室內(nèi)防盜報警器電路設(shè)計.doc

室內(nèi)防盜報警器電路設(shè)計前言隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的概念和分析方法已經(jīng)滲透并應(yīng)用許多種不同的領(lǐng)域中。但，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盜竊團(tuán)伙的犯案手法也變得層出不窮。他們不是一個落后的團(tuán)伙，他們也得利用高科技犯案。因而偵破盜竊案，成了公安機(jī)關(guān)的一大難題。防止盜竊犯罪的發(fā)生，不僅是公安機(jī)關(guān)的責(zé)任，普通公民也應(yīng)該保管看護(hù)好自己的財物，以免盜賊有機(jī)可乘。特別是那些無人看管的財物，更是為賊人提供了“優(yōu)異”的作案環(huán)境。因而在家中安裝防盜報警系統(tǒng)，是預(yù)防被盜的有效方法。當(dāng)家中無人的時候，家中的貴重物品便成了主心中的“牽掛”。為了更加安心地出門，在家中安裝防盜報警器是最直接的方法。出門前，啟動報警器，當(dāng)有人非法進(jìn)入內(nèi)時，觸動了早已裝置的報警器。報警器，便會制造聲響，以嚇走盜賊或引起鄰居的注意，做到防盜的目的。但同樣令主人頭痛的就是：市面上有著各種各樣的報警器，選擇，是一件難事情，擔(dān)心這樣那樣的事情。還有就是它們的性價問題通過自行動手，翻閱資料，本人設(shè)計了任務(wù)要求的具有“記憶”性的紅外線家庭防盜聲光報警器。在思考和設(shè)計過程中，我由淺入深，從認(rèn)識器件開始到自行改裝和設(shè)計電路，加深了對所學(xué)知識的認(rèn)識和了解，增長了見識，提高了能力， （一）設(shè)計電路的功能和主要性能指標(biāo)（1）設(shè)計電路的功能此電路工作時，當(dāng)紅外線發(fā)射管照射到紅外線接收管的紅外光受到遮擋時，紅外線接收管導(dǎo)通，啟動繼電器，繼電器的常開開關(guān)閉合，報警電路開始工作。喇叭發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的警報聲，顯示燈開始閃爍此時，即使紅外光沒有被遮擋，報警電路仍然保持在工作狀態(tài)，因為啟動電路已經(jīng)把繼電器鎖上（“記憶”），不按復(fù)位開關(guān)，即2電器常開開關(guān)不會打開。這樣賊人就無法停止報警器“報警”（除非他破壞了電路）。此電路對阻嚇賊人較強(qiáng)大的作用，防盜實用較大，制作也不太復(fù)雜，操作容易，材料也較容易買到，具有一定的商用價值（2）設(shè)計電路的主要性能指標(biāo)a，此電路由6v的直流電源供電。電路也可用612v的直流電源，只需要更換部分元器件即可。b，電路采用穩(wěn)定性高的555集成電路組成。ic1是利用輸出腳電平的高低來控制繼電器常開開關(guān)的開與合。ic2與ic3構(gòu)多諧振蕩器，負(fù)責(zé)控制閃光燈和喇叭。c，該電路耗電低，在沒有觸動報警的情況下，啟動電路部分耗電流僅20ma左右;警報電路部分根本不耗電。報警時，啟動電路電流達(dá)數(shù)十ma；報警電路僅為20ma左右。d，紅外光接收管反應(yīng)敏捷，受到紅外光照射時管子保持截止的狀態(tài)；當(dāng)紅外光線被阻截時，管子立即導(dǎo)通，啟動繼電器工作，即是報警器開始報警。e，“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”兩端可以并聯(lián)多組“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”，使其“探測”范圍更廣。(二)單元電路的設(shè)計過程 （1）對報警器進(jìn)行構(gòu)想報警電路該如何工作？如何能讓擅闖者觸動報警器？報警器該如何開啟？通過上互聯(lián)網(wǎng)查找資料，發(fā)現(xiàn)許多報警器的警報系統(tǒng)都是利用集成電路的延時來發(fā)出警報聲音或者是閃燈，觸動后的報警器后不久就會自復(fù)位，再次處于警戒狀態(tài)，我覺得這樣不能阻嚇賊人，經(jīng)過考慮，最后確定了初步的方案：a利用“常開”繼電器啟動警報電路，使報警電路發(fā)出警報閃光和聲音。