多功能报警器

《模拟电子技术》课程设计

题 目 多功能防盗报警器 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） ****学院 指导教师 *** 完成时间 2013年 月1日

目 录

1 课程设计的目的 .................................................................................. 1 2 课程设计的任务和要求 .................................................................. 1 3主要元器件的基本介绍 ................................................................... 2 4设计方案与论证 ................................................................................... 7

4.1设计思路 ...................................................................................... 7 4.2电路设计框图及功能描述 ................................................. 8 4.3由555构成的单稳态触发器 ........................................... 9 4.4 三极管S9013 ........................................................................... 9 5工作原理 ................................................................................................. 10 6仿真分析 ................................................................................................. 11 7 硬件的制作与调试 ........................................................................... 11 8 心得体会 ................................................................................................ 13 参考文献 ..................................................................................................... 15 附录 ................................................................................................................ 16

附录1：总体电路原理图.......................................................... 16 附录2：元器件清单 .................................................................... 17

1 课程设计的目的

（1）通过本次课程设计，运用模拟电子技术，重新复习巩固模电知识。

（2）通过本次课程设计，认识电阻、电容、三极管、集成电路块等电子元器件。学会识别电子元器件，对电阻电容准确读数，熟练运用万用表。

（3）通过本次课程设计，提高动手能力，在实践中检验真理。 （4）学会根据技术要求，选用合适的元器件设计小型的数字系统，并进行组装调试的能力。

（5）学会根据设计要求和性能指标，查阅文献，收集和分析同类电路的能力。

（6）训练提高读图能力，掌握组装，调试方法。

2 课程设计的任务和要求

2.1 课程设计的任务

（1） 根据多功能报警器的原理图模拟仿真电路，实现电路功能：当报警器震动时，水银开关接通实现报警功能。 （2） 编写设计说明书，包括设计过程和有关说明；报警器工作原理图；电器元器件的选择和有关计算；参考资料、参考书等。

（3）设计一个简单的触摸式防盗报警器，以起到触摸防盗报警的功能。

（4）该防盗报警器，适用于仓库、住宅等地的防盗报警。

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（5) 防盗路数可根据需要任意设定。

（6) 一旦小偷触摸报警器，该报警器通过扬声器发出报警声响。

2.2 课程设计的要求

（1）各元件排版整齐，焊接规范，能达到预期报警效果。 （2）水银开关受到震动时，扬声器会发出声音，改变R3的阻值可以改变扬声器的所发出声音的音调。

（3）电路中的原件要满足相应的规格和型号。

3主要元器件的基本介绍

555内部第一部分是由两个差分电路组成的电压比较器，它相当于两个运算放大器的输入电路。此电压比较器的参考电压是通过三只分压电阻设定的，均为5k，因此该电路称为“555电路”。 555的特点：

1只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的震荡延时作○

用，其延时范围甚广，可有几微秒至几小时之久。

2它的操作电源范围极大，可与TTL、CMOS等逻辑闸配○

合，也就是它的输

出准位及输入触发准位均能于这些逻辑系列的高、低态组合。 3其输出端的供给电大，可直接推动多种自动控制的负载。○ 4它的计时精度高，温度稳定度高，且价格便宜。 ○

555管脚配置说明：

2

VSS—TROUTR12348765UDDDTHCO

图1555芯片

Pin1(接地)：地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。

Pin2（触发点）：此脚位时触发555使其启动它的时间周期，触发信号上缘电压必须大于2/3Vcc,下缘须低于1/3Vcc。 Pin3(输出)：当时间周期开始从555的输出脚位，移至比电源电压小1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位，与高电位是的最大输出电流大约200mA。

Pin4（重置）：一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源上或忽略不用。

Pin5（控制）：这个接脚准许由外部电压改变触发合闸限电压。当计时器工作在稳定或震荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin6（重新锁定）：Pin6重置锁定并使输出呈低态，当此接脚的电压从1/3电压以下移至2/3以上时启动此动作。 Pin7（放电）：此接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地位低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin8（电源）：这是555计时器IC的正电源电压端。供电压

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的范围是+4.5伏（最小值）至+16伏（最大值）。参数功能特性：

供应电压 4.5~18V 供应电流 3~6 mA 输出电流 225 mA（max）

上升/下降 100ns

555芯片引脚及功能：NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。NE555的内部功能及引脚图如下图所示：

8UDD4R1R60>=1113UOTHCO5AA0UA000>=10Q0R0—TR2R&BUB00>=1000—QD7V1USS

图2 555芯片内部结构

1地 GND 2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Vcc

分压器有3个5KῺ电阻R组成，它为两个电压比较器提

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供基准电平。5脚悬空时，电压比较器的基准电平为2/3UDD,比较器B的基准电压为1/3UDD。改变5脚的接法可改变比较器的A、B的基准电平。如采用2/3UDD和1/3UDD，则5脚通过一个0.01—0.1ῦf的电容接地，以防干扰信号影响5脚电压值。

