多路防盗报警器

盐城工学院本科生课程设计报告（2008）1摘要:近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、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。此外，一些仓库的防盗工作也日益严峻，仅用人来值守的年代已经不复存在，需要一种无人值守全自动的防盗方式。为此，提出“多路防盗报警器”的设计任务。我设计的6路防盗报警器的优点在于其实用，价廉和简单。目录1、设计任务与要求1.1、设计一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警1.2、功能要求1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源2、总体方案设计2.1、方案选择与论证2.2、报警器的原理框图如图2-1所示2.3、总体电路图3、单元电路设计及说明3.1、电源电路设计及说明3.1.1电源电路设计方案3.1.2电源电路图3.1.3电源电路相关说明3.2、控制电路设计及说明3.2.1控制电路设计方案3.2.2控制电路图3.2.3控制电路相关说明3.3、报警声产生电路3.3.1报警声产生电路设计方案多路防盗报警器设计23.3.2报警声产生电路图3.3.3报警声产生电路图相关说明3.4单元电路间的连接方法4、电路参数计算4.1电源电路参数计算4.2控制电路参数计算4.3报警声产生电路参数5、电路元件的选择6、收获与体会7、参考文献1、设计任务与要求1.1、设计一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警1.2、功能要求（1）防盗路数可根据需要任意设定。（2）在同一地点（值班室）可监视多处的安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示相应的地点，并通过扬声器发出报警声响。（3）设置不间断电源，当电网停电时，备用直流电源自动转换供电。（4）本报警器可用于医院住院病人有线“呼叫”。1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源2、总体方案设计2.1、方案选择与论证防盗报警器的关键部分是报警控制电路，由控制电路控制声、光报警信号的产生。下面列出两种方案：盐城工学院本科生课程设计报告（2008）3方案一：采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大，从而使电路发出声、光等报警信号。正常情况下，运算放大器不工作，直到有信号时才工作，将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器，输出音频信号使扬声器发声报警。传感器可采用压力传感器。实现方法，可将压力传感器装在门或窗户等处。此方案需要使用运算放大器，使电路变得复杂。而且，目前市场上很难买到运算放大器。此外，运算放大器的价格比普通组件都要贵，这也增加了设计成本。方案二：采用三极管与可控硅进行控制，无偷盗情况时，使三极管处在截止状态，则被控器的声、光信号产生电路不工作；一旦有偷盗情况，立即使三极管导通，被控器的声、光信号产生电路产生声、光报警信号，呼叫值班人员采取相应措施。电网正常供电时，通过电源变压器降压后经整流、滤波及稳压得报警器所需直流电压，为防止电网停电，在控制器的输入端设置有备用直流电源，保证报警器在停电时能持续正常工作。与方案一相比，方案二有着明显的优点。主要在于其电路简单，更实用，设计成本也比较低。市场上也有好多类似的报警器产品。此次课程设计，我采用的正是第二种方案。2.2、报警器的原理框图如图2-1所示。图2-1多路防盗报警器原理框图（1）控制电路由三极管3DG12、电阻R1,R2,R3和可控硅SCR1共同组成，如图2-2所示。电源电压12V通过R2给三极管3DG12提供基极直流偏置，初始状态下，开关S1断开。三极管基极无电流，三极管发射极没有偏置电压，使三极管处于截止状态。此时，可控硅的控制极上无信号或者紧有微小的信号，可控硅不多路防盗报警器设计4能导通。正常情况下，可控硅的T1、T2极间有正向偏压，但不导通。一旦开关S1被触碰，将使整个电路导通，由于有电解电容，三极管导通前，电路先给三极管充电，直到三极管基极具有足够的电压使三极管发射极正偏，电压应高于0.7V。可控硅即晶闸管导通后，使报警电路工作，发出声、光报警信号。S1R143kR2T13DG12W122kR312kSCR112VC147uF图2-2控制电路（2）电网电压通过电源变压器降压后，经整流桥整流，电容器滤波，三端集成稳压器稳压后供给控制电路，同时将备用直流电源通过二极管并入控制电路的输入端。电网电压正常供电时，二极管截止，一旦电网停电，二极管导通，备用电源自动供电。（3）指示灯采用灯泡显示，控制电路输出信号使其发光。显示器可按不同设防地点进行编号。采用NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器，控制器输出信号ov控制其工作，NE555的（3）脚输出音频信号再通过放大电路放大后扬声器发声报警。