来停电报警电路 正文

1 前言本次设计主要是设计一个来停电报警电路，来停电报警电路在日常生活中是非常重要的。

随着经济社会的发展，电越来越多影响我们的日常生活与社会生产。

在日常生活中，经常会用到一些电器设备不能随便停电，如：冰箱，洗衣机等；在社会生产中，各企业工厂更是不能随便停来电，如：煤矿里的排气扇不能停电，停电之后瓦斯浓度过高不能随便来电。

由于这个原因，就需要对电压进行监控，所以来停电报警电路应运而生。

来停电报警电路设计方法很简单，它主要包括变压整流滤波稳压电路、停电振荡报警电路和来电振荡报警电路三大部分。

其涉及到模拟电子技术、数字电子技术的相关知识。

电路结构简单易实现，其中运用了3个电路部分，分别是与模拟电子技术相关的变压整流电路，和与数字电子技术相关的来电报警电路、停电报警电路，当输入电压突然中断或送入时，都会引起报警器发声，特别是停电时还会有红灯亮起，从而达到对有无电压进行监控的目的。

设计时采用中小规模集成电路，主要培养分析问题解决问题的能力，将理论运用于实践，加深对电路结构的理解，对各种元器件的认识与应用，提高设计电路，调试电路的实验技能。

2 总体方案设计2.1 方案比较方案一首先由变压器将家庭电压将至报警器工作电压，再由桥式滤波电路将交流电转换为直流电加在稳压二极管之间，稳压二极管工作是提供稳定电压 7.28V 。

整流电路和一个单刀双掷开关相连，开关一端与断电报警电路的输入端相连，另一端与来电报警器输入端相连。

当断电时，扬声器发出报警声同时红色LED 发光，以便于人发现，人发现后将开关接到另一端使报警声停止、灯光熄灭；当来电时，扬声器发声，人发现后将开关接回原端声音停止。

图2-1 方案一方框图 方案二根据技术要求，此报警器可由以下几部分组成，首先有电时要产生输入电压V I ：0~10V 的步进电源；第二部分是比较器，将VI 与报警门限电平相比较，由于该报警器要求有两个门限电平，即CC I V 32V ≥或CC I V 31V ≤电路报警，而CC I CC V 32V V 31<<电路不报警，所以这里选用窗口比较器，这样可以更加精确的监视电压情况；第三部分则为报警电路。

图2-2 方案二方框图A/D 转换多谐振荡器 三位寄存器三位数值比较器 三位数值比较器D/A 转换 D/A 转换 步进电源 三位寄存器 扬声器电网 变压整流滤波稳压电路停电报警电路来电报警电路电网2.2 方案论证与选择本文要求设计一个来停电报警电路，电路主要实现监控电压有无的功能，首先，经过变压器将工作电压降到合适大小，再用直流稳压电路将交流电变为直流电，将变换后的直流电压接入报警电路，然后判断电压有无，以使扬声器发出报警声音。

两个方案均能实现该功能，但方案二虽然监测更加精确，但是在实现过程中使用元器件多，总体电路过于复杂，成本大，不便于理解与实现，也不方便使用；方案一使用了元器件少，电路简单，成本较低，易实现，基本符合要求，便于设计者理解电路结构，也能满足日常生活的需要，价格合适。

综上所述，采用方案一来作为这次的设计电路。

3 单元模块设计3.1 稳压电源设计直流电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组成，如图3-1：图3-1 稳压电源设计流程图电源变压器作用：把电网中220V 交流电转换为较低电压以便应用。

整流电路作用：把交流电变成脉动的直流电。

滤波电路作用：滤除脉动直流电的纹波得到较平滑的直流电。

稳压电路作用：当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

1.稳压电路中用到三端集成稳压器，为LM7805。

78XX 系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V 直流电压的稳压电源电路。

IC 采用集成稳压器7805，C1、C4分别为输入端和输出端滤波电容，RL 为负载电阻。

当输出电较大时，7805应配上散热板。

2.因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，最大输出电流1.5A ，LM78XX 系列输出电压分别为5V ，6V ，8V ，9V ，10V ，12V ，15V ，18V ，24V 。

图3-2 7805典型接法电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路电网图3-3 稳压电源3.2 停电报警电路设计根据设计要求，选择NE555构成单稳态触发器控制报警时间和多谐振荡器使扬声器发声。

NE555简介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。

NE555的主要特性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等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

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。

(a) 集成电路内部结构图(b) 555管脚图图3-4 NE555表 3-1 555各引脚名称及功能表引脚名称功能1 GND(地) 接地，作为低电平（0V）2 TR（触发）当此引脚电压降至1/3Vcc时输出端给高电平。

3 Q（输出）输出高电平或低电平。

4 R（复位）当此引脚接高电平时定时器工作，接低电平时复位，输出低电平。

（接空时默认两阈值电压1/3Vcc与 2/3Vcc）5 CV（控制）控制芯片的阈值电压。

6 TH（阈值）当此引脚电压降至2/3Vcc时输出端给低电平7 DC（放电）内接OC门，用于给电容放电。

8 VCC（供电）提供高电平并给芯片供电。

NE555组成的单稳态触发器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。

接通电源后，未加负脉冲，而C充电， Vc上升，当Vc=2Vcc/3 时，RS电路输出为低电平，放电管T导通，Vc快速放电，使 Vc= 0。

这样，在加负脉冲前，输出为低电平，即Vo= 0，这是电路的稳态。

在t = t0时刻 Vi负跳变（ Vi端电平小于 Vcc/3），而 Vc= 0（TH端电平小于2Vcc/3 ），所以输出Vo 翻为高电平，T截止，VC充电。

按指数规律上升。

t = t1时，负脉冲消失。

t = t2时 Vc上升到2Vcc/3（此时TH端电平大于2Vcc/3 ，TR端电平大于Vcc/3 ）， Vo又自动翻为低电平。

在Tw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。

NE555的高触发端TH（6脚）和放电端D（7脚）接RC定时电路，低触发端TL （2脚）外接触发信号。

图3-5 555 构成单稳态触发器原理图NE555组成的单稳态触发器的输出脉冲的宽度TwRCTw=(3-1)ln3单稳态触发器是用来设置当人看到红色LED发光或听到断电报警声并做出反应（开关接到S2端）后扬声器发声的时间。

