水银防盗报警器课程设计论文.docx
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水银防盗报警器课程设计论文
《模拟电子技术》课程设计
题目水银防盗报警器
引言
近年来随着改革开放的深入发展、电子电器的飞速发展。
人民的生活水平有了很大提高。
各种自行车、电动自行车、摩托车、汽车和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也是越来越多。
这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强造成偷盗现象屡见不鲜。
因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
随之人类便发明了防盗器报警器,为人们解决了不少问题。
报警器是一种保护生命财产安全的电子产品,它在各个领域的应用十分广泛。
水银报警器由于是使用重力进行报警,应用起来及其方便,备受人们青睐!
随着社会的发展,农村城镇化和人员流动性增大,社会治安状况更趋复杂,因此家庭作为社会的基本单元,其防范问题就显得尤为重要。
所以作为新一代的智能家居安全防盗报警器系统就应运而生,并日益受到广泛的重视和运用。
为培养运用基本知识进行简单电路设计的能力,扎实基础理论,我们现在初次进行模拟电子课程设计。
我们小组设计的是水银防盗报警器。
设计这个电路的时候,我们从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件,找到适合的功能电路,采用了NE555时基集成电路、水银开关、音乐芯片和一些其他的元件来焊接了这个水银防盗报警器的电路,从而实现了上述的报警要求。
1电子课程设计的目的
设计的这个装置,平时打开电源水平放置,当小偷触动你设有报警器的装置时,水银防盗报警器就会发出报警声,定能使歹徒魂飞魄散。
具有一定的实用性。
通过此次课程设计巩固和加深“模拟电子技术”及相关课程知识。
在设计产品的过程中培养自己独立分析问题和解决实际问题的能力。
2电子课程设计的任务及设计思想
2.1课程设计的任务
(1)设计并制作一个水银报警器,并理解其工作原理。
(2)使用Multisim软件进行计算机仿真设计。
(3)根据从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件,找到适合的功能电路。
(4)通过对本制作的安装、焊接、调试,了解电子产品的内部构造,训练动手能力,掌握元器件的识别、简易测试以及整机调试工艺。
(5)熟练使用电烙铁、剪钳、万用电表等电子工具。
(6)认真仔细的安装焊接,排除安装焊接过程中出现的故障。
(7)通过网络查阅和图书馆资料,
(8)学会撰写课程设计总结报告。
(9)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.2设计思想
本次设计要求完成基于水银防盗报警电路的设计、连接,选择适合的电路元器件。
而整个设计的核心部分就在于采用了NE555控制其它电器进行工作的设计,当报警器电路受到轻微震荡时,报警器就会因重力作用发声报警。
随后运用画出电路图待所有模块的功能正确之后,然后制作相应的电路板,最后照着原理图进行整机电路的连接。
3设计的方案与论证
3.1方案选择与论证
水银防盗报警器的关键部分是IC1(NE555)和IC2(CL9561)控制报警电路,由二者控制电路控制声报警信号的产生。
下面列出两种方案:
方案一:
车载报警装置,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。
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。
图3-1电路原理方框图
方案二:
采用IC1(NE555)和IC2(CL9561)进行控制,无偷盗情况时,使IC2(CL9561)处在截止状态,则被控器的声信号产生电路不工作;一旦有偷盗情况,立即使水银开关导通,通过IC2内部集成电路的处理后发出报警信号,这个报警信号很微弱,不足以推动扬声器发出声音,这个微弱的信号送给三极管VT进行功率放大才能使扬声器发出响亮的报警声,呼叫被盗者采取相应措施,原理如图3-2所示。
图3-2电路原理方框图
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。
此次课程设计,我采用的正是第二种方案。
4电路原理及功能分析
4.1水银防盗报警电路的工作原理
水银防盗报警器的电路原理图如下图4-1所示。
图4-1电路原理图
电路中NE555时基集成电路接成典型无稳态工作方式,三极管与水银开关构成水银防盗触发回路。