b利用感光二極管作為觸動開關(guān)。c報警器工作時，被觸動后，報警器的閃燈和喇叭不停工作，以阻嚇賊人和引起別人注意。直到主人重新設(shè)置報警器為止。由以上幾點，最后決定用555集成電路對設(shè)想中的電路進(jìn)行控制。（2）理解555集成電路的工作原理，以更好地設(shè)計電路。（3）設(shè)計構(gòu)想中的電路首先設(shè)計繼電器的啟動電路，利用單個555集成電路的輸出端電平的高低以及其復(fù)位的作用來控制繼電器的開與關(guān)。然后設(shè)計閃爍燈和喇叭的警報電路，利用兩個555集成電路組成的多諧振蕩器，對閃爍燈和喇叭發(fā)出的聲音進(jìn)行控制，以達(dá)到設(shè)計的要求。考慮把“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”安裝在哪個電路上，以達(dá)到最少的影響。最后畫出簡單的分部電路圖，以便進(jìn)行組合。（4）根據(jù)畫出的簡圖，利用ewb軟件進(jìn)行測試先對啟動電路進(jìn)行測試；然后對警報電路進(jìn)行測試；再把“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”分別接到電路上，測試其影響，并決定把“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”放在哪個電路上；最后把兩個電路組合其來，并進(jìn)行測試。（5）根據(jù)測試的結(jié)果得出設(shè)計好的電路圖。（6）進(jìn)一步理解報警電路。（三）整機(jī)電路和各部分電路的工作原理說明a，元件清單名稱符號數(shù)值單位名稱符號電阻r1510喇叭y86v電阻r224k開關(guān)k1電阻r3510開關(guān)k2電阻r420knpn三極管vd1電阻r530k555集成電路ic1電阻r6510555集成電路ic2電阻r750k555集成電路ic3電阻r8100k繼電器ka;s16v,常開;型號：jw1hn電容c10.022f二極管指示燈l1綠色電容c2100f紅外線發(fā)射管l2電容c30.01f紅外線接受管l3無紅外光照射時截止電容c40.1f直流電源e1電容c50.01f直流電源e2電容c65.8fb，整機(jī)電路的主要功能整機(jī)原理圖如下圖說明:閉合總開關(guān)k1，把k2由“解警”扳到“警戒”位置，報警器開始工作。當(dāng)有物體遮擋紅外光線時，l2導(dǎo)通，s1自動閉合（繼電器被鎖上），警報電路報警燈閃爍并發(fā)出報警聲音：“嘀、嘀、嘀”。主人回來時，把k2由“警戒”扳到“解警”位置，警報電路s1斷開，報警停止,重新扳到“警戒”,報警器重新進(jìn)入”待機(jī)”狀態(tài)。c，部分電路的工作原理說明1)啟動電路這是一個具有自保記憶性特性的利用二極管截止和導(dǎo)通的警戒開關(guān), 用一只555集成電路和一只繼電器構(gòu)成。電路如“整機(jī)原理圖”中的“啟動電路”部分所示, 工作前把開關(guān)k2扳到 “警戒”位置, 于是555集成電路第三腳輸出高電平, 繼電器ka處于釋放狀態(tài),報警電路不工作。當(dāng)有不速之客遮擋紅外光時，管子導(dǎo)通，555第六腳因加上高電平而使輸出轉(zhuǎn)換成低電平，于是繼電器ka吸動常開觸點開關(guān)s1閉合。報警電路接通電源，開始報警。由于該電路具有自鎖功能，若不把k2扳到“解警”（復(fù)位），繼電器ka恒處于工作狀態(tài)，于是常開觸點s1恒處于閉合狀態(tài)，因而警報電路不斷發(fā)出警示。這時，不管“紅外線接收管”是否導(dǎo)通，不按復(fù)位開關(guān)，繼電器不會自動釋放。把k2扳到“解警”(復(fù)位)后，繼電器釋放，常開觸點s1打開，警報電路因斷電而停止工作。2)警報電路這是一個多諧振蕩器，用兩只555集成電路構(gòu)成。主要是控制閃光的頻率和喇叭發(fā)出的聲音。