根据技术要求，人作出反应后，报警时间应尽量短，故R应为500Ω，C为10μF。

做出反应后报警时间:Tw=≈5.5msRC3ln图3-6 555 构成单稳态触发器工作原理：在停电状态时，S1接收到低电平，单稳态触发器Q0端产生高电平，同时红色LED 灯发光提示停电。

人发现后将开关接到S2端后，S1经由R5变为高电平，Q0端经过脉宽Tw时间后变为低电平，同时LED灯熄灭。

NE555组成的多谐振荡器如图3-5所示，电阻R1、R2和电容C构成定时电路。

定时电容C上的电压UC作为高触发端TH（6脚）和低触发端TL（2脚）的外触发电压。

放电端D（7脚）接在R1和R2之间。

电压控制端K（5脚）不外接控制电压而接入高频干扰旁路电容（0.01uF）。

直接复位端R（4脚）接高电平，使NE555处于非复位状态。

图3-7 555构成多谐振荡器原理图多谐振荡器的放电时间常数分别为2ln )21(C R R tPH += (3-2)2ln 2C R tPL = (3-3)振荡周期T 和振荡频率f 分别为2ln )221(C R R tPL tPH T +=+= (3-4)2ln )221(11C R R T f +== (3-5)参数计算：根据图 3-7 的接法，可由式(3-4)或式(3-5)根据技术要求计算出合适的周期或频率。

选取R1为620Ω，R2为2.4k Ω，C 为0.22μF 。

图3-8 555构成多谐振荡报警电路工作原理：在停电状态时，单稳态触发器S1接收到低电平， Q0端产生高电平，使多谐振荡器复位端为高电平，同时，多谐振荡器经电容送出高低电平交替的信号，扬声器发出警报声提示断电，待工作人员发现并将将开关接到S2端后， Q0端经过脉宽Tw时间后变为低电平，多谐振荡器复位端为低电平。

振荡停止，报警声停止。

3.3 来电报警电路设计因为日常生活中来电的情况下一般不容易出现大的危险，所以，来电报警电路设计相对停电报警电路而言较为简便，仅有一个由 555 构成的多谐振荡报警电路，各种元件参数同停电报警器的报警电路。

根据技术要求，选取R1为620Ω，R2为2.4kΩ，C为0.22μF。

图3-9 来电报警电路设计图工作原理：在来电时， S2接收到高电平，使多谐振荡器复位端为高电平，同时，多谐振荡器经电容送出高低电平交替的信号，扬声器发出警报声提示来电，待工作人员发现并将开关接到S1端后，多谐振荡器复位端经R21接地变为低电平。

振荡停止，报警声停止。

4电路原理与仿真4.1 电路工作原理首先由变压器将家庭电压将至报警器工作电压，再由桥式滤波电路将交流电转换为直流电加在稳压二极管之间，稳压二极管工作是提供稳定电压 7.28V整个电源部分和一个单刀双掷开关相连，开关S1端与断电报警电路的输入端相连，S2端与来电报警器输入端相连。

当断电时，红色LED发光，同时扬声器发出报警声。

人做出反应将开关接到S2端，报警声停，灯熄灭。

当来电时，报警声起，人做出反应将开关接到S1端，报警声停。

4.2 电路参数计算1.整流滤波稳压电路：Vo=7.28V2.停电报警电路：(1)单稳态触发器：取R=500Ω，C=10μF可满足技术要求，工作过程如下：a.当断电时，S1端口接收到低电平，Q0端口将输出高电平，LED灯亮b.开关接S2时，由于Tw很小。

所以Q0端口立刻输出低电平，LED灯灭(2)报警电路：取R1=620Ω，R2=2.4kΩ，C=0.22μF 可满足技术要求，工作过程：a.当断电时，单稳态触发器Q0端口产生高电平，多谐振荡报警器复位端为高电平，谐振荡器经电容送出高低电平交替的信号，扬声器发出警报声b.开关接到S2端后，单稳态触发器Q0端口产生低电平，多谢振荡报警器复位端为低电平，报警声停止3.来电报警电路：取R1=620Ω，R2=2.4kΩ，C=0.22μF 可满足技术要求，工作过程：a.当来电时，S2端为高电平，多谐振荡报警器复位端为高电平，多谐振荡器经电容送出高低电平交替的信号，扬声器发出警报声b.开关接到S1端后，多谐振荡报警器复位端为低电平，多谐振荡器停止振荡，报警声停止4.3仿真调试图4-1 变压前波形图4-2 变压后波形图4-3 整流滤波后波形图4-4 报警时多谐振荡波形图4-5 停电报警状态图4-6 来电报警状态5 元件清单表5-1 元件清单名称类型数量三端稳压器7805 1 电阻若干电容0.01u 3 1n 2 0.22u 2 10u 1极性电容2200u 1二极管1N4007 4 LED 1555定时器NE555 3 变压器TRAN-2P2S 1 扬声器 26 设计总结这是一篇关于来电、停电报警电路的分析的论文，首先要从现有的诸多报警电路中选出一个最优化电路，其次要对报警电路的组成、原理进行详细的分析说明。