比较器A、B是两个结构完全相同的精度电压比较器。A的输入端为引脚6高触发端，当U6>2/3UDD时，A端输出为高电平，当U6<2/3时，A输出为低电平。B输出为高电平。A、B输出直接控制基本RS触发器的动作。

RS触发器由两个或非门组成，它的状态由两个比较器输出控制，基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器的输出状态。从图2中可以看到，UA=0，UB=0，触发器处于维持态；UA=1，UB=0，触发器为置“0”态，Q=0，Q=1；UA=0，UB=1，触发器为置“1”态；UA=1，UB=1；此时Q=Q=0，破坏了触发器的功能，正常的使用555定时器时，不允许出现这种情况。

R是专门设置的可以从外部进行置“0”的复位端，R=0时，经过反相后将或非门封锁，输出为0，使Q=0，输出uo=0。

放电管V是N沟道增强型的MOS管，其控制栅为低电平时截止，为高电平时导通。两级反相器构成输出缓冲级，反相器的设计考虑了有较大电流驱动能力，一般可驱动两个TTL门电路。同时，输出级还起隔离负载对定时器影响作用。

根据图2所示电路结构可以很容易得到555定时器的功能表。

表1 555芯片真值表

——

5

TH×>2/3UDD<2/3UDD×—TR×>1/3UDD>1/3UDD<1/3UDDR低低L低低低H低低低H低低低H低OUTD低低L低低低低低L低低低低低低低低低低低H低低低

由于本次实验应用的是单稳态电路，是人工启动单稳，所以在此主要简述下此类单稳态电路。由555组成单稳态触发器的

电路及其波形如3所示：

图3—（a）

图3—（b）

图3单稳态触发器

图3—（a）为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端3输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到2端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C开始充电，VC 按指数

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规律增长。当VC充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器C1 翻转，输出V0 从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图如图3—(b)所示。 暂稳态的持续时间tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。

tw ＝1.1RC

通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。

4设计方案与论证

4.1设计思路

初始化否检测是否有震动是报警延时返回

图4

系统由人为启动，接通电源后，进入警戒状态，检测到

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有振动时，立即发出报警声，声响延迟一段时间后，再次进入警戒状态。

4.2电路设计框图及功能描述

目前市售的防盗报警器有的结构复杂、体积大、价格贵，多适用于企事业单位用。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，确定多功能防盗报警器组成部分的方块图如图2-1所示。它由水银开关、延时触发器、三极管、电容单元和报警装置单元组成。

水银开震动 555集 成电路 VT2放大电路 不震动 扬声器 9561报警芯片 不报警 报 警

图5报警器设计框图

本设计主要由NE555时基电路，三极管，水银开关组成。M是水银开关，与芯片焊点相连，当有人触碰时，接通电路使IC1的触发端2脚，使IC1进入暂态，3脚输出高电平，此时三极管VT导通，电源可通过R3对C2充电，随着充电时间的延长，IC2的2脚电位不断下降，约经t1s，IC2翻转，其3脚输出高电平，使蜂鸣器得电工作报警，并且延时一段时间。如延时之间内不再触碰水银开关则报警声停止。

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4.3由555构成的单稳态触发器

单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。

4.4 三极管S9013

S9013是NPN型三极管。当基极电位高于集电极电位，集电极电位高于发射极，三极管饱和导通，集电极与发射极饱和导通压降约为0.2V，最大0.6V。

4.5音乐报警片

由于CL9561用起来方便实用，因此用它来作为报警器的电压驱动模块。采用四音响模拟集成电路CL9561，使用

时VDD脚和SEL2脚分别和SEL1脚或互相短接即可

发出不同声音。

图5音乐芯片CL9561

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CL9561性能参数：三极管一般选侧8505或者9013.带O字母的引脚有三个。其中两个是晶振频率外接振荡电阻的6、7脚（OSC）,还有一个是OUT脚(3脚)，就是三极管集电极管脚信号放大输出脚。本电路选择警车报警音。

表2 CL9561引脚的接法

SEL1 不接 VDD VSS 任意接 SEL2 不接 不接 不接 VDD 输出声音 警车声 火警声 救护车声 机关枪声 5工作原理

电路由555定时器与R3，C1，C2组成单稳态电路。稳态时，2脚加高电平，6,7脚由于NE555电路内的放电管的导通，C1不能充电而保持为低电平，输出端3脚输出低电平。

当有微小振动时，水银开关闭合产生产生触发电信号输出，加至触发端2脚，单稳态电路被触发翻转，输出端3脚由低电平变为高电平。与此同时，555电路内的放电管截止，电源通过R2向C2充电，电路进入暂稳态。3脚的高电平一方面作为CL9561的工作电源加在它的电源端VDD，同