a)555電路的工作原理555的說明：它是一種時基電路，能在4.5-18v電源下工作，輸出電平可與ttl，cmos，htl邏輯電路兼容，振蕩精度與外接元件特性有關(guān)，具有200ma的吸收或供出電流，可直接推動揚聲器，電感等低電阻負(fù)載。555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和cmos兩種類型，其型號分別有 ne555、5g555 、c7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力，而cmos定時電路具有底功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為516v，最大負(fù)載電流可達(dá)200ma；cmos定時器電源電壓為318v，最大負(fù)載電流在4ma以下。555定時器是一種功能強(qiáng)大的模擬數(shù)字混合集成電路，其組成電路框圖，功能表見表如下：從555定時器的功能表可以看出：555定時器有兩個閾值（threshold）電平，分別是1/3vcc和2/3vcc；輸出端為低電平時三極管td導(dǎo)通， 7腳輸出低電平；輸出端為高電平時三極管td截止， 如果7腳接一個上拉電阻， 7腳輸出為高電平。所以當(dāng)7腳接一個上拉電阻時，輸出狀態(tài)與3腳相同555定時器有二個比較器a1和a2，有一個rs觸發(fā)器，r和s高電平有效。三極管vt1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管vt2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kw電阻組成的分壓器，由此可以獲得和 兩個分壓值，一般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端gnd，2腳是低觸發(fā)端tl，3腳是輸出端out，4腳是清除端rd，5腳是電壓控制端cv，6腳是高觸發(fā)端th，7腳是放電端dis，8腳是電源端vcc。555定時器的輸出端電流可以達(dá)到200ma，因此可以直接驅(qū)動與這個電流數(shù)值相當(dāng)?shù)呢?fù)載，如繼電器、揚聲器、發(fā)光二極管等。當(dāng)th高觸發(fā)端6腳加入的電平大于 ，tl低觸發(fā)端2腳的電平大于 時，比較器a1輸出高電平，比較器a2輸出低電平，觸發(fā)器置“0”，放電管飽和，7腳為低電平。 當(dāng)th高觸發(fā)端加入的電平小于 ，tl低觸發(fā)端的電平大于 時，比較器a1輸出低電平，比較器a2輸出低電平，觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍維持前一行的電路狀態(tài)，輸出低電平，放電管飽和，7腳為低電平。 當(dāng)th高觸發(fā)端6腳加入的電平小于 ，tl低觸發(fā)端的電平小于 時，比較器a1輸出低電平，比較器a2輸出高電平，觸發(fā)器置“1”，輸出高電平，放電管截止，7腳為高電平。因7腳為集電極開路輸出，所以工作時應(yīng)有外接上拉電阻，故7腳為高電平。 當(dāng)從功能表的最后一行向倒數(shù)第二行變化時，電路的輸出將保持最后一行的狀態(tài)，即輸出為高電平，7腳高電平。只有高觸發(fā)端和低觸發(fā)端的電平變化到倒數(shù)第三行的情況時，電路輸出的狀態(tài)才發(fā)生變化，即輸出為低電平，7腳為低電平。 由電路框圖和功能表可以得出如下結(jié)論：1555定時器有兩個閾值，分別是 和 。 2輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應(yīng)放電管飽和，在7腳外接 有上拉電阻時，7腳為低電平。輸出高電平對應(yīng)放電管截止，在有上拉電阻時，7腳為高電平。 3輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為 。 4輸出與觸發(fā)輸入反相。 b)555構(gòu)成的多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，當(dāng)電路接好后，只要接通電源，再其輸出端變可以獲得矩形脈沖。 