北邮模电实验声控报警电路

北京邮电大学

《电子电路测量与设计实验》实验报告

题目：声控报警电路

姓名：李英民

学号：2014210579

班级: 2014211120

学院: 信息与通信工程学院

2016年 4 月

一、课题名称

声控报警电路

二、摘要及关键字

（一）摘要：

当今社会，对报警系统的需求越来越大，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。

本实验就针对声控报警电路进行设计和电路拼搭，通过实际面包板电路和仿真电路对报警电路的局部电路和整体电路两方面进行电路介绍和功能分析。并分析在实验中遇见的问题，困难及解决方法，最后总结本实验结束后的心得体验。

（二）关键字：

报警器；CD4011；无源蜂鸣器；LM358

三、设计任务要求

1、基本要求：在麦克风近处击掌（模拟异常响动），电路能发出报警声，持续时间大于5 秒。声音传感器用驻极体式咪头，蜂鸣器用无源压电式蜂鸣器

2、提高要求： A、增加报警灯，使其闪烁报警。 B、增加输出功率，提高报警音量，加强威慑力。

四、设计思路及总体结构框图

（一）设计思路：

驻极体式咪头作为声音传感器，将击掌产生的声信号转化为电信号，微弱

的电信号经过反相放大器放大，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 VREF，当放大信号高于比较电压 VREF 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信号，故还需要在比较器后加入延时电路，利用时间常数的特性来延长报警时间

（二）总体结构框图：

五、分块电路和总体电路的设计

（一）分块电路：

1、蜂鸣器驱动电路

注意：

（1）蜂鸣器的构造，其背面带有三条小线的那一级是接地端

（2）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，如果在Vcc=15V的条件下工作，计算得出上拉电阻的大小应该为15K左右

2、信号放大单元

（1）说明

实验中放大电路由LM358来实现，根据运算放大器的工作原理，u

=±

(R

f /R

1

)u

i

（正相放大器或反相放大器均可）。可以通过改变两个电阻的阻值，

使放大器的放大倍数为100倍。本实验中使用两级反相放大电路，最终放大效果仍为正向放大。

（2）LM358简介

LM358中含有两个运算放大器，所以可以设计成两级放大器。本实验中应用双电源工作模式，双电源(±12V)。其引脚图如下：

（3）实际电路设计

（4）设计过程

放大倍数：Av=100K/10K*100K/10K=100倍

考虑到电阻箱中的器材，选择10K和100K电阻作为实验元件

3、电压比较器

（1）电压比较器也采用LM358组成，仍然采用双±12V电源。另外电压比较器拥有两个输入端，反相输入端通过上拉电阻连接+12V左右的电源，同相输入端输入前级放大器的输出。当比较信号大于参考电压（3V左右）时，输出+12V，当比较信号小于参考电压时，输出-12V。

（2）输出波形如下：

（3）电路图如下：

（4）设计过程：

综合灵敏度和输出信号峰峰值的要求，选择比较电压为3V 左右的VREF VREF=Vcc*（R1/（R1+R3）），计算出R1=9K ，

R3=3K

RC 延时电路

4、RC 延时电路

（1）原理

因为声控报警电路是以击掌为信号，击掌时间很短，而希望蜂鸣器可以长时间报警，所以需要设计一个延时电路，本实验采用RC 电路。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高电平相等。当高电平变成低电平时，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。

（2）原理图

（3）实际电路设计

（4）设计过程

根据实验要求，延时时间应该大于5s ，那么再根据实验箱内部的元器件，所选择的电阻、电容分别为：R5=1M ，C1=10uF

RC 延时电路

5、方波震荡电路

（1）原理图

方波振荡器电路是由与非门与电阻电容组成，通过电容的充放电，来实现输出的高低电平的相互交换（矩形脉冲信号），从而出现合适的频率驱动后一级的蜂鸣器。

（2）工作原理

当输入U

O

一个高电平时，该方波振荡器依靠电容 C的充电与放电引起反馈

电压 V

A 的变化来实现振荡，当V

A

达到与非门的阀值电压V

th

时，实现输入与出

端的反相。（假设出示状态是门G

1输出低电平V

OL

，门G

２

输出高电平V

OH

）工作

过程如下：

（2.1）当V

A 正好降至阀值电压V

th

，G

1

输出电压V

B

翻转，V

O

也跟随翻转，

且跳变值均为V

OH -V

OL

，由于电容C两端的电压不能突变，所以V

A

下降V

OH

-V

OL

，

低于阈值电压V

th 。此时，门G

1

输出高电平V

OH

，门G

２

输出低电平V

OL

。

（2.2）此后门G

1电容Ｃ反向充，使V

A

逐渐上升至门G

1

的阀值电压V

th

， V

A

上升V

OH -V

OL，

电路各部分输出继续翻转，门G

1

输出低电平V

OL

，门G

2

输出高电平

V

OH 。

（2.3）此后电容C开始放电，使V

A 开始下降。当V

A

下降至门G

1

的阀值电

平V

th 时，电路再次发生翻转门G

1

输出高电平V

OH

，门G

2

输出低电平V

OL

。经过电

容C的耦合使的耦合使V

A 再次下降V

OH

-V

OL

，电路又回到第一次翻转后的状态，

振荡器如此产生振荡。（3）实际电路设计