触摸式报警器课程设计

【#文档大全网# 导语】以下是®文档大全网的小编为您整理的《触摸式报警器课程设计》，欢迎阅读！









《安全监测与监控》



课程设计







班 级： 专 业： 安全工程 课程名称： 安全监测与监控 指导教师： 孙兰会 刘章现 万祥云 学 号： 姓 名：





市政学院 2014年5月






目录

一 前言 ............................................................................................................. 2 二 设计内容与目的 ......................................................................................... 3

2.1 目的与任务 .............................................................................................................................. 3 2.2内容概要 ................................................................................................................................... 3

三 总体设计方案 ............................................................................................. 3

3.1方案比较及论证 ....................................................................................................................... 4

3.1.1 信号采集模块 ............................................................................................................... 4 3.1.2 延时模块 ....................................................................................................................... 4 3.1.3 音频模块 ....................................................................................................................... 4 3.1.4 音频功率放大模块 ....................................................................................................... 5 3.1.5 电源模块 ....................................................................................................................... 5 3.2 方案选择 .................................................................................................................................. 5

四 电路设计原理 ............................................................................................. 5

4.1 总体电路设计原理框图 .......................................................................................................... 5

4.2.1 信号采集模块 ............................................................................................................... 6 4.2.2 延时模块 ....................................................................................................................... 6 4.2.3 音频模块 ....................................................................................................................... 8 4.2.4 音频功率放大模块 ..................................................................................................... 10 4.2.5 电源模块 ..................................................................................................................... 10 4.3 总体电路与工作说明 ............................................................................................................ 10

五 总结 ........................................................................................................... 12 参考资料 ......................................................................................................... 12





1






一 前言

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识及自身的安全保护意识在不断的增强，因而对安防措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足安防的需要而设计的电子报警系统。

这几年随着改革开放的不断深入和市场经济的迅猛发展，各种贵重物品以及高档家电产品为越来越多的家庭所拥有，并且人们手中尤其是城市居民的积蓄数额也十分可观。而城市外来流动人口大量增加，增加了许多不安定因素刑事案件特别是入室盗窃、抢劫居高不下，现代安全防范措施势在必行。安全是至关重要的，离开了安全，那么生活就会毫无幸福、快乐可言，它关系到每个人的生活及财产是否得以保障，没有人希望自己辛辛苦苦的来的成果、所拥有的一切在突然间变得一无所有。所以说安全是美好生活的前提条件，安全标志着生活的质量。目前，许多家庭都使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。

报警器随着时代的发张展进入了千家万户。机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾等领域，与社会生产、生活密不可分。

本文介绍的是触摸式报警器。它具有灵敏度高、轻便、实用等特点，可将装置安装在需要的地方，该报警器一经触发就能自动报警，并能在预定时间后自动停报,再次触发将再次报警。

该触摸式报警器设计时，充分考虑各问题，使得系统的功能有着很好的扩展性，可针对不同的场合，进行系统的改进。考虑到实际现场环境和用户的安全防范要求，具有可拆动、防破坏功能，具有一定的抗干扰能力，可以防止各种误报现象的发生，系统的灵敏度和可靠性很高。



2








二 设计内容与目的

2.1 目的与任务

本课程设计是在学完《安全检测技术》之后综合利用所学传感器知识完成一个传感器应用系统设计并在实验室实现。该课程设计的主要任务

1.是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深对常用传感器的结构、原理、特性的认识和基本知识的理解，提高综合运用课程所学知识的能力。

2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

3.通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选择，安装调试等环节，初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。

4.掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。

5.了解与课题有关的电子线路以及元器件工程规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等。

6.培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

2.2内容概要

传感器课程实践目的是让学生及时掌握和巩固所学的基本原理和基础理论，掌握常用传感器的性能及使用方法；提高学生的动手能力和应用能力；通过有计划的操作和思维完成各种训练，使学生掌握基本实验方法，培养学生的协作精神、动手能力和工程意识；提高学生综合分析问题能力。通过实践课程，学生亲自动手和参与各种传感器的测量和实验，便于其了解和掌握各种传感器的特性、工作原理和使用方法，为其今后的工作和科研打下良好的基础。

