要性。
这次的制作还让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识，在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定，此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。
致谢
在这个星期的学习中，孟凡姿老师来担任我们的实习指导老师。
不辞辛苦的跟我们讲触摸振动报警器的工作特征，让我对报警器有了一定的了解。
另外，通过上网大量的搜索关于报警器的相关知识。
多亏孟老师和同学们的悉心指导与帮助，才能让自己的设计尽善尽美，在最后终于了解了这个系统的些许皮毛，对自己日后的学习和生活有了一个更好的指导。
当然，在设计中我仍然意识到自己的知识和见识以及能力有许多的欠缺，在学习中发现这些欠缺有助于自己更好的了解自己，并针对这些不足进行改善，也有助于日后的学习。
最后，对于帮助过我的孟老师和同学在这里深深的感谢，感谢这些日子以来大家对我的帮助和教导，我相信下一个设计我会做的更加进步。
感谢评阅和阅读本设计论文的老师为此付出的辛勤劳动，最后祝老师：
身体健康！
工作顺利！
参考文献
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高等教育出版社，2007
2、黄继昌等编著.实用报警电路.北京：
人民邮电出版社，2005年2月
3、黄智伟主编，王彦，陈文光，朱卫华等编著.全国大学生电子设计竞赛训练程[M].北京：
电子工业出版社
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