2.3、总体电路图盐城工学院本科生课程设计报告（2008）5S1R143kR2180T13DG12W122kR312kR4SCR1D1S2R543kR6T23DG12W222kR712kR8SCR2D2S3R943kR10T33DG12W322kR1112kR12SCR3D3S4R1343kR14T43DG12W422kR1512kR16SCR4D4S5R1743kR18T53DG12W522kR1912kR20SCR5D5S6R2143kR22T63DG12W622kR2312kR24SCR6D6VVGNDINOUTIC178L12C9100nFC1047nF12VDCK12345678555R2512kR2643kC1122nFD82CP10T73DG12C1333nFR27180kC1422nFR282.4kT83AX3112VDC12VDC1路2路3路4路5路6路K1~220V~15VIC2DS1DS2DS3DS4DS5DS6D7ViYC7470nFC847uFC147uFC247uFC347uFC447uFC547uFC647uFTrTransCTC121uF图2-3总体电路图本多路报警器为6路防盗报警器，每一路有相同的电路结构，控制电路也相同，均由可控硅控制。由总体电路图可看出，此6路防盗报警器电路总共有三个基本组成单元。分别是：电源电路、控制电路、报警声产生电路。3.1、电源电路设计及说明3.1.1电源电路设计方案本设计是6路防盗报警器，各路电路结构完全相同，共享一个直流稳压电源。为了降低设计成本，减少功耗，故采用12V直流稳压电源供电。在电网正常供电情况下，可直接将家庭电路中的220V交变电压通过变压器降压、整流桥整流、电容滤波和三端集成稳压器稳压后得到12V直流电压，可充当直流稳压电源使用。在电网停止供电时，即家庭停电时，备用直流电源直接开始工作，这样就实现了电源供电的连续性。通过利用二极管的正向导通特性，将12V直流电源并入电路中，电网供电情况下，二极管没有正向偏压，不能导通，由电路直接为报警电路供电。当电网停电时，二极管便获得正向偏压，因而能够导通。备用12V直流电源或电池组开始工作。3.1.2电源电路图多路防盗报警器设计6VVGNDINOUTIC178L12C9100nFC1047nF12VDCK1~220V~15VD7VoC7470nFC847uFTrTransCT图3-1电源电路3.1.3电源电路相关说明除去备用直流电源的电源电路，我刚在实习中使用过，并且完成了安装与测试。家庭电路中的220V经过变压器降压后变为交流15V，再使用由四个相同型号整流二极管组成的整流电路整流，而后又经电解电容C7与瓷片电容滤波后得到20V的直流电压。然后再用型号为78L12国际上普遍使用的12V三端集成稳压块稳压，通过稳压即可得到比较理想的12V直流电压。三端集成稳压块之后电路上又并联了容量为47nF的瓷片电容与容量较大的电解电容将低于12V少量电压放大，除此之外，C10与C8还有保护电路的作用。即当电网断电瞬间，电容上仍然充满了电荷，电容开始放电，等到电容两端的电压小于11.3V时，二极管D7便开始导通，备用直流电源开始工作。三端稳压块采用国际上较常用的78L12，可以稳12V的直流电压。3.2.1控制电路设计方案本多路报警器要控制的电路有6路。在电路中起到控制声、光报警信号产生的作用。控制电路有多种设计方法，也可以用多钟元件实现，但我选择较简单的三极管与可控硅，使电路简单化，也使之易于实现。可控硅的导通前提条件是有正向偏压，然后如果控制极上有一个高于阴极的电压信号，该可控硅便导通。其外，可控硅的一个重要特点是，一旦导通后，就可以维持导通状态，与控制极不再有关系。可利用可控硅的这种特性与三极管的导通条件设计控制电路。可将接触式开关串在三极管的基极上，正常情况下，开关断开，三极管基极上没有电压，仅有集电极直接与电源相连。要使三极管能正常工作，应先调节三极管的静态工作盐城工学院本科生课程设计报告（2008）7点，使其工作在放大区。这样，三极管导通后才能将基极上微小的电流放大后送到发射极。在发射极上串联一个较大的电阻，这样一来，在三极管导通后，发射极上电阻能获得较大的电势差，然后将其加到可控硅的控制极与阴极上，可控硅就可迅速导通。另外，考虑到接触式开关防盗应用中，开关不可能合上以后就不再断开。一般情况下，接触式开关只是短暂的闭合。为了延长电路的工作时间，可在三极管的基极与地之间并联一个电解电容，用于延迟电路导通和延续电路的导通状态。3.2.2控制电路图S1R143kR2T13DG12W122kR312kSCR112VC147uFR4D1DS1图3-2控制电路图3.2.3控制电路相关说明控制电路是整个多路防盗报警器电路中的核心。起着控制声、光报警信号产生的作用。如图3-2，可控硅的右侧是声光报警信号的输入端，由图可看出，只要可控硅导通，声光报警信号便可发出。控制电路的右侧是产生报警光信号的电路，其电路也极其简单，只需将一个较大的电阻与灯泡串联后接到电源上。图中，D1也有重大的作用，产生报警声信号电路只有通过D1然后再通过可控硅，才能正常产生报警声信号。要使二极管D1导通，需要其有正向偏压。要达到此目的，需使R4阻值较大及使灯泡有一个较大的功率，使二极管的阴极电位较低。此控制电路中，三极多路防盗报警器设计8管静态工作点的调试也比较重要，电路导通时应使三极管工作在放大区。3.3、报警声产生电路3.3.1报警声产生电路设计方案首先考虑使用555时基集成电路，不仅是因为其使用广泛，它也有其独特的作用。使用555时基集成电路之前还需了解其内部结构与工作过程。555时基电路的工作过程：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于⅓VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces使VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于⅓VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于⅓VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3都导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截