• 設計任務與要求
  

                 摘     要

近年來，隨著改革開放的深入發展，人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產品和貴重物品為許多家庭所擁有，并且人們手中特別是城市居民的積蓄也十分可觀。因此，越來越多的居民家庭對財產安全問題十分關心。目前，許多家庭使用了較為安全的防盜門，如果再設計和生產一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器用于居民家中，必將在防盜和保證財產安全方面發揮更加有效的作用。此外，一些倉庫的防盜工作也日益嚴峻，僅用人來值守的年代已經不復存在，需要一種無人值守全自動的防盜方式。為此，提出“多路防盜報警器”的設計任務。

我設計的6路防盜報警器的優點在于其實用，價廉和簡單。

關鍵詞: 價廉，報警器，防盜

第一章  設計任務與要求

1.1、設計任務

設計一種防盜報警器，適用于倉庫、等地防盜報警

1.2、功能要求

（1）防盜路數可根據需要任意設定。

（2）在同一地點（值班室）可監視多處的安全情況，一旦出現偷盜，用指示燈顯示相應的地點，并通過揚聲器發出報警聲響。

（3）設置不間斷電源，當電網停電時，備用直流電源自動轉換供電。

（4）本報警器可用于醫院住院病人有線“呼叫”。

1.3、設計本報警器所需的直流穩壓電源

第二章  總體方案設計

2.1、方案選擇與論證

防盜報警器的關鍵部分是報警控制電路，由控制電路控制聲、光報警信號的產生。下面列出兩種方案：

方案一：采用運算放大器進行控制。運算放大器可將由傳感器獲得的微弱信號進行放大，從而使電路發出聲、光等報警信號。正常情況下，運算放大器不工作，直到有信號時才工作，將信號放大后送入NE555時基電路和阻容組件組成音調振蕩器，輸出音頻信號使揚聲器發聲報警。傳感器可采用壓力傳感器。實現方法，可將壓力傳感器裝在門或窗戶等處。

              此方案需要使用運算放大器，使電路變得復雜。而且，目前市場上很難買到運算放大器。此外，運算放大器的價格比普通組件都要貴，這也增加了設計成本。

方案二：采用三極管與可控硅進行控制，無偷盜情況時，使三極管處在截止狀態，則被控器的聲、光信號產生電路不工作；一旦有偷盜情況，立即使三極管導通，被控器的聲、光信號產生電路產生聲、光報警信號，呼叫值班人員采取相應措施。電網正常供電時，通過電源變壓器降壓后經整流、濾波及穩壓得報警器所需直流電壓，為防止電網停電，在控制器的輸入端設置有備用直流電源，保證報警器在停電時能持續正常工作。

              與方案一相比，方案二有著明顯的優點。主要在于其電路簡單，更實用，設計成本也比較低。市場上也有好多類似的報警器產品。此次課程設計，我采用的正是第二種方案。

2.2、報警器的原理框圖如圖2-1所示。

圖2-1 多路防盜報警器原理框圖

   （1）控制電路由三極管3DG12、電阻R1,R2,R3和可控硅SCR1共同組成，如圖2-2所示。電源電壓12V通過R2給三極管3DG12提供基極直流偏置，初始狀態下，開關S1斷開。三極管基極無電流，三極管發射極沒有偏置電壓，使三極管處于截止狀態。此時，可控硅的控制極上無信號或者緊有微小的信號，可控硅不能導通。正常情況下，可控硅的T1、T2極間有正向偏壓，但不導通。一旦開關S1被觸碰，將使整個電路導通，由于有電解電容，三極管導通前，電路先給三極管充電，直到三極管基極具有足夠的電壓使三極管發射極正偏，電壓應高于0.7V。可控硅即晶閘管導通后，使報警電路工作，發出聲、光報警信號。

圖2-2 控制電路

（2）電網電壓通過電源變壓器降壓后，經整流橋整流，電容器濾波，三端集成穩壓器穩壓后供給控制電路，同時將備用直流電源通過二極管并入控制電路的輸入端。電網電壓正常供電時，二極管截止，一旦電網停電，二極管導通，備用電源自動供電。

（3）指示燈采用燈泡顯示，控制電路輸出信號使其發光。顯示器可按不同設防地點進行編號。采用NE555時基電路和阻容組件組成音調振蕩器，控制器輸出信號

2.3、總體電路圖

圖2-3 總體電路圖

本多路報警器為6路防盜報警器，每一路有相同的電路結構，控制電路也相同，均由可控硅控制。由總體電路圖可看出，此6路防盜報警器電路總共有三個基本組成單元。分別是：電源電路、控制電路、報警聲產生電路。

