触摸式报警器

课程设计(论文)
题目名称触摸式报警器
课程名称电子技术课程设计
学生姓名
学号
系、专业电气工程系
指导教师
2010年 1 月13 日
课程设计（论文）任务书
年级专业
题目名称
课程名称
一、课程设计（论文）目的
通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。

锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。

二、已知技术参数和条件
采用模拟电子技术，数字电子技术课程上学习的集成电路来设计有一定应用性的电路。

不允许采用单片机。

三、任务和要求
设计一个高灵敏度的触摸式报警器，本电路适合于各种需要报警的场合。

1、当有人触摸电极片时，报警器发出响亮的报警声，声音持续30秒左右。

如再次触摸，再次报警。

2、扬声器为0.125瓦，8欧姆。

3、设计单稳态电路，音频振荡电路和音频功率放大电路。

4、电源电压为9V直流。

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

摘要
随着我国社会和经济的发展，百姓的收入水平不断提高，私有财产的迅速积聚，从而使得安全与健康成为富裕起来的人们最为关注的两大热点，家庭安全保障首当其冲,此为防盗产品风火而起的第一机会点;各地政府对安全问题的高度重视，以及为创建文明城市、花园城市、改善城市形象吸引投资等政府行为需要，出台拆除金属防盗网的政策，为此，对保障安全的防盗产品有很好的发展前景。

我的选题是触摸式报警器，触摸式报警器用途非常广泛，不仅可用于私家的住宅、车辆的安全防盗，也可以用于企事业单位厂房、贵重物品等防盗，省去了过去的大量金属电网等等它的设计对于安全防盗是非常有必要的。

同时也对电子专业的课程有了进一步的了解与掌握，并能够应用有关的专业理论去完成电子课程设计。

本课程设计设计通过触摸电极片，经电容处理所得尖波信号触发IC1NE555的2脚使定时器进入暂稳态，达到定时30S的效果，输出端3脚输出高电平触发IC2NE555振荡电路产生周期为T的振荡信号，振荡信号经LM386芯片构成的集成功率放大电路放大驱动扬声器发出报警声，30S后,IC1的3脚输出高低电平，报警声消失，直至下一次触摸电极片。

关键词：触摸式报警器；NE555；LM386芯片
目录
1绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2整体电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2设计内容及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.2总体方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.3元器件介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 3设计原理及参考电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.1单稳态电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.2音频振荡电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.3功率放大电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.4整体电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 4设计总结及心得体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
1 绪论
1.1前言
随着我国社会和经济的发展，百姓的收入水平不断提高，私有财产的迅速积聚，从而使得安全与健康成为富裕起来的人们最为关注的两大热点，家庭安全保障首当其冲,此为防盗产品风火而起的第一机会点;各地政府对安全问题的高度重视，以及为创建文明城市、花园城市、改善城市形象吸引投资等政府行为需要，出台拆除金属防盗网的政策，为此，对保障安全的防盗产品有很好的发展前景。

触摸式报警器用途非常广泛，不仅可用于私家的住宅、车辆的安全防盗，也可以用于企事业单位厂房、贵重物品等防盗，省去了过去的大量金属电网等等它的设计对于安全防盗是非常有必要的。

1.2整体电路设计
触摸式报警器研究的是防盗报警系统，如何运用简单的电子元件实现报警功能。

整体电路设计：
通过触摸电极片，尖波信号触发IC1NE555的2脚使定时器进入暂稳态，达到定时30S的效果，3脚输出高电平触发IC2NE555振荡电路产生周期为T的振荡信号，振荡信号经LM386芯片构成的集成功率放大电路放大驱动扬声器发出报警声，30S 后,IC1的3脚输出高低电平，报警声消失，直至下一次触摸电极片。

2设计内容及要求
2.1设计任务及要求
设计任务：设计触摸式报警器电路
设计要求：
(1) 当有人触摸到金属片的时候，报警器发出报警，持续30s后停止，若再次触摸则再报警。