当电源开关打开,报警器处于水平状态时,防盗报警器断路,当水银防盗报警器偏离水平状态一定范围时,以为重力的作用,水银开关处于连通状态,此时整个报警器电路处于通路状态,音乐芯片中储存的音乐文件会通过报警电路播放出来,从而实现报警。
本电路的核心元件是IC1(NE555)和IC2(CL9561),当按下开关S1时整个电路的电源接通,如图3-2所示,假设这时水银开关S2处于断开状态,IC1的2脚接地处于高电平,3脚处于低电平无电压供给IC2使得执行机构扬声器不能发出声音;当振动或使水银开关S2接通时(然后断开),IC1的2脚接地处于低电平,这是IC1的3脚处于高电平,也就是直接将电源电压提供给IC2工作,通过IC2内部集成电路的处理后发出报警信号,这个报警信号很微弱,不足以推动扬声器发出声音,这个微弱的信号送给三极管VT进功率放大才能使扬声器发出响亮的报警声,通过调节R3的阻值使得声音的音调有所变化,直到满意的效果。
经过我们实验该电阻R3取在100~270K比较好,这里电阻R2和C1起到延时断开IC1第3脚的电压的作用,使得报警声响一段时间后自动停止报警,这里水银开关的安装角度决定报警器的灵敏度,当未振动是S2是开路的,当振动时S2触发接通使报警器发出声音,然后马上断开,这样报警一段时间(由C1和R2决定)后便自动停止报警,这里C3是报警器的电源滤波电容,C2是IC1的旁路电容,R1提供IC1的信号工作点,IC1的4、8脚为电源电压输入端,1脚接地。
4.2元器件的选择
4.2.1555时基电路原理
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3,A2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器A2的输出为1,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则A1的输出为1,A2的输出为0,可将RS触发器置0,使输出为0电平。
555引脚图如图4-2所示:
图4-2555引脚图
1、地GND2、触发3、输出4、复位
5、控制电压6、门限(阈值)7、放电8、电源电压
其内部含有两个电压比较器,一个分压器,一个RS触发器,一个放电晶体管和一个功率输出级。
NE555内部结构如图4-3所示:
图4-3NE555内部结构
555定时器功能表
图4-4NE555功能表
4.2.2音乐芯片
音乐芯片Cl9561是语音合成报警集成电路,芯片内储存了四种声音可供选用。
Cl9561集成电路芯片自右向左5个焊盘分别是:
电源正端VDD(也为触发端);振荡端OSC应外接一只振荡电阻;输出端OUT;电源负端Vss。
声音类别选择端TR1、TR2。
Cl9561四声报警COB
图4-5音乐芯片
1.外围接线图如上:
2.工作电压:
2.4V-3.6V3.上电自动复位
4.可选择四声报警声:
110警车声、火警声、救护车声、机枪声。
5组装过程
5.1元件识别检测情况
1.电阻用色环法定义:
通过色环来表示电阻的大小,有效数字、倍率和允许误差。
现在见到的电阻的色环有四道和五道的,四道环的有效数字是前两道环所代表,而五道环是由前三道所代表。
2.识别电容器,电容的标注分为直接标注和色标法。
通过学习,明白了直接标注的电容是用数字直接表示电容量,不标单位。
而色标法则同电阻器的标注。
检测电容的方法是利用电容的充放电特性,一般用万用表电阻档测试电容的充放电现象,两只表笔触及被测电容的两条引线时,电容将被充电,表针偏转后返回,再将两表笔调换一次测量,表针将再次偏转并返回。
用相同的量程测不同的电容器时,表针偏转幅度越大说明容量越大。
测试过程中,万用表指针偏转表示充放电正常,指针能回到∞,说明电容没短路,可视为电容完好。
(1)电解电容(如图5-1所示)有极性,使用时不能接反。
检测时,用万用表两表笔分别接触电容两电极,每次测量时先把电容器放电。
电阻大的那次黑表笔接的是电容的正极。
容量可从封装上直接读出,如470uF。
图5-1电解电容
(2)瓷片电容(如图5-2所示)无极性,使用时不区分。
容量采用数码表示法,一般用三位数表示,前两位表示容量有效数字,第三表示幂指数。
即“0”的个数,默认单位为pF。
如“103”=10*10²pF=0.01uF
图5-2瓷片电容
3.三极管(如图5-3所示)的识别和检测,很明显,一般的三极管就是三个管脚,很容易识别,所以识别三极管重要的是识别三极管是npn或pnp型,以及各管脚所代表的极性。
而这些的判断都需要使用万用表。
判断极性:
对半圆型三极管,将管脚向上,半圆向自己,顺时针为ebc极。
判断三极管的类型:
在基于以上极性判断的前提下,npn管,基极接黑表笔,测得电阻较小。
pnp管正好相反。
图5-3晶体三极管
5.2组装调试方法、流程
将检验识别完好的元件有规则的插入电路板。
按图纸用导线将各元件连接到一起,检查电路板与图纸有没有不同之处,看有没有短路或断路。
接通电源.