第三章  單元電路設計及說明

3.1、電源電路設計及說明

3.1.1 電源電路設計方案

本設計是6路防盜報警器，各路電路結構完全相同，共享一個直流穩壓電源。為了降低設計成本，減少功耗，故采用12V直流穩壓電源供電。在電網正常供電情況下，可直接將家庭電路中的220V交變電壓通過變壓器降壓、整流橋整流、電容濾波和三端集成穩壓器穩壓后得到12V直流電壓，可充當直流穩壓電源使用。在電網停止供電時，即家庭停電時，備用直流電源直接開始工作，這樣就實現了電源供電的連續性。通過利用二極管的正向導通特性，將12V直流電源并入電路中，電網供電情況下，二極管沒有正向偏壓，不能導通，由電路直接為報警電路供電。當電網停電時，二極管便獲得正向偏壓，因而能夠導通。備用12V直流電源或電池組開始工作。

3.1.2 電源電路圖

圖3-1 電源電路

3.1.3 電源電路相關說明

除去備用直流電源的電源電路，我剛在實習中使用過，并且完成了安裝與測試。家庭電路中的220V經過變壓器降壓后變為交流15V，再使用由四個相同型號整流二極管組成的整流電路整流，而后又經電解電容C7與瓷片電容濾波后得到20V的直流電壓。然后再用型號為78L12國際上普遍使用的12V三端集成穩壓塊穩壓，通過穩壓即可得到比較理想的12V直流電壓。三端集成穩壓塊之后電路上又并聯了容量為47nF的瓷片電容與容量較大的電解電容將低于12V少量電壓放大，除此之外，C10與C8還有保護電路的作用。即當電網斷電瞬間，電容上仍然充滿了電荷，電容開始放電，等到電容兩端的電壓小于11.3V時，二極管D7便開始導通，備用直流電源開始工作。三端穩壓塊采用國際上較常用的78L12，可以穩12V的直流電壓。

3.2、控制電路設計及說明

3.2.1 控制電路設計方案

本多路報警器要控制的電路有6路。在電路中起到控制聲、光報警信號產生的作用。控制電路有多種設計方法，也可以用多鐘元件實現，但我選擇較簡單的三極管與可控硅，使電路簡單化，也使之易于實現。可控硅的導通前提條件是有正向偏壓，然后如果控制極上有一個高于陰極的電壓信號，該可控硅便導通。其外，可控硅的一個重要特點是，一旦導通后，就可以維持導通狀態，與控制極不再有關系。可利用可控硅的這種特性與三極管的導通條件設計控制電路。可將接觸式開關串在三極管的基極上，正常情況下，開關斷開，三極管基極上沒有電壓，僅有集電極直接與電源相連。要使三極管能正常工作，應先調節三極管的靜態工作點，使其工作在放大區。這樣，三極管導通后才能將基極上微小的電流放大后送到發射極。在發射極上串聯一個較大的電阻，這樣一來，在三極管導通后，發射極上電阻能獲得較大的電勢差，然后將其加到可控硅的控制極與陰極上，可控硅就可迅速導通。另外，考慮到接觸式開關防盜應用中，開關不可能合上以后就不再斷開。一般情況下，接觸式開關只是短暫的閉合。為了延長電路的工作時間，可在三極管的基極與地之間并聯一個電解電容，用于延遲電路導通和延續電路的導通狀態。

3.2.2 控制電路圖

圖3-2 控制電路圖

3.2.3 控制電路相關說明

控制電路是整個多路防盜報警器電路中的核心。起著控制聲、光報警信號產生的作用。如圖3-2，可控硅的右側是聲光報警信號的輸入端，由圖可看出，只要可控硅導通，聲光報警信號便可發出。控制電路的右側是產生報警光信號的電路，其電路也極其簡單，只需將一個較大的電阻與燈泡串聯后接到電源上。圖中，D1也有重大的作用，產生報警聲信號電路只有通過D1然后再通過可控硅，才能正常產生報警聲信號。要使二極管D1導通，需要其有正向偏壓。要達到此目的，需使 R4阻值較大及使燈泡有一個較大的功率，使二極管的陰極電位較低。此控制電路中，三極管靜態工作點的調試也比較重要，電路導通時應使三極管工作在放大區。