(2) 扬声器为0.125瓦，8欧姆。

(3) 设计单稳态电路，音频震荡电路，功率放大电路。

(4) 电源电压为9V直流。

2.2总体方案设计
触摸式报警器的报警原理：通过触摸电极片，驱动扬声器发出一定时间的警报声。

音频振荡电路通过外部触发信号产生振荡信号，振荡信号经音频功率放大电路放大驱动扬声器发出警报声，单稳态电路控制报警声的长短。

电极片单稳态电路音频振荡电路功率放大电路
电源电路
扬声器
图2.1 系统结构框图
2.3元器件介绍
设计当中运用到的元器件以及其功能简介：
元器件清单如表2-1
元件名称数量元件名称数量NE555芯片2块LM386芯片1块电阻5个电容6个开关1个滑动电阻1个干电池6节导线若干
表2-1 元器件清单
1、555的内部结构：
图2-2 555内部结构图
555为一8脚封装的器件，其各引脚的名称和作用如下：
1脚—GND,接地脚
2脚—TL,低电平触发端
3脚—Q,电路的输出端
4脚—/R D,复位端，低电平有效
5脚—V_C,电压控制端
6脚—TH,高触发端
7脚—DIS，放电端
8脚—V CC,正电源端，其电压范围为：5～16V
输入输出
TH TL /RD Q 放电管状态
X X 0 0 导通
＞2/3V CC＞1/3V CC 1 0 导通
＜2/3V CC＞1/3V CC 1 保持不变保持不变
＞2/3V CC＞1/3V CC 1 0 导通
＜2/3V CC＜1/3V CC 1 1 截止555组件接上适当R、C定时元件和连线，可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路。

在外加输入信号的作用下，NE555的功能如表2-2所示，其中X表示任意态。

表2-2 NE555功能表
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。

(2)它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合。

(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。

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100ms。

2、LM386芯片
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

LM386是音频功率放大器,1.5W的,最大可以到2W,可以不接多少元件就可以工作,比如直流下,第2,4脚接地,3脚输入信号,第5脚接个隔直电容输出到喇叭,第6脚接电源+就可以工作!交流整流的供电时,1,8脚间接个10uF的电容LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

特性: 静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电；工作电压范围宽,4-12V 或
5-18V；外围元件少；电压增益可调,20-200；低失真度。

图2-3LM386芯片2脚为反相输入端
3脚为同相输入端
5脚为输出端
4脚为接地端
6脚为电源端
7脚为旁路端
1脚和8脚为电压增益设定端
3 单元电路设计及工作原理分析 3.1单稳态触发电路
电路的输出的状态仅一种稳定的状态，而另一个状态为暂态，当外界触发使输出进入暂态后其经过一个短暂的时间后输出又回到了稳态。

NE555
1
6
C1
2
7R
1
Uo 5C2
电极片M
8
4
Vcc
图3.1 单稳态触发电路
电路参数：C1=200uF R1=136K C2=100uF Vcc=5V ～12V
如图示，未加及触发信号时，触发端处于高电平，定时电容C1两端电压为低电平，高触发端为低电平，电路输出为零，当电容C1充电使U cc 2V cc /3时，U 0跃变为低电平，放电管T 导通，电容C1通过T 迅速放电，电路返回到稳态，电容C1的充电时间T W =1.1R1*C1,即报警器报警时间，单稳延时时间
触发后NE555输出端由低电平变为高电平,第三脚输出的高电平作为振荡电路的触发信号。

3.2音频振荡电路
当接通电源V CC 时，如果电容C3的初始电压为0，第三脚处于高电平，放电管T 截止，电源通过R3和R2向电容C3充电，经过t1时间后，u c 达到高触发电平2V cc /3，u 0由1变为0，此时放电管T 导通，电容C3通过电阻R2放电，到t=t2时，u c 下降到低触发电平V CC /3, u 0又翻回到1状态，随即T 又截止，电容C3又开始充电，如此反复，在输出端得到矩形波电压。

NE555
15
C4
C32R
2R
3
6
7
3Vcc 48
图3.2 NE555构成的多谐振荡电路 充电时间：T1=0.7(R 3+R 2)C 3
放电时间：T2=0.7R 2C 3
矩形波的周期：T=T1+T2
当4脚复位端接入单稳态电路3脚输出的低电平，振荡电路振荡不振荡，无振荡信号产生，当接入单稳态电路3脚输出的高电平时，振荡电路才产生振荡信号，作为功率放大电路的输入信号。

3.3 功率放大电路
功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。

要求放大电路有足够大的输出功率。

这样的放大电路统称为功率放大电路。

功率放大电路主要功能特点是：
(1) 电路的输出功率大；
(2) 希望电路损耗小，所以要求电路的效率高；
(3) 因为功率放大电路的工作信号都比较大，很容易产生信号失真，所以要求电路的非线性失真小。

功率放大电路的特殊问题：
放大电路的作用是将放大后的信号输出，并驱动执行机构完成特定的工作，执行机构通常称为电路的负载。

不同的负载具有不同的功率，放大器要驱动负载必须输出相应的功率。

能够向负载提供足够输出功率的电路称为功率放大器，简称功放。

电压放大器的任务是放大输入电压；而功放电路是放大输入功率。

功放电路在工作的过程中，不仅追求输出高电压，且要追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。

因此，功率放大电路中包含一系列在电压放大电路中所没有出现过的特殊问题，这些问题是：
1．尽量大的输出功率
为了实现尽量大的输出功率，要求功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度，因此，三极管往往工作在极限的状态下。

