声控报警电路实验报告

实验报告

实验名称：声控报警电路设计

实验学生：

所属班级：

班内序号：

一，摘要

近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，生活节奏的加快，人们对电子报警器的需求日益增加。电子报警器应用于安全防范，系统故障，交通运输，医疗救护等领域，和社会生产密不可分。例如声控报警系统在生活中处处可见，楼道里的声控节能灯，店铺联网报警器等等，其功能简单，成本较低，因而广泛应用于各种家用电器和小电子产品中。

本课题基于应用需求，结合实验要求设计电路。报告介绍了简易的声控报警器的电路设计和电路的搭建调试。

关键词：报警器；CD4011；无源蜂鸣器；LM358

二，引言

随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电子设备、电子仪器的出现日新月异，在市场上电子产品的竞争较为激烈。

本课程设计利用驻极体式咪头作为声传感器获得电压，经LM358放大电路两级放大，然后通过电压比较器和多谐振荡器,输出驱动蜂鸣器和发光二极管工作报警。

1，设计要求

1，设计任务要求

设计一个声控报警电路，在麦克风附近击掌（模拟异常响动），电路能发出报警声，持续时间大于5秒。声音传感器采用驻极体式咪头，蜂鸣器用无源式蜂鸣器。

2，提高要求

1，增加报警灯，使其闪烁报警；2，增加输出功率，提高报警音量，加强威慑力。

2，电路设计

1，系统组成框图

2，系统总体设计思路

驻极体式咪头作为声音传感器，将击掌产生的声音信号转化为电信号，微弱的电信号经过同相放大器放大后便于传输和驱动，放大信号进入同相比较器，比

较器根据实验可以设置合理的比较电压V

REF ，当放大信号高于比较电压V

REF

时，

放大器输出高电平促发方波振荡器开始工作，振荡产生的方波经三极管放大即可驱动无源式蜂鸣器发出报警声音。但由于一次拍手产生的电信号只有短暂的脉冲，故还需要在比较器后加入延时电路，减缓脉冲电压下降的速度来实现延时报警。

3，单元电路设计思路

声音采集单元设计原理简述

驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜，当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而

产生了随声波变化而变化的交变电压。其膜片与金属极板之间的电容量比较小，因而它的输出阻抗值高，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

因为驻极体式麦克风内部结构含场效应管，所以驻极体话筒必须提供直流电压才能工作。本实验采用漏极输出型电路，电路图如下

实际电路参数

麦克风中的场效应管的UDS一般在1.5V~4.5V之间，而IDS一般在0.1mA~1mA之间。若供电电压VCC在6V~8V时，可知RD约在2.2K~5.1K 之间。实验电路可预取2.8K。C为隔直电容，可采用22uF的电解电容。3，信号放大单元设计原理简述

由驻极体式麦克风转化产生的电信号是微弱信号，经测量在击掌瞬间麦克风输出的最大值约为12mV，该信号必须经过放大器放大之后与比较器比较。该部分信号的放大由LM358来实现，用LM358构成一级放大约100倍，第二级电压跟随的形式。

一级电路设计原理如下：

第一级采用同相放大电路，输入信号从直流补偿电阻R1输入到运放的

同相输入端。反馈网络为R2和R3，构成深度电压串联负反馈放大电路。根据分析集成运算放大电路的两个重要特点（“虚短”、“虚断”）可知：

因为U + = U - = U i （“虚短”，但不是“虚地”）， I + = I - = 0

所以 N i p U U U ==

1R U I N i =

同相输入运算放大器中，当R f =0或R 1 =∞时，A uf =1+（R f ／R 1）=1，即输出电压与输入电压大小相等，相位相同，这种电路称为电压跟随器。

实际电路参数

麦克风的测量中，输出的电信号约为150mV ，故初步设定放大倍数为100倍，使放大级输出约为1.5V 。放大部分电路参数如图2.3.2（a ）。再放大之后，紧跟一级电压跟随缓冲，电压跟随器参数如图2.3.2（b ）所示。

3，电压比较单元

设计原理简述

电压比较器是对两个模拟电压比较其大小,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+” 端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端V OUT (输出电平信号)。另外有电源V+及地(单电源比较器)，同相端输入电压V A ，反相端输入V B 。V A 和V B 的变化如图2.3.3（a ）所示。在时间0～t1时，V A >V B ；在t1～t2时，V B >V A ；在t2～t3时，V A >V B 。在这种情况下，V OUT 的输出如图1(c)所示：V A >V B 时，V OUT 输出高电平(饱和输出)；V B >V A 时，V OUT 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大 。 如果把V A 输入到反相端，V B 输入到同相端，V A 及V B 的电压变化仍然如图1(b)所示，则V OUT 输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。

输出电平变化与V A、V B的输入端有关。

如果输入电压V A与某一个固定不变的电压VB相比较，此固定不变的VB 称为参考电压、基准电压或阈值电压。在试验中合理设置参考电压便可以实现特定的电压比较。实验原理图即如下

既此时有如下的电压输出关系，当V A> V B时, u O = +U OM 为了便于电路组合之后的调试过程，特引入电位器分压，如图 2.3.3（b）所示，信号从同相端输入，参考电压从

2.3.4 RC延时单元

设计原理简述

当有高电平加在电路输入端时，电容C开始充电，直到电容两端电压与充电电压相等。当充电电压下降至0时，电容C开始通过电阻R放电，直到电容C储存的电荷全部释放。通过这样快充慢放的过程实现电路电压下降的延时功能，具体电路图如下

实际电路参数

实验要求报警时间不低于5s，根据t=RC初步计算，可取电阻R=100k，电容C=0.01uF。预计报警时长持续10s左右。