555定时声光报警器课程设计

595 Hz f2 3571 Hz 固在调试过程中，可通过二极管闪烁频率，蜂鸣器音调高低来判断待调试报警工 作状态是否标准。
5
第三章 主要元器件原理及相关计算
3.1 材料清单
元器件 蜂鸣器 发光二极管 555 集成定时器 R1 10 K 电位器 R2 2 K 电阻 R3 20 K 电位器 R4 2 K 电阻 C1 0.01 F C2 0.01 F C1 100 F 电解电容 C2 0.1 F 电解电容 C3 4.7 F 电解电容 C4 10 F 电解电容
刚接通电源时，U c 0,U o 1。当U c 升至后，比较器 C1 输出低电平( R 0 )，
基本 RS 触发器置 0，定时器输出U o 由 1 变为 0。同时，三极管 T 导通，电容通
过
R2
放电，U
c
下降。在
1 3
U
cc
Uc
2 3
U
cc
期间，U
0
保持低电平状态。在
U
c
下降
至
1 3
U
cc
以后，比较器
2．蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
3．蜂鸣器的电路图形符号 蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准 用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
3.3.2 蜂鸣器的结构原理
1．压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹 配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
2.2 电路原理图
2.3 印刷电路板
2
2.4 555 定时器声光报警电路原理
声光报警电路是一种防盗装置，在有情况时它通过指示灯闪光和蜂鸣器鸣 叫，同时报警。要求指示灯闪光频率为 1~2Hz，蜂鸣器发出间隙声响的频率约为 1000Hz，指示灯采用发光二极管电路由两个 555 多谐振荡器组成，第一个振荡器 的振荡频率为 1~2Hz 时，第二个振荡器的振荡频率为 1000Hz。将第一个振荡器 的输出(3 脚)接到第二个振荡器的复位端(4 脚)。在输出高电平时，第二个振荡 器振荡;输出低电平时，第二个振荡器停振。这样，蜂鸣器将发出间隙声响。
C
2
输出低电平( S
0
)，使触发器置
1，输出U o
由
0
变为
1。
同时三极管 T 截止，于是电容 C 再次被充电。如此不断重复上述过程，多谐振荡
器的输出端就可得到一串矩形波。工作波形如图 3-4(b)所示。
(a)电路图 图 3-4 多谐振荡器
(b) 波形图
10
振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间 tp1 为电容 C 的电
UC
2 3
Vcc
时：
U
n 1 o1
U
n o1
，即输出保持原状态不变，
二极管共组， C2 同样如此；
当电解电容电压U c
2 3
Vc
c
时：
U o1 0 ，则电容 C1 经过 R2 放点，放电时间
tw2 R2C ln 2 0.7R2C 。
此时 C2 复位端 RD U o1 0 ，复位有效，则 C2 输出为低电平，蜂鸣器不工 作。
U11 和U12 分别为
6
端和
2
端的输入电压。当U11
2 3
U
cc
，U12
1 3 U cc
时，C1
输出为低电平， C2 输出为高电平，即 R 0, S 1，基本 RS 触发器被置 0，晶体
7
管 T 导通，输出端U o 为低电平。
当 U 11
2 3
U
c
c
， U 12
1 3
U
cc
时，
C1
输出为高电平，
输出脉冲宽度 t p 为暂稳态的持续时间，即电容 C 的电压从 0 充至所需
9
的时间。由
2 3 U cc
U
c
c
(1
e
tp Rc
)
得
t
p
ln 3 RC
1.1RC
(3-5)
由上式可知：
① 改变 R、C 的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。
② 在 R、C 的值一定时，输出脉冲的幅度和宽度是一定的，利用这一特性可
声光报警器（Audible and visual alarm）又叫声光警号， 是为了满 足客户对报警响度和安装位置的特殊要求而设置。同时发出声、光二种警 报信号。产品专用领域：银行，政府机关，邮政，电信，酒店，大厦，工 厂商场 商铺、别墅、ATM,周界防越系统及保安服务公司等； 是消防火灾 自动报警系统中的一个配件产品。
第一章 绪论
