数字电子电路课程设计双路防盗报警器

〈〈数电课程设计〉〉
双路防盗报警器
专业：电气工程及其自动化
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双路防盗警报器设计
一设计目的和背景
这几年随着改革开放的不断深入以及我国经济的迅猛发展，人民的生活水平有了很大的提高。

各种贵重物品以及高档家电产品为越来越多的家庭所拥有，并且人们手中尤其是城市居民的积蓄数额也十分可观。

因此，越来越多的家庭对财产安全问题十分关心。

目前，许多家庭都使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。

为此，提出“双路防盗报警器”的设计任务。

该报警器适用于家庭防盗，也适用于中小企业事业单位。

其特点是灵敏、可靠，一触即发，可以立即报警；也可以延时1-35秒再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。

报警时除可以发出类似公安警车的报警声之外，两只警灯还可以同时交替闪亮，增加对犯罪分子的威慑气氛。

二设计任务与要求
1设计题目
双路防盗报警器的设计
2设计任务与要求
1.设计一个双路防盗报警器，当常闭开关K1（实际中是安装在窗于窗框、门于门框的紧贴面上的导电铜片）发生盗情时，K1打开，要求延时1～35s发生报警。

当常开开关K2发生盗情而闭合时，应立即报警。

2.发生报警时，有两个警灯交替闪亮，周期为1～2s，并有警车的报警发生，频率为f=1.5～1.8Hz。

3.选择电路元、器件。

4.安装调试，并写出设计总结报告。

三设计方案论证及方块图
目前市售的防盗报警器有的结构复杂、体积大、价格贵，多适用于企事单位用。

而一些简易便宜的报警器其性能又不十分理想，可靠性太差。

综合各种报警器的优缺点，并根据本设计要求及性能指标，兼顾可行性、可靠性和经济性等各种因素，确定双路防盗报警器主要组成部分的方块图如图1所示。

它由延时触发器、报警声发生单元和警灯驱动单元三部分组成。

方块图如下图所示
四电路的组成及工作原理
双路防盗报警器总电路原理图如图2所示。

图2
1单元电路的分析
（一）延时触发器
其主要功能为延时触发和即时触发。

该部分电路主要由K1常闭开关（延时触发开关）、K2常开开关（即时触发开关），与非G1－G3，二极管D1与D2，电容C1－C2和电阻R1－R4及电位器Rw组成。

延时触发器的工作原理如下：
1．电源刚接通时：
因为电容C2的下极板接地为0V，由于电源刚接通的瞬间电容电压不能突变，故C2的上极板也为0V。

低电平“0”信号脉冲输入与非门G3，使G3输出高电平；又因开关K2断开，＋6V电源使门G2输入信号为高电平（此时K1闭合，门G1输入低电平，输出为高电平，二极管D1截止，对基本RS触发器无影响），门G2输出（基本RS触发器Q端）低电平“0”，从而使555定时器IC2和IC3的第4脚（异步复位端）为低电平，IC2和IC3不工作，报警器不发声不闪亮。

称此时延时触发器开关为关闭状态。

2．开关K1打开（延时报警器）时：
电源通过电阻R1和电位器Rw的阻值，满足R1＋Rw<R2，可使C1的充电电流大于放电电流，使C1上的电压缓慢上升。

当C1上的电压达到门G1的转折电压UTH 时，G1输出由“1”变“0”，二极管D1导通，使RS触发器S D＝0；因此时C2已由＋6V电源电阻R4被充电使RS触发器RD端为“1”，基本RS触发器被置“1”
（门G2输出为“1”），IC2和IC3开始工作，报警声发生单元和警灯驱动单元工作，即延时触发门打开。

3．开关K2闭合（即时报警）时：
当K2闭合，D2导通，使RS触发器的SD端为“0”，RD端仍然为“1”，RS触发器会立即被置“1”，即延时触发门即刻打开，防盗报警器会即刻发出报警。

（二）报警声发生单元
其主要功能是，发生报警时,频率为105－108KHz类似于警车的报警声。

该部分电路主要由555定时其IC2和IC3，半导体三极管T1－T3，定时电容C3和C4，电阻R5－R10及扬声器组成。

报警声发生单元的工作原理如下：
1.IC 和,C3组成周期约为1－4.2s的低频振荡器。

当有警信号时,延时触发门的RS触发器Q=1时，IC2和IC3开始工作。

由于电源刚接通时，C3上电源不能突变,使IC2的高触发端6脚和低触发端2脚的电压为0V，其输出端3脚（E）为高电平，IC2内部的放电管截止。

电源经R5和R6对C3充电，C3上电压上升；当Uc3≥2／3Vcc时,输出端3脚变为低电平,IC2内部的放电管导通,C3通过电阻
R6和IC2的放电端7脚放电,C3上电压（D点）逐渐下降；当Uc3≤1/3Vcc时3脚（E）点又翻回高电平。