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时作为它的触发信号，使其被触发，发出报警声。

随着时间的推移，电容C2上的电压逐渐上升，当电压上升到2VDD/3以上时，电路翻转，输出端3脚由高电平变为低电平，电路恢复稳态。报警停止。

6仿真分析

电路原理图设计出来后，我们用专业的Mulitism 软件进行仿真。由于Mulitism 软件中没有CL9561，故采用发光二极管代替实物中的声音报警。点击运行，闭合开关B，当水银开关受到震动闭合，二极管开始闪烁，开关A断开由于电容储电，二

极管会持续闪烁一段时间后熄灭。仿真图如下所示：

图6电路仿真图

7 硬件的制作与调试

（1）焊接实物图

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图7焊接实物图

（2）焊接过程

1元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，○

先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。

2在瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装时，引线○

不能太长，否则降低元器件的稳定性；但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件。一般要求距离电路板面2mm，并且要注意电解电容的正负极性，不能插错。

3焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。 ○

4焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成○

45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。

5焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多○

或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。

6元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为好，○

多余的可以剪掉。

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7焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。 ○

8 心得体会

首先是焊接，一旦确定电路图是正确的。这道焊接程序往往可以决定这次实验的成败。在焊接前，用数字万用表进行了常用电子元器件的测试，其中有电阻、电解电容器、瓷电电容、半导体三极管的检测。同时按照试验原理图将元件插在覆铜板上，在焊接时，按照规范化要求进行焊接，但在焊接时出现了依然一些问题，比如焊点比较大、焊料过多、焊点不够圆润美观等等。最严重的是焊点与焊点之间间隙很小，很容易出现短路。分析后，我认为焊接要注意如下几点：

（1）焊剂用量要适中适量的助焊剂对焊接非常有利。过量使用松香焊剂，焊接以后势必需要擦除多余的焊剂，并且延长了加热时间，降低了工作效率。当加热时间不足时，又容易形成“夹渣”的缺陷。焊接开关、接插件的时候，过量的焊剂容易流到触点上，会造成接触不良。合适的焊剂量，应该是松香水仅能浸湿将要形成焊点的部位，不会透过印制板上的通孔流走。对使用松香芯焊丝的焊接来说，基本上不需要再涂助焊剂。目前，印制板生产厂在电路板出厂前大多进行过松香水喷涂处理，无需再加助焊剂。

（2）不要使用烙铁头作为运送焊锡的工具有人习惯到焊接面上进行焊接，结果造成焊料的氧化。因为烙铁尖的温度一般都在 300 ℃ 以上，焊锡丝中的助焊剂在高温时容易分解失效，焊锡也处于过热的低质量状态。特别应该指出的是，在一些陈旧的书刊中还介绍过用烙铁头运送焊锡的方法。

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焊毕后，检查焊点无误，安装4.5V电池后，首先不震动装置，打开开关发现无报警现象，符合要求；然后震动多功能报警器然而没有听见预期的声音报警。开始分析结果，我首先考虑的是实物是否焊接正确，在对比原理图后我发现没有明显的错误（也可能是当时我没有发现隐藏的误区），后来经过老师、同学指点，知道集成电路插座有固定的安装、焊接顺序。检查后果然是因为集成电路插座焊接反了。最终使设计试验取得初步成功。

经过一个星期的设计，多功能报警器设计基本与试验完毕。其功能基本符合，但是由于设计时间较短，所以该报警器还有不尽如人意的地方，比如该报警器的声音还是不够很大，而引起报警的原因太过单一，不能避免因非偷盗行为引起报警，出错处理不够等多方面问题，这些都有待进一步改善；但通过这次设计使我在如何更好地应用所学的知识，电子电路技术、解决分析问题的能力；学习新技术，新概念等得到了很大的提高，受益很多。通过这次设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。我在做设计的同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

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参考文献

[1]黄继昌.实用报警电路[M].北京：人民邮电出版社，2005. 2:27-55. [2] 康华光.《电子技术基础》.北京：高等教育出版社， 2007. 7:155-182. [3]黄继昌等编著.实用报警电路.北京：人民邮电出版社，2005年2月. 12-40

[4]黄智伟主编，王彦，陈文光，朱卫华等编著.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京电子工业出版社，2005年第1版. 120-220 [5]张晓东. 新颖实用电子制作.福建：福建科技出版社，2005年1月.5:45-50

[6]黄智伟.电子电路计算机仿真设计与分析.北京：电子工业出版社，2005年第二版. 56-66

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附录

附录1：总体电路原理图

R1 270KR2 150KVcc11a1R3 200K40Vcc28 b10732IC2CL9561A6V116IC1ENE555251a1a1GNDGND00S1BLC3VTB9013低低低低S2C1C2103

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附录2：元器件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 名称 集成电路 音乐芯片 三极管 扬声器 电阻器 电阻器 电阻器 瓷片电容 电解电容 电解电容 双孔电路板 电源开关 水银开关 导线 型号规格 位号 数量 NE555 CL9561 9013 150K 200K 270K 103 47uF 10uF IC1 IC2 VT BL R2 R3 R1 C2 C1 C3 S1 S2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 若干 17