3.3、報警聲產生電路

3.3.1 報警聲產生電路設計方案

   首先考慮使用555時基集成電路，不僅是因為其使用廣泛，它也有其獨特的作用。 使用555時基集成電路之前還需了解其內部結構與工作過程。

555時基電路的工作過程：當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于⅓VDD的觸發信號時，則VT9、VTll導通，給雙穩態觸發器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導通，它的飽和壓降Vces使VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使 VTl8截止，VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩態觸發器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ電阻的正反饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態一直保持到6腳出現高于⅓VDD 的電平為止。當觸發信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于⅓VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩態不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使 VT6也截止。當觸發信號加到6腳時，且電位高于⅔VDD時，則VTl、VT2、VT3都導通。此時，若2腳無外加觸發信號使VT9、VTl4截止，則 VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，進而VTl8導通，VTl9、VT2都截止，VT21飽和導通，故3腳輸出低電平。當6腳的觸發信號消失后，即該腳電位降至低于⅔VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發信號，則 VTl5通過4.7kΩ電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩態，使3腳輸出端維持在低電平狀態。同時，VTl8的導通，使放電級 VT6飽和導通。通過上面兩種狀態的分析，可以發現：只要2腳的電位低于⅓VDD，即有觸發信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當6腳的電位高于 ⅔VDD時，即有觸發信號加進時，且同時2腳的電位高于⅓VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復位端。當在該腳加有觸發信號，即其電位低于導通的飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止狀態，VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態。因VT8的發射極通過D3及VTl7的發射極到地，故VT8的發射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當復位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。
    顯然，555電路內含兩個比較器A1和A2、一個觸發器、一個驅動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構成的分壓器設定的⅔VDD和⅓VDD。參考電壓所限定。為進一步理解其電路功能，并靈活應用555集成塊，下面簡要說明其作用機理。從圖3-3可見，三個5kΩ電阻組成的分壓器，使內部的兩個比較器構成一個電平觸發器，上觸發電平為⅔VDD，下觸發電平為⅓VDD。在5腳控制端外接一個參考電源Vc，可以改變上、下觸發電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2 的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的RS觸發器必須用負極極性信號觸發，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發信號，只有當電位高于反相端5腳的電位時，R—S觸發器才翻轉；而加到比較器A2反相端2腳的觸發信號，只有當電位低于A2同相端的電位⅓VDD時，R—S觸發器才翻轉。
    通過上面對等效功能電路和CA555時基電路的內部等效電路的分析，可得出555各功能端的真值表。
               

圖3-3 555時基電路接成單穩態觸發器

引腳   2         6         4           3          7
電平 ≤⅓ VDD     *       1.4V       高電平      懸空狀態
電平 <⅓ VDD    ≥⅔ VDD   1.4V       低電平     低電平
電平 <⅓ VDD    >⅔ VDD    1.4V       保持電平    保持
電平  *          *         0.3V       低電平      低電平

    由表可看出，S、R、MR的輸入不一定是邏輯電平，可以是模擬電平。因此，該  集成電路兼有模擬和數字電路的特色。

一般的報警聲不是連續的聲音，應該是間斷的有高有底的聲音。實現方法是用RC振蕩電路產生振蕩信號，然后送入555時基集成電路，再由3腳輸出振蕩信號。考慮到不應有負信號，故需在555集成電路的3腳上接一個整流二極管。通過整流后還應用電解電容濾掉直流信號，這樣報警聲的效果會更好。但是，僅由555時基集成電路3腳輸出在經整流隔直的振蕩信號很小，不能直接驅動揚聲器發出報警聲。故需在輸出端增加一個放大電路單元。放大電路選用兩級放大，提高增益，使輸出端得到較高的振蕩信號，并能驅動揚聲器，產生報警信號。

3.3.2 報警聲產生電路圖

圖3-4 報警聲產生電路

3.3.3 報警聲產生電路圖相關說明

    圖3-4中，I點為電源輸入端，為整個報警聲產生電路供電。G點為接地端，如果G端能正常接地，整個報警聲產生電路將接通，振蕩信號便能驅動揚聲器發出報警聲。控制電路正是利用控制G端來達到控制整個報警聲產生電路的目的。即將G點輸出信號通過二極管接到可控硅的陽極，這樣一來，可控硅就控制了整個報警聲產生電路。在I點與G點之間，555時基集成電路與R25、R26、C11共同組成無穩態多諧振蕩器。振蕩頻率 f=1.44/(R25+2R26)C11,振蕩頻率為668Hz。在555之后，12V直流電源保證輸出級放大電路能正常工作。R27用一個較大的電阻使三極管工作在放大區。T7為硅材料NPN型高頻中功率管，T8為鍺材料PNP型低頻小功率管。兩個晶體三極管構成兩級放大電路。