如此周而复始形成振荡,产生周期1－2s的矩形波，占空比约为50％。

2．IC3和电阻R8,R9,C4组成另一个低频振荡器。

这里特别指出的是：IC3的电压控制端5脚控制电压是C3的电压（D点）通过T1的发射极合得到的.D点电压变化,使IC3的5 脚电压Uco值随之而变化。

当UD（Uc3）较高时,Uco也较高，正向阈值电压Ut＋（等于Uco）和负向阈值电压Ut－（等于1∕2Uco）也较高,电容C4充放电时间长,因而IC3的输出端3脚（F）点输出脉冲的频率较低；反之,当UD较低时,Uco也较低,Ut＋和UT－较低,C4的充放电时间短,F点输出脉冲频率高较高。

由此可见,IC3的输出短F点得到的脉冲不是单一频率，其振荡频率可在一定范围内周期变化。

选择合适的参数，其输出频率约在105KHz至1.8KHz之间。

D点、E点、和F点的波形如图所示。

F点输出的脉冲经T2和T3放大后，推动扬声器发出高低频率不同的声音，类似公安警车的报警声。

（三）警灯驱动单元
其主要功能是，发生报警时，使两个警灯交替闪亮，周期为1~2s，以增加报警时的紧迫感，该部分电路由非门G4~G8，三极管T4~T7，电阻R11~R12和两个警灯HL1与HL2组成。

警灯驱动单元的工作原理如下：
1．当不报警（K1闭合和K2多断开）时：
这是延时触发门ＲS触发器Q=0,封锁了门G5和G6, 使门G7与G8输出总为0，三极管T4~T7截止，警灯HL1与HL2不亮。

当报警（K1断开和K2闭合）时：
延时触发器Q=1,门G5和G6解除封锁，IC2产生的振荡信号经门G4反相后送入门G6的输入信号和直接送入门G5的输入信号极性相反。

使门G7和G8的输出信号极性相反，
且它们在IC2脚输出脉冲的控制下轮流交替出现高电平“1”，因而三极管T4，T5和T6，
T7轮流导通和截止，警灯HL1和HL2便交替闪亮。

选择参数，可使警灯闪亮周期为1~2s。

在图2的电路原理图中，将门G1~G8用两个四2输入的非门来代替，画出的整机电路如图4所示。

图中G1~G4用IC1表示，G5~G8用IC4表示。

2 总体电路的分析
总体电路主要由延时触发器报警发生单元以及警灯驱动组成。

延时触发器主要功能为延时触发和即时触发。

报警发生单元主要功能是当报警发生时，它在警灯驱动单元的驱动下发出频率为1.5~1.8kHZ的类似于警车的报警声。

警灯驱动单元主要功能是，在发生报警情况时，能使两个警灯交替闪亮，周期很短约为1~2秒，以增加报警时的紧迫感。

延时触发部分主要是由k1常闭开关、k2常开开关，与非门G1~G3，二级管D1与D2，电容C1~C2和电阻R1~R4及电位器Rw组成。

通过该电路能够起到延迟报警发声单元的报警声给盗贼以突然的威慑力，由前面单元电路里的分析，我们知道当开关K1打开时，C1上的电压达到门G1的转折电压时，IC2和IC3开始工作，报警发生单元和警灯驱动单元工作，既延时触发打开；当开关K2闭合时，D2导通，使RS触发器的SD端为0，RD端为1，RS触发器会立刻被置“1”延时触发门立即打开，防盗发生装置会立刻发出报警。