声光报警器在实际的生活中可以见到许多，运用于生活的许多方面，既有硬件实 现的，也有硬件和软件同时控制执行。通过这次的课程任务设计，可以很好的对 课本知识运用于实践，同时也可以激发学生学习于专业相关的一些知识，从而扩 大自己知识面的广度。 声光报警电路可作为防盗装置，在有情况时它通过指示灯闪光和蜂鸣器鸣叫，同 时报警。要求指示灯闪光频率为 1~2Hz，蜂鸣器发出间隙声响的频率约为 1000Hz， 指示灯采用发光二极管。 电路由两个 555 多谐振荡器组成，第一个振荡器的振荡频率为 1~2Hz 时，第二个 振荡器的振荡频率为 1000Hz。将第一个振荡器的输出(3 脚)接到第二个振荡器的 复位端(4 脚)。在输出高电平时，第二个振荡器振荡;输出低电平时，第二个振 荡器停振。这样，蜂鸣器将发出间隙声响。 声光报警器可用在危险场所，通过声音和各种光来向人们发出示警信号的 一种不会引燃易燃易爆性气体的报警信号装置。防爆声光报警器适用于安 装在含有ⅡC 级 T6 温 度组别的爆炸性气体环境场所，还可使用于石油、化 工等行业具有防爆要求的 1 区及 2 区防爆场所，也可以露天、室外使用。 可以和国内外任 何厂家的火灾报警控制器配套使用。当生产现场发生事故 或火灾等紧急情况时，火灾报警控制器 送来的控制信号启动声光报警电 路，发出声和光 报警信号，完成报警目的。本产品也可同手动报 警按钮 配合使用,达到简单的声,光报警目的。本 产品符合 GB3836 系列标准的要 求（满足 GB3836.1—2000《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》及 GB3836.2—2000《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型“d”》标准），经国 家指定的 检测机构鉴定并取得了防爆合格证。报警器外壳为全不锈钢壳 体，灯壳抗冲击能力强，180 清晰可视超高亮 LED 发光管，配备超强蜂鸣器， 具有工作稳定，使用寿命长, 功耗低，不受污染物和水的影响等特点。
C
2
输出为低电平，
R 1, S 0 ，基本 RS 触发器被置 1，晶体管 T 截止，输出端U o 为高电平。
当 U 11
2 3
U
cc
， U 12
1 3
U
cc
时，基本
RS
触发器状态不变，电路亦保持原状
态不变。
综上所述，可得 555 定时器功能如表 3-2 所示。
表 3-2 555 定时器功能表
3.2.2 555 定时器的应用
555 定时器产品有 TTL 型和 CMOS 型两类。TTL 型产品型号的最后三位都是 555，CMOS 型产品的最后四位都是 7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相 同。
555 定时器的电路如图 3-1 所示。它由三个阻值为 5kΩ 的电阻组成的分压器、 两个电压比较器 C1 和 C2 、基本 RS 触发器、放电晶体管 T、与非门和反相器组成。
，则
R
1，S
1，
基本 RS 触发器保持原状态，U o 仍为高电平。
在t
t3
时刻，当U c
上升略高于
2U 3
cc
时， R
0, S
1，基本
RS
触发器复位，
输出U o 0 ，回到初始稳态。同时，晶体管 T 导通，电容 C 通过 T 迅速放电直至
U c 为 0。这时 R 1, S 1，电路为下次翻转做好了准备。
态。
(2) 暂稳态
在t
t1 瞬间，2
端输入一个负脉冲，即U1
1 3
U
cc
，基本
RS
触发器置
1，输
出为高电平，并使晶体管 T 截止，电路进入暂稳态。此后，电源又经 R 向 C 充电，
充电时间常数 RC ，电容的电压按指数规律上升。
在t
t2 时刻，触发负脉冲消失(U1
1 3
U
cc
)，若U
c
2 3
U
cc
数量 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3.2 555 定时器芯片工作原理,功能及应用
555 定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使 用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器
6
等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
3.2.1 555 定时器工作原理
图 3-1 555 定时器原理图
分压器为两个电压比较器 C1、C2 提供参考电压。如 5 端悬空，则比较器 C1
的参考电压为，加在同相端； C2 的参考电压为，加在反相端。