如果接通电源之后却没有任何的反应,所以我们又做了如下的处理:
将所有元件重新插入电路板,保证每个原件都插接良好。
用万能表依次将所有元件的接入端进行检查,看是否有电。
接通电源后,能正常运行,就拆卸导线,进行焊接,焊接过程中保证不让电烙铁的高温烧坏元件(尤其是IC2是怕热的报警芯片)。
焊接时利用烙铁头的对元件引线和焊盘预热,烙铁头与焊盘的平面最好成45°夹角,等待焊金属上升至焊接温度时,再加焊锡丝。
被焊金属未经预热,而将焊锡直接加在烙铁头上,使焊锡直接滴在焊接部位,这种焊接方法常常会导致虚焊。
接通电源,重新检验是否工作正常。
5.3故障排除
当全部焊接完毕后再检查一下有没有元件拆错,有没有虚假错焊、短路、断路等,确实没有错误时再通电,将水银开关S2接通即可报警,否则需检查IC1、IC2、9013等元件,一般安装正确都会一次成功。
5.4产品质量报告
本电路用NE555作为时基电路,CL9561为报警集成电路。
触发电路由水银开关导通,灵敏度高,声音响亮,延时10秒停止后又处于待机状态。
6电路的焊接
焊接一般分为五步:
a准备b加热c加焊锡d去焊锡e去烙铁当焊锡完全润湿焊点后离开烙铁,注意移开烙铁的方向应该是大概45度的方向。
焊接电路时对于电烙铁的使用需要注意许多问题:
首次使用电烙铁时,烙铁头要上锡;对于表面已经氧化的焊盘和元器件的引脚,必须用细砂纸打磨干净,涂上助焊剂,然后搪上一层薄而均匀的焊料;导线焊接前要出去末端绝缘层;焊接时间不宜过长,否则容易烫坏元件,必要时可用镊子夹住管脚帮助散热;焊点应呈正弦波峰形状,表面应光亮圆滑,无锡刺,锡量适中;焊接完成后,要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净,以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作;集成电路应最后焊接,电烙铁要可靠接地,或断电后利用余热焊接。
7硬件调试
7.1组装注意事项
由于本电路工作频率低,总增益又不是太大,不易发生自激或其他异常现象。
对元器件的选择要求不高。
7.2调试注意事项
在通电测试前,首先按照电路原理图认真核对,看是否有漏焊、虚焊、错接、短路的地方。
7.3焊接中出现的问题
(1)NE555的引脚焊倒了;
(2)三极管发射级、集电极、基级没分清楚;
(3)电路出现短路地方。
7.4电子产品的调试
1.水银开关中的水银置于根部时,开关接通,而位于顶部时则断开,当报警器水平放置时,将水银开关调整到水平向下倾斜30度左右,平时让水银开关中的水银位于玻璃管的顶部,而当有振动时,里面的水银会上下窜动,从而接通开关。
玻璃管的倾斜角度大小,直接影响到报警器的灵敏度,这一点大家在制作时可自己进行试验。
安装好里面的器件,然后再接通4.5v的电压,电路就能正常工作了。
2.报警部分调试时,将VT2的C、E极间短路一下,若有正常的报警声发出,说明报警电路工作正常,若不正常,应重点检查9561上的振荡电阻是否安装可靠。
3.555单稳态电路调试时,只要按线路板上的标识进行焊接,基本无须调试,开始调试时用短接水银开关两焊点的办法来模拟,当工作正常后,再焊上水银开关。
水银开关的状态平时应为断开,而有振动时,开关里面的水银运动可接通开关,这主要看开关的水平角度,具体调到什么程度,制作者须实际安装时确定。
7.5调试中出现的问题及处理方法
(1)第一次调试时,电路没有反应,通过检查电路,发现555的引脚焊错了,后来又重新焊了。
(2)第二次调试时,三极管级脚焊接反了,设计失败。
开始根据电路原理图进行检查,看看是否有漏焊、短接虚焊等常见的错误,发现很多地方有不正确,便把短接、漏焊的地方改正,又反复核对。
8总结
光阴如箭,日月如梭,两周的电子课程设计转眼就结束了。
虽然我们设计的产品不是很完美,但我们大家都曾努力地付出过,我们一起探讨制作方案,一起商量操作步骤,不仅学会了很多操作技术,同时也对模拟电子这门课程有了更深入的了解。