报警发生单元主要是由555定时器IC2和IC3，半导体三极管T1~T3，定时电容C3~C4，电阻R5~R10及扬声器组成。

警灯驱动单元的组成在前面单元电路的分析中已经介绍过这里不再重复。

通过延时触发器决定了警灯驱动单元的工作时间，在警灯驱动单元的作用下警灯发生单元工作。

五．电路元件器选择与计算
由于电路已基本定形，所以大部分元器件可以查手册直接选用，不必再考虑设计计算只有少数元件要考虑计算。

（一）IC2与IC3的选择
IC2与IC3选CB555
（二）G1~G8的选择
G1～G4和G5～G8可选择两个四2输入CMOS与非门，器型号选CC4011。

（三）三极管的选择
1．T1：选PNP型硅管，型号为3CG110A（3CG21A）。

2．T2：NPN型高频小功率硅管3DG100B(3DG6B)。

3．T3：选NPN型高频大功率硅管3DA87A（3DAH1A）。

4．T4和T6：选NPN型高频中功率硅管（3DG12B）。

5．T5和T7：选NPN型低频大功率硅管3DD203（DD01A）B＝50～200，Icm ＝1A，
Pcm＝10W。

（四）警灯和扬声器的选择
警灯HL1和HL2选择6.3V/0.15~0.3A的小灯泡。

扬声器选口径2.5~4in(英寸)*，阻抗8～16欧普通恒扬声器。

（五）电容的选择
C1=100 u F/10V, C2=22 uF/10V,
C3=47 u F/10V, C4=0.1 u F
C5=220 u F/10V,
C1,C2,C3,C5均为铝电解电容。

（六）电阻的选择与计算
1．R1和电位器Rw计算：因为选C1＝100 F，要求K1打开（报警）时1～35S，
35S考虑，忽略了C1通过R2的放电，
则（R1+Rw）C1=35s
R1+Rw=350k
选固定电阻 R1=10k
电位器 Rw＝350k
2．R2：因要求R1＋Rw《R2，可选R2＝1M 。

3．R3和R4：可选100k .
4． R5和 R6的计算：要求R5和R6与C3以及IC2组成的多谐振荡周期为1～2s，
由 T=0.69(R5+2R6)C3
且知 C3=47 F
又考虑IC输出脉冲占空比为50％，可算出R5＋2R6＝30～60K
可选R6＝18K ，R5＝1 k 。

R8和R9的选择：由IC3和R8，R9，C4组成另一个低频振荡器，器输出频率范围约为1.5~1.8Khz(由D点电压控制)，当Uco=Ud=2/3Vcc时，频率最低，fl＝1.5khz,可算出电阻R8+2R9 k (选C4＝0.1 F),可取R9=4.7k ,R8=1k 。

6．选R10＝1k ；R11=R12=10k ;R13=10k ;R7=1k 。

C5和R13为电源低频去耦滤波电路，防止因电源内阻增大（电池用久了）而引起激。

以上所有电阻均为选用0.125W的金属膜电阻。

（七）直流电源可采用四节电池，电压Vcc=6V。

六小结
通过验证证明，该设计方案是成功的。

其中难免存在一些错误和缺陷，请老师能给予批评和指证，使该设计更加完善。

通过此次课程设计让我能够亲身参予电子产品的设计师使我更加深深地体会到：现代的社会是信息的社会，很多与人们生活紧密相关的产品都是电子产品比如决定现代社会发展方向的电脑以及几乎每个同学都拥有的收音机等等无不
说明电子产品的重要性。

作为一名电气专业已经大三的大学生，我认识到我不仅要学好课本上的知识，还要学会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，做到理论联系实际。

通过这几周紧张而充实的课程设计，我学到了很多东西，并对我以后所要做的毕业设计有了一个初步的了解。

做好一个课程设计或毕业设计不仅要具备扎实的书本知识并会善于应用，还要学会查阅资料，对以前学过的知识不清楚的地方还要进行复习，实在搞不明白的地方要向老师或同学请教，这样才可能做出一个比较不错的课程设计。

通过此次设计过程，使我学会了一些作为一个电气专业的学生所应学会的软件如protel，并对可编程逻辑器件的应用和开发的设计思想有了更进一步的了解和掌握。

在这里我要感谢我们的指导老师，非常感谢老师的指导和帮助，真的很感谢他们。

希望以后还能参加这样的课程设计。

我想我会做的更好的。

七参考文献
1、《电子技术基础》（数字部分）主编：康光华高等教育出版社
2、《电子技术课程设计指导书》主编：艾永乐付子义焦作工学院电气工程系
3、《数字电路与逻辑设计》主编：曹国清中国矿业大学出版社
4、《电子技术课程设计》主编：历雅萍、易映萍高等教育出版社
5、《电子线路设计、实验、测试》主编：谢美自华中理工出版社
6、《经典集成电路400例》主编：任致程机械工业出版社
7、《实用电子控制电路》主编：方大千、鲍萧伟国防工业出版社。