本课程的主要内容是按照课程实践和实验指导书的要求完成课内各项实验任务及理论设计，进行各种传感测量方法设计和实践，并完成综合实践报告。

三 总体设计方案

3






3.1方案比较及论证

对各模块提出两种方案并介绍其优缺点

3.1.1 信号采集模块

（1）采用电容

金属片连接电容一端，当人接触金属片时，电容所带电荷量发生变化，既有充放电过程，利用这一点触发延时电路。

优缺点：电路简单，但易受干扰，灵敏性不易控制。 （2）采用三极管

金属片连接三极管基极，当人接触金属片时，人体的杂波产生泄放电流使得三极管导通，利用这一点触发延时电路。

优缺点：电路简单，抗干扰性强，灵敏度可以控制。

3.1.2 延时模块

（1）采用D触发器、计数器

连接前级的触摸信号电路，使D触发器置1，驱使后续音频电路工作，通过对音频高低电平的计数实现延时。

优缺点：电路较复杂牵涉到后续电路，要求后续音频为方波，并且后续电路可能会使前级电路出现错误，需要大量改进。

（2）采用单稳态电路

连接前级的触摸信号电路，使单稳态触发得到一个预设时间的脉冲脉宽，即触摸信号得到了延时。

优缺点：电路简单，可选择成型的单稳态芯片，也可以用555定时器构造单稳态（脉冲脉宽可自行设计）。

3.1.3 音频模块

（1）采用电阻、电容构成RC振荡电路

通过计算确定电阻、电容的值构成一定频率正弦波的音频电路。 优缺点：电路简单，但计算较困难（实际中电阻、电容误差不定）。 （2）采用多谐振荡器电路

4






采用555定时器够着多谐振荡器电路，通过计算产生一定频率的方波电路。 优缺点：稳定性好、频率可改变，但音调单一。

3.1.4 音频功率放大模块

（1）采用集成的音频放大芯片 只需选择恰当的芯片接好电路即行。

优缺点:适应各种音频信号的放大，放大效果好。 （2）采用三极管电阻构造基本放大电路

根据音频的大小，扬声器的功率和三极管的放大倍数计算所需电阻的大小。 优缺点：构造简单、经济，适宜一般信号放大，有时会出现失真。

3.1.5 电源模块

（1）采用干电池串联

优缺点：电池容量较大，但长时间可能出现渗出液且体积大。 （2）采用叠层电池

优缺点：电池容量小，极少出现渗出液。

3.2 方案选择

在确保触摸式报警器性能的前提下，尽可能选择简单、经济的元件构造，且使整体电路体积适中。

根据以上原则，本设计均采用上节各模块所介绍方案中的第二种。即采用三级管采集触摸信号，单稳态电路延时，多谐振荡器产生音频，基本放大电路放大音频，叠层电池电源。

四 电路设计原理

4.1 总体电路设计原理框图

根据各模块电路的联系，画出总体电路设计的原理框图（见图3.1）。





触摸信号采集

延时电路 音频电路

电源

5

功率放大电路



扬






图3.1 总体电路设计原理框图

4.2 单元电路设计及

把各模块电路分别列电阻、电容值进行计算。

4.2.1 信号采集模块

8

U1

QDC

37

计算说明

出解释其原理并就选用

R

5

.





