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:

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班内序号:

一,摘要

近年来,随着我国经济的发展与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,与社会生产密不可分。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与小电子产品中。

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与电路的搭建调试。

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与多谐振荡器,输出驱动蜂鸣器与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与驱动,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与阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件就是驻极体振动膜,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。这样高的阻抗就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就是微弱信号,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与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”,但不就是“虚地”), I + = I - = 0

所以 N i p U U U ==

1

R 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

电压比较器就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)就是比较器,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 与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(饱与输出);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。