是复位输入端。当 R' 0 时，基本 RS 触发器被置 0，晶体管 T 导通，输出端
U o 为低电平。正常工作时， R' 1。
对边沿不陡、幅度不齐的波形进行整形。
2．多谐振荡器
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。 在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个 暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。
图 3-4 所示是由 555 定时器构成的多谐振荡器。 R1 、 R2 和 C 是外接元件。
压 uc 从充电至所需时间
t p1 (R1 R2 )C ln 2 0.7(R1 R2 )C
(3-6)
第二个暂稳态时间 tp2 为电容 C 的电压从放电至所需时间
t p2 R2C ln 2 0.7R2C
（3-7）
3.3 蜂鸣器
3.3.1 蜂鸣器的介绍
1．蜂鸣器的作用 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压 供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、 电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
对于 C2 ：
当 R 0 时：Vcc 通过 R3 ， R4 对 C2 进行充电，充电时间为
t
' w1
(R3
R4 )C2
ln
2
0.7(R3
R4 )C2
。
当电解电容电压U c
1 3
Vcc
：
U
o
2
1，蜂鸣器发出声响；
当电解电容电压
1 3
Vcc
UC
2 3
Vcc
时：
U
o
2
保持原状态不变，蜂鸣器工作
当电解电容电压 Uc
固了解掌握声光报警器的工作原理及制作方法对电气自动化专业同学 来说是非常必要而且实用的。
1
第二章 555 定时器声光报警电路设计
2.1 硬件组成
电信号
闪光灯报警
蜂鸣器报警
如上图：声光报警电路由闪光灯报警和蜂鸣器报警两部分组成，其中蜂鸣器报警 只有在闪光灯报警状态下才可发出一定音调的鸣声，随着闪光灯闪烁，蜂鸣器发 出间隙声响。
0 R1 10 K ， R2 2K ， C1 100 F
所以： 0.28s T1 0.98s ，1.02Hz f1 3.57 Hz
对于 C2
而言：蜂鸣器音调高低对应不同的频率
f2
1 T2
，
T2
t
' w1
t
' w2
0.7(R3
2R4 )C2
4
又 0 R3 20 K ， R4 2K ， C2 0.1F 所以： 2.8 10 4 s T2 1.68 10 3
1．单稳态电路 前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相
反。而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。
单稳态触发器电路的构成形式很多。图 3-3(a)所示为用 555 定时器构成的 单稳态触发器，R、C 为外接元件，触发脉冲 u1 由 2 端输入。5 端不用时一般通 过 0.01uF 电容接地，以防干扰。下面对照图 3-3(b)进行分析。
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（a）电路图 图 3-3 单稳态触发器
(b) 波形图
(1) 稳态
接通电源后，U cc 经 R 给电容 C 充电，当U c 上升到大于时，基本 RS 触发
器复位，输出U o
0 。同时，晶体管
T
导通，使电容
C
放电。此后U c
2 3
U
c
c
，
若不加触发信号，即 U 1
1 3 U cc
，则U o
保持Fra Baidu bibliotek
0
状态。电路将一直处于这一稳定状
2 3 Vcc
时 ： Uo2
0
，
C2
通过
R4
放点，放电时间
t
' w2
R2C ln 2
0.7R2C
。
U
c
始终在
1 3
Vcc
到
2 3
Vcc
之间来回充电放点。蜂鸣器就会发出固定频率的声音。
2.5 性能指标要求
对于 C1 而言：二极管闪烁频率
f1
1 T1
，
T1 tw1 tw2 0.7(R1 2R2 )C1
工作原理 对于 C1 ：
通电后: Vcc 通过 R1 ， R2 对 C1 进行充电，充电时间为
te1 (R1 R2 )C ln 2 0.7(R1 R2 )C 。
当电解电容电压U c
1 3
Vcc
：
U o1
1；此时 RD
U o1 1 ，复位无效， C2 工
作；
3
当电解电容电压
1 3
Vcc