CV

2

GNDVCC

4

TRTH

6

1

图3.2 触摸信号采集电路 NE555

如图3.2，当人体接触金属片时，由于人体的泄放电流使三极管（β=100）导通，

R1电阻（取10KΩ)下端V1的电平由高变为低，利用这一变化驱使延时部分工作，达

到信号采集的功能（由叠层电池暂用电池串联

于 proteus中没有电源代替，下同）。

R1

10k

4.2.2 延时模块

由于延时模块和音时器及电阻、电容构成，前，先介绍一下555定



图3.3 NE555型定时器

V1

频模块都由555定

Q1

接金属片

NPN

BAT1

9V

故在介绍延时电路时器。

图3.3为TTL集成定时器NE555芯

片外引线排列图。从图中可知，它有8个引出端：1接地端，2低触发端，3输出端，

4复位端，5电压控制端，6高触发端，7放电端，8电源端。NE555是双列直插式组

6






件，它由电压比较器、电阻分压器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲级几个基本单元组成。

在外加号的作用下，

8

R3

U1

QDC

5

CV

37

6M

4

输入信

NE555

V2

的功能如表示，其中×表态。

表3.1 功能表

3.1所

示任意

R

VCC

BAT1

9V

NE555

2

GND

V1

TRTH

6

C1

1nF

NE555

C2

4.7uF

TH × >2VCC/3 <2VCC/3 ×

TR × >VCC/3 >VCC/3 CC/3

1

R L H H H

Q L L

不变

DC

导通 导通 不变 截止

H

555组件接上适当R、C定时元件和连线，可构造施密特触发器、单稳态触发器

和多谐振荡器等电路。

555定时器的电源电压范围为5～16V，输出电流可达100mA。



图3.4 延时电路（单稳态触发器）

VVC







U2VV

充

放

7

tt








tw

t

图3.5 延时电路工作波形

图3.4是利用NE555定时器构造的延时电路（单稳态触发器），图3.5是其工作波形图。其中R、C为外接定时元件，输入触发信号接在低触发端TR（2端），由Q（3端）输出信号。

在刚接通电源时，如果触发负脉冲还未到来，则低触发（R）处于高电平,设电容

C2上的电压UC2 初始值为零，如果Q为0，Q为1，则放电管导通，电容C2上的电

压保持在零电平，如无外加触发脉冲，电路将稳定在此状态；如果Q为1，Q为0，则

T截止，电源VCC将通过R3向C2充电，使高触发（TH）端的电压按指数规律上升，

当达到高电平触发电压时，Q变为0，Q变为1放电管导通。此时电容C2通过T放电，此时输出Q将维持0状态不变。综上所述，可知Q=0，Q=1，是电路保持的稳定状态（Q与Q为NE555定时器内部基本RC触发器的输出端）。

稳态时：触发端处于高电平（V1≈VCC),定式电容C2两端电压为低电平，高触发端为低电平，电路输出V2≈0。

触发翻转：当输入信号V1的负脉冲到来时，只要负脉冲的低电平值小于VCC/3,电路输出V2越变成高电平，放电管截止，电路处于暂稳态。同时电源VCC通过R3对电容充电。

自动返回：当电容C2充电使UC2≥2VCC/3时，V2变成低电平，放电管T导通，电容C通过T迅速放电，电路返回到稳定状态。

单稳态触发器的输出脉冲宽度，即暂稳态时间tw取决于R和C的数值。

twRCln31.1RC (3.1)

在此要求得到约三十秒的延时，取电容4.7uF,根据公式3.1得R3约为6MΩ。

4.2.3 音频模块

图3.6 音频电路（多谐振荡器）



U2VVC

t1 t2 t3 t4

8

t








V

T1 T2

图3.7 音频电路工作波形

t

NE555定时器外接定时电阻R4、R5和电容构成的音频电路（多谐振荡器电路）

如图3.6所示。

电路的工作原理可对照图3.7所示工作波形图来分析。

当电路接通电源VCC时，如电容C4上的初始电压为0，由表3.1可知，V3处于高电平，放电管T截止，电源通过R4、R5向C4充电，经过t1时间后，UC达到高触发电平（2VCC/3），V3由1变为0，这时放电管T导通，电容C4通过R4放电，到

t=t2时，Uc下降到低触发电平（VCC/3），V3又翻转到1状态，随即T又截止，电

容C4又开始充电。如此周而复始，重复上述的过程。就可以在输入端（3端）得到矩形波电压。

现计算此电路的振荡周期。为简单起见，设组件内运放的输入电阻为无穷大，并近似地认为放电管T截止时，DC端对地的等效电阻为无穷大，而放电管导通时，管压降为零。现以t=t2为起始点，可得充电时间T1为

T1(R4R5)CIn20.693(R4R5)C (3.2)

若以t3为起始点，可得电容C的放电时间为

T2R4CIn20.693R4C (3.3)