3.4 單元電路間的連接方法

電源電路主要作用是為整個電路提供持續不斷的12V直流電源供應，以保證有偷盜情況時電路能正常產生報警信號。電源電路輸出端直接連接至控制電路與報警聲信號產生電路的輸入端。控制電路通過可控硅連接報警光信號與報警聲信號產生電路，并控制報警聲、光信號的產生。報警聲信號產生電路與控制電路之間又連一個二極管，然后才連到可控硅的陽極上。

第四章  電路參數計算

4.1 電源電路參數計算

組成整流橋的四個整流二極管型號相同。每個二極管的耐壓值為：

    平均電流為：

經過濾波后的電路電壓為：

=21V(

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V)

時間常數：

  ，

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二極管D7耐壓值為:12V

4.2 控制電路參數計算

   由于各路電路相同，各路的電路參數也相同。

   以第一路為例，取R1=43kΩ,R2=180Ω,三極管為高頻小功率管。

   三極管靜態工作點的計算：

指示燈泡的額定電壓為8V,額定電流為0.15A,額定功率為

則R4阻值為：

可控硅的正向電流大于0.15A

二極管D1陰極的電位為0.7V

4.3 報警聲產生電路參數

R25、R26、C11與555構成音調振蕩電路，振蕩頻率為：

f=1.44/(R25+2R26)C11,振蕩頻率為668Hz

    三極管T7的靜態工作點計算：

      

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                  實驗總結

經過一周左右的課程設計終于要畫上一個完美的句號。回味這個過程，確實充滿著酸甜苦辣。設計的過程并非一帆風順，遇到了許多困難，但我選擇迎難而上，這也正是勇者的姿態。通過一周的課程設計，我學到了許多，這讓我擁有了一次運用我所學模電知識的機會。

在課程設計開始前，我總覺得設計多路防盜報警器對我來說是太難了。我也曾多次以此為借口，推延設計的開始時間。直到我聽說，有人已經快要完成時，我才變得緊張起來。迫于壓力與我對自己的自信，我還是開始設計了。

在課程設計開始階段，遇到的問題比較多。通過查找資料，我開始漸漸了解防盜報警器電路的原理，設計方法及應用。防盜報警器的種類繁多，技術含量與復雜程度也各不相同。我通過了解了各種類型的報警器電路的原理，然后開始考慮自己應該設計何種類型的報警器。據課題要求，應該是設計一種開路式報警器。這也是眾多報警器中比較簡單的一種。考慮到我所學的知識有限，難以設計復雜的報警器電路，最終決定設計通過可控硅與三極管控制的報警器電路。

在設計過程中，我參考了網上的一些報警器電路及其他資料。通過設計、查找資料，我了解了一些以前未學過的元件。如可控硅、555時基集成電路與揚聲器。在畫原理圖時，也花了好大的功夫，有些元件符號是自己設計的。我也收獲很多，我更熟練的掌握使用DXP繪制原理圖的方法。重要的是我初步學會了設計電子電路的方法與技巧，這對我而言，確實是大有裨益的。我相信有這次設計作基礎，我以后會設計出更好的電子電路。

                 參考文獻

[1]. 康華光主編.《電子技術基礎》模擬部分（第五版），高等教育出版社。

[2]. 王濤主編.  《電工電子工藝實習》實驗教程，山東大學出版社。

[3]. 韓亞萍主編.《Protel DXP基礎教程》，清華大學出版社。

[4]. 趙春云、曹經穩、趙春強主編.《常用電子元器件及應用電路手冊》，電子     工業出版社。

[5]. 黃繼昌主編.《電子元器件應用手冊》，人民郵電出版社。

[6]. 楊寶清、宋文貴主編.《實用電路手冊》，機械工業出版社。

附錄：電路元件的選擇

此6路防盜報警器電路中所用的各種元件信息如下表：

說明：電阻均選用碳膜電阻器，電阻的大小及色標在上表中均已注明，可直接到市場上購買到。6只電位器選用普通的，可用起子直接調節其阻值。普通電容均選用瓷片電容，在電容表面都標有標號。標號在上表中也已注明。電解電容容值都已知到，選購時，可選耐壓值為35V的電解電容，也可選擇耐壓值更高的。二極管型號大多相同，為N型硅材料小信號管。三極管T1——T7選用硅材料NPN型高頻小功率管。而三極管T8選用鍺材料PNP型低頻小功率管。可控硅選用普通反向阻斷型，1A耐壓100V,正向管壓降0.4V-1.2V.指示燈的型號為XZ8-0.15，額定電壓為8V，額定電流為0.15A，壽命為1500小時，既環保又節能。變壓器為15V變壓器，有三個短線，較常見。此多路報警器電路中所用元件在市場都能買到，且價格大多比較便宜。