2．允许适当的非线性失真
工作在大信号极限状态下的三极管，不可避免的会产生非线性失真，且同一个三极管，输出功率愈大，非线性失真愈严重，功放管的非线性失真和输出功率是一对矛盾。

在不同的应用场合处理这对矛盾的方法不相同。

3．功放管的散热
在功率放大器中，因功放管的集电极电流较大，所以，功放管的集电极将消耗大量的功率，使功放管的集电极温度升高。

为了保护功放管不会因温度太高而损坏，必须采用适当的措施对功放管进行散热。

LM38
62
465C5R
4
C6
R
w 3Vcc
输入波形
图3.3 音频功率放大电路
参数如下：C5=0.05uF C6=250uF R4=10K Ω R L =8Ω P=0.125W
LM386芯片 Vcc=2.4V 输入波形的幅值是4.024
计算公式：P OM=V CC2/42R L ∵P OM=0.125W R L=8Ω∴V CC=2.4V
V im= V CC /22A V∵V CC=2.4V ∴V im=4.024V
振荡电路产生的微弱信号经LM386芯片构成的集成功率放大电路放大20倍驱动P=0.125W R L=8Ω的扬声器发出警报声，通过RW调节扬声器的音量
3.4整体电路
M
NE55
5
NE55
5
R
2
R
3
R
1
R
w R
4
1
7
C1
2
8
5
C2
1
7
C3
2
6
8
33LM386
3
2
4
6
C5
C6
R
5
S 6
5
C4
4
4
图3.4 触摸式报警器电路
如图3.4所示，用手摸金属片M时，IC1NE555第2端脚接受的杂波信号触发其
进入暂稳态，电容C1开始充电，在充电时间T W=1.1R1*C1达到前，第5脚输出为高电平，第5脚输出的高电平触发IC2NE555多谐振荡电路振荡产生微弱信号微弱信号，微弱信号经LM386芯片构成的集成功率放大电路放大20倍驱动扬声器发出报警声，报警30S后IC1NE555复位端复位，报警声停。

4 结束语
经过短暂而又漫长的构思、设计，我终于完成了数电课程设计——触摸式报警器。

设计的时间一晃而过，也可以说很漫长；构思、设计、查资料、上网搜索、画图，实在是漫长。

但是皇天不负有心人，一连几天的努力终于使我完成了这次课程设计任务，我现在心里有一股极其强烈的成就感！经过这段珍贵的时间的学习探索，我已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。

我深刻地体会到了一个数字系统庞大的知识体系并且使我深刻体会了从书本知识到实际应用的设计过程。

题目刚分配下来我们便分配了工作，丝毫不敢有所马虎。

我们五人没偷下懒，迅速分工查阅和收集资料，我们去了图书馆借一些参考书，上网找一些相关资料，并请教指导老师，通过不断努力，终于把大致的模块给描述下来，剩下的只有整理和修改程序。

在完成电子技术课程设计后，我们发现自身还有许多不足，所学到得知识还远远不够，以至于还有一些功能不能被完成，但通过学习这一次实践，增强了我们的动手能力，提高和巩固了电子电工方面的知识。

从中，我们的团队合作精神也大大增强，并让我们认识到把理论用于实践是多么重要。

经过这次课程设计，我明白了许多事情，领悟到了很多道理。

在科学技术叙述发展的今天，不仅世界是日新月异，而且电子产品也是不断更新。

但是千变万变，万变不离其踪，只要我们有坚实的、牢固的知识作后盾，并且不断学习外界的各种先进的科学文化知识，就可以构筑自己知识的大厦，在自己今后的人生道路上迈出稳健的步伐。

这次实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。

在这次课程设计中，我,学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。

这次设计,将会使我大学生涯中一道亮丽的风景线,也将成为我人生道路上的一个闪光点!
参考文献
[1] 张克农主编.《数字电子技术》.高教出版社出版.第一版.2006
[2] 曾建唐主编.《电工电子基础实践教程》.机械工业出版社.2002
[3] 康光华主编.《电子技术基础》.高教出版社出版.第四版.1999
[4] 陈坚，赵玲主编.《电力电子技术及应用》.北京中国电力出版社.2006
[5] 石新春主编.《电力电子技术》.北京中国电力出版社.2006
[6] 曹丰文主编.《电力电子技术基础》.北京中国电力出版社.2007
[7] 贺益康，潘再平主编.《电力电子技术》.北京科学出版社.2004。