由此可得方波的周期为T=T1+T2，频率为

f1/(T1T2)1.44/(R52R4)C (3.4)

振荡频率主要取决于时间常数R和C，改变R和C参数可改变振荡频率，幅度则由电源电压VCC来决定。但是输出的矩形波是不对称的，占空比为

qT1/T(T1T2)(R4R5)/(2R4R5)50% (3.5)

在此设计1HZ的音频，把电阻R4、R5都选为100KΩ,由公式3.4得电容约为

4.7uF。

9






4.2.4 音频功率放大模块





V3

R6

R8

62

BUZ1

1k



图3.8 音频放

R7

400

BUZZER

BAT1

9V

Q2

NPN

大电路

图3.8为音频放大电路， 在此选择放大倍数为100的NPN三极管。由于扬声器的功率0.125W,电阻为8Ω，而电源电压为9V，故要串联电阻进行分压。仪器测得V3的高电平为VCC=9V，基极电流计算公式如3.6所示。

(3.6)

V3UBEQ IBQ

RB三极管处于放大状态，则

ICQIBQ

(3.7)

扬声器的额定工作电流为0.125A,即ICQ=100IBQ=0.125A。计算电阻值时，取三极管刚好工作在临界饱和状态，UCEQ=0.3，UBEQ=0.7V,得R8≈62Ω,RB=664Ω。

RBR6R7 (3.8)

把滑动电阻R6与R7串联构成RB以便控制音频的大小，在此取R7=400Ω。

4.2.5 电源模块

该模块在介绍前几模块都有体现，需要主要的是在实际运用中采用9V叠层电池。

4.3 总体电路与工作说明

10






利用导线、开关及门电路，按触摸式报警器的报警要求把各单元模块连接起来，构

R1

10k

R2

10k

U3

AND

R3

6M

R5

100k

R8

62

K2

8

VCC

RQDC

R

VCC

437

4

8

U1U2

QDC

37

BUZ1

R4

100k

K1

5

CV

5

R6

1k

BUZZER

BAT1

9V

CV

GND

2

TRTH

62

GND

TRTH

6

1

NE555

1

NE555

R7

400

接金属片

Q1

NPN

C1

1nF

C2

4.7uF

C3

0.1uF

C4

4.7uF

Q2

NPN

成整体电路。

图3.9 总体电路图

如3.9图，开关K2闭合，当人体触摸金属片时Q1导通，U1的TR端出现低电平使得U1的输出端Q变为高电平并维持1秒，即使得U2的R端为高电平，多谐振荡器工作产生音频经音频放大电路把信号送到扬声器发出“嘀…嘀…”报警声。定时时间到停止报警，再次触摸再次报警。







11








五 总结

在本次设计中，我熟练的使用了NE555定时器构成的单稳态触发器电路及多谐振荡器电路，并进一步了解了由NPN构成的基本放大电路，相信以后还会经常运用到或者看到它们。此次设计让我深刻的了解到555定时器功能的强大，加深了对它的理解，并且也发觉自己对之拥有浓厚兴趣。

当然，设计也不是一帆风顺，在设计时尝试了多个方案，最终才使结果满意，但仍认为该电路还不是很完善。

我们只有在实践中多去操作，找经验，不断总结，才能使自己更加的专业，毕竟这是我们专业必备的技能，我们没有理由不把它学好。



参考资料

1.安全检测技术 2.模拟电子技术基础 3.自动检测技术 4.传感器及应用 5.脉冲与数字电路

附录

表1 元件清单

名称 三极管 电阻

规格

数量

备注

β=100 42Ω、62Ω、10KΩ、100KΩ、

6MΩ

2个

依次为1个、1个、

E9013

金属膜型

2个、2个、1个

电阻器

1KΩ 1个

三个引脚

12






电容

1nF、4.7uF(20V)

各2个 4.7uF选择极性

电容

定时器 按钮开关 与门 叠层电池



可卡住、不可卡住

2块

分别为1个、2个

NE555



1路二输入

9V



1个 74V1T08CTR



1块



13

本文来源：https://www.wddqxz.cn/2c768838cf7931b765ce0508763231126edb7769.html