在我们的报警器终于可以工作的那一刻,我的心情说不激动是假的,正所谓“只要功夫深,铁杵磨成针”,虽然失败了几次,但最终我们也成功的做出了作品。
此次实训设计是我们从大学走向未来工作的重要一步。
从最初的选题,组装,调试直到完成作品。
其中,查找资料,与同学交流,每一个过程都是对自己能力的一次检验和提升。
当听到音乐芯片发出声音时,我们都激动不已,很有成就感。
电子装配实习,是以学生自己动手,掌握一定操作技能并亲手制作、组装与调试为特色的。
它将基本技能训练,基本工艺知识和创新启蒙有机结合,培养我们的实践能力和创新精神。
作为信息时代的大学生,作为国家重点培育的高技能人才,仅会操作鼠标是不够的,基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。
通过这次课程设计的学习,我们对电子工艺理论有了初步的系统了解。
这些知识不仅在课堂上有效,对以后的电子工艺课的学习更有很大的指导意义,在日常生活中更是有着现实意义;也对自己的动手能力是个很大的锻炼。
为期两周的电子课程设计,让我收获了很多知识和经验。
我也终于明白:
做任何事情,细心,认真,不骄不躁是必不可少的。
感谢老师给我们这次亲自动手,自行完成课程设计的机会。
在此过程中提高了我对电路的分析能力;掌握了对常用电子器件的类型和特征的了解;学会了电子电路的焊接、安装和调试;培养了自己解决问题的能力。
最后,谢谢老师这两周来对我们的教育与指导!
参考文献
[1]江晓安.数字电子技术第三版.西安:
西安电子科技大学出版社2008.6
[2]江晓安.模拟电子技术第三版.西安:
西安电子科技大学出版社2008.3
[3]张庆双.555应用电路精选.北京:
机械工业出版社2010.4
[4]萧景和.555/556时基集成电路精选.北京:
中国电力出版社2011.2
[5]刘刚.微电子器件与IC设计基础.北京:
科学出版社2009.8
[6]康华光.电子技术基础(模拟部分)第四版.北京:
高等教育出版社2006.1
附录1电路元器件明细表
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
集成电路
NE555
IC1
1块
2
音乐芯片
CL9561
IC2
1片
3
三极管
9013
VT
1支
4
扬声器
∮29
BL
1个
5
电阻器
150K
R2
1支
6
电阻器
200K
R3
1支
7
电阻器
270K
R1
1支
8
瓷片电容
103
C2
1支
9
电解电容
47uF
C1
1支
10
电解电容
10uF
C3
1支
11
印刷板
1块
12
电源开关
S1
1个
13
水银开关
S2
1个
14
导线
若干
附录2核心元件的数据手册,及其性能参数
核心元件
数据
性能参数
集成电路NE555
1.只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大,可与TTL,CMOS等逻辑电路配合,也就是它的输出电平及输入触发电平,均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
3.管脚:
1地GND;2触发;3输出;4复位;5控制电压;6门限;7放电;8电源电压VCC
·供应电压4.5-18V
·供应电流3-6mA
·输出电流225mA(max)
·上升/下降时间100
音乐报警片CL9561
1.处理信号:
数字信号
2.制作工艺:
膜集成
3.导电类型:
单极型
4.集成程度:
大规模
工作温度:
0~70(℃)
静态功耗:
0.05mW
三极管9013
NPN型,集电极-发射极电压25V、集电极-基电压45V、射极-基极电压5V、集电极电流0.5A、耗散功率0.625W、结温150℃、特征频率最小150MHz、放大倍数:
D64-91E78-112F96-135G122-166H144-220I190-300
- 配套讲稿:
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