電路圖如下：振蕩電路的周期與頻率計算：tw1=0.7(ra+rb)c tw2=0.7rbc t=tw1+tw2=0.7(ra+2rb)c f=1/t 警報電路中的振蕩器是利用兩多諧振蕩器組成的，振蕩器ic3的輸出電壓u3，接到振蕩器ic2中555定時器的復(fù)位端，當(dāng)u3為高電平時ic2振蕩，為低電平時，ic2復(fù)位停止振蕩。當(dāng)ic3的u3為高電平時v1導(dǎo)通，此時l3的電流可以經(jīng)過v1到達(dá)電源負(fù)極，l3發(fā)出綠光。當(dāng)u3為低電平時v1截止，l3的電流不能經(jīng)過v1到達(dá)電源負(fù)極 ，因此l3 中沒有電流經(jīng)過，故l3不能發(fā)光。u3是高低電平方波脈沖，電平的高低正好控制v1的導(dǎo)通與截止，這樣，l3中的電流就時有時無，因此l3可以一閃一閃地進(jìn)行報警提示。喇叭y的工作方式與l3的工作方式相似，只是u2的波形與u3的波形不同，u2頻率讓ic3中的u3搞亂了而已。c)鏡面反射原理如下圖所示，左圖是紅外光線未被遮擋時的情況，右圖為紅外光線被遮擋時的情況 紅外光線的鋪設(shè)，可以利用平面鏡，凹鏡，凸鏡等進(jìn)行反射原理。鏡子的面積可以大，也可以小，也可以整齊地裝在兩邊的墻上，不過光線應(yīng)盡可能的多。這樣，即使賊人發(fā)現(xiàn)有紅外線的存在，但由于密度的關(guān)系，賊人在經(jīng)過時，不管多小心，都會遮擋光線，從而觸動報警器。（四）設(shè)計電路的優(yōu)缺點和進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想（1）優(yōu)點a，此電路用紅外線光感二極管作為觸發(fā)裝置，與直接開關(guān)式防盜器相比先進(jìn)了不小，其紅外線分布可以利用平面鏡的反光原理進(jìn)行鋪設(shè)，那么感應(yīng)探察范圍就可以很大，相應(yīng)盲區(qū)就少，又因為紅外線線是肉眼看不見，因而感應(yīng)就變得無形而難以躲避。b，此電路有自鎖記憶功能，鎖定后賊人無法關(guān)掉報警器（除非啟動電路或者報警電路被破壞了），直到主人回來，對電路進(jìn)行復(fù)位后，報警才會停止。這樣，主人就可以根據(jù)報警器有沒有啟動，從而判斷是否有不速之客。由于盜賊觸動報警后，報警器一直工作，這樣對盜賊有較大的阻嚇作用。c，此電路是直流電路，防止了交流電停電或賊人切斷外部交流電源。d，此電路聲光同時報警，既阻嚇了盜賊，又引起了人們的注意。e，此電路裝放和工作隱蔽，不易為人所知（特別是盜賊）。f，此電路可以在“紅外線發(fā)射管”及“紅外線接收管”兩端并聯(lián)多組“紅外線發(fā)射管”和“紅外線接收管”，這樣就可以增大防盜范圍。g，警報電路，由于不警報時，電路與電源是斷開的。因而在“警戒”狀態(tài)時，警報電路不耗電。h，此電路，在沒有東西遮擋紅外線時，誤報現(xiàn)象幾乎不會出現(xiàn)。（2）缺點a，此電路在設(shè)置紅外線的分布時比較困難，要借用多種輔助工具，特別是利用鏡面反射原理進(jìn)行鋪設(shè)時工程更困難。b，此電路在工作時，啟動電路中的“紅外線發(fā)射管”要長期處與工作狀態(tài)，這樣電池的消耗就較大。因而供電就成了報警器的首要問題。c，報警器在工作時，時時刻刻都在耗電，當(dāng)報警器電量不足時，報警器不能自行提醒主人換電，因而主人需要經(jīng)常留意電池的電量。以免報警器缺電而不能正常工作。d，報警器沒有工作狀態(tài)的提示燈，因而主人不能確定報警器是否在工作，往往要自行測試報警器的工作狀態(tài)。（3）改進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想a，在“紅外線發(fā)射管”及“紅外線接收管”兩端并聯(lián)上熱敏感應(yīng)元件之類的，報警器的用途就可以更廣一些。改裝后，到時就可以做到既防盜又防火等的報警器。b，電路中的兩個開關(guān)如果利小型遙控器來控制，這樣主人就可以隨時隨地地按照自己的要求對報警器進(jìn)行開啟警戒解警狀態(tài)的設(shè)置。c，利