1、前 言隨著我國(guó)全面小康建設(shè)步伐的加快，人們的生活水平有了很大的提高，同時(shí)，社會(huì)人口的流動(dòng)性大大增加，社會(huì)結(jié)構(gòu)和社會(huì)治安問(wèn)題日趨復(fù)雜，人們對(duì)家庭生命財(cái)產(chǎn)的安全越來(lái)越重視。因此，人們?cè)谏钪兄饾u引入報(bào)警器，用來(lái)預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的發(fā)生。防盜報(bào)警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動(dòng)探測(cè)發(fā)生在布防監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并提示值班人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對(duì)策的系統(tǒng)。防盜報(bào)警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過(guò)聲光報(bào)警信號(hào)在安保控制中心準(zhǔn)確顯示出事地點(diǎn)，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報(bào)警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對(duì)講系統(tǒng)和電子巡更系

2、統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。 報(bào)警器(alarm)，又稱防盜器。是由傳感器和信號(hào)處理組成的，用來(lái)探測(cè)入侵者入侵行為的，由電子和機(jī)械部件組成的裝置。傳感器又是報(bào)警器的核心元件，采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途的報(bào)警裝置。防盜報(bào)警器，是對(duì)用于發(fā)生警情、危險(xiǎn)、緊急情況等狀況下以聲音、光線、氣壓等形式發(fā)出警報(bào)的電子產(chǎn)品的統(tǒng)稱。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)報(bào)警器的性能提出了越來(lái)越高的要求。其應(yīng)用也是越來(lái)越廣泛，涉及到各個(gè)行業(yè)中。傳統(tǒng)報(bào)警器通常采用觸摸式報(bào)警、開(kāi)關(guān)報(bào)警器、光電報(bào)警等。這類報(bào)警器具有性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。本課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易防盜報(bào)警器是借助于數(shù)字邏輯電路，采用模

3、塊化的設(shè)計(jì)思想。不僅使得設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便、靈活性強(qiáng)，而且電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定。 第一章：設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)一檢測(cè)電路，將檢測(cè)器件安裝在門、柜把手，箱、包等的防盜報(bào)警裝置，只要有觸摸，揚(yáng)聲器即會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，并且即使手離開(kāi)感應(yīng)器時(shí)，揚(yáng)聲器也會(huì)延時(shí)1（s）左右停止響鳴。【主要參考元器件】NE555。第二章：系統(tǒng)組成及原理根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求初步建立系統(tǒng)框圖語(yǔ)音報(bào)警檢測(cè)電路定時(shí)模塊頻率控制模塊圖2-1 系統(tǒng)框圖2.1 檢測(cè)電路檢測(cè)電路是用來(lái)檢測(cè)當(dāng)手接觸感應(yīng)器時(shí)使壓電元件產(chǎn)生微量的變形產(chǎn)生壓電效應(yīng)經(jīng)過(guò)低噪聲電纜把信號(hào)送到具有高輸入阻抗的前置放大器。從而實(shí)現(xiàn)把作用力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，輸入到電路中。2.2 單

4、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊由兩個(gè)與非門或者或非門組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊(如圖2.5)，這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路中廣泛地用于對(duì)脈沖信號(hào)的延時(shí)、展寬和整形等。定時(shí)模塊的作用是來(lái)控制語(yǔ)音報(bào)警的時(shí)間長(zhǎng)度，防止報(bào)警時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電能損耗過(guò)多。主要構(gòu)成是由NE555定時(shí)器完成，將其接成單穩(wěn)態(tài)電路，可以產(chǎn)生一脈沖，脈沖維持時(shí)間可以通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)而得，脈沖的維持時(shí)間就是電路報(bào)警的時(shí)間長(zhǎng)度。根據(jù)實(shí)際要求延時(shí)參數(shù)設(shè)置為1（S）。2.3 頻率控制模塊頻率控制模塊是產(chǎn)生一頻率為1.2KHz的信號(hào)模塊電路，完成設(shè)計(jì)基本要求。為提高電路的實(shí)用性，設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)變頻的電路，使得報(bào)警聲音多樣化。電路中用NE555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為產(chǎn)生頻率的

5、電路，再經(jīng)過(guò)分頻電路，分成不同的頻率信號(hào)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)選擇器，選出頻率，使不同頻率能夠自動(dòng)變換地傳輸?shù)秸Z(yǔ)音報(bào)警電路。2.4語(yǔ)音報(bào)警語(yǔ)音報(bào)警電路完成的是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，從而達(dá)到報(bào)警目的。第三章：電路各模塊設(shè)計(jì)分析及電路原理圖設(shè)計(jì)3.1 檢測(cè)電路本實(shí)驗(yàn)是做一個(gè)報(bào)警器，當(dāng)有人觸摸到檢測(cè)電路時(shí)，電路發(fā)生報(bào)警。這要求電路能夠及時(shí)檢測(cè)出人體信號(hào)，并能通過(guò)電路及時(shí)報(bào)警。通過(guò)對(duì)NE555的了解知道，當(dāng)用NE555做成單穩(wěn)態(tài)電路時(shí)，電路可以檢測(cè)出人體信號(hào)并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，利用這一特點(diǎn)可以用NE555芯片設(shè)計(jì)檢測(cè)電路。3.1.1 555定時(shí)器做單穩(wěn)態(tài)電路圖3-1 555結(jié)構(gòu)圖NE555為8腳時(shí)基集成電路，各腳

6、主要功能1腳 地 GND 2腳觸發(fā) 3腳 輸出 4腳 復(fù)位 5腳 控制電壓 6腳 門限(閾值) 7腳 放電 8腳 電源電壓Vcc當(dāng)555的6腳和7腳相接，2腳和觸發(fā)電平相接，就構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài).在外界觸發(fā)脈沖作用下，它能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有這些特點(diǎn)，常用來(lái)產(chǎn)生具有固定寬度的脈沖信號(hào)。用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間為：Tw=lnRC=1.1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)

7、。其檢測(cè)電路設(shè)計(jì)圖如圖3-2，開(kāi)關(guān)J1（實(shí)際電路中用鐵片或鐵絲代替）按下時(shí)，2管腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸出管腳3腳就由低電平變?yōu)楦唠娖捷敵鲆粋€(gè)脈沖，高電平脈沖維持的時(shí)間由電阻R1和電容C1決定，其計(jì)算公式為：Tw=lnR1*C11.1RC （3-1）圖3-2 檢測(cè)電路圖3.2 定時(shí)模塊 在數(shù)字電路中，定時(shí)實(shí)際上是產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，其信號(hào)的高電平或低電平維持的時(shí)間可由計(jì)算電路參數(shù)而確定。555做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)就有定時(shí)的作用，因此定時(shí)模塊可由555芯片完成。考慮到檢測(cè)電路中已使用了555做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因此可將兩模塊合二為一，既用作檢測(cè)電路又用作定時(shí)。其電路如圖3-3，定時(shí)的長(zhǎng)短由電路參數(shù)R和C確

8、定： （3-2） 圖3-3 定時(shí)模塊電路圖3.3 頻率控制模塊課程設(shè)計(jì)的基本要求中，產(chǎn)生一頻率為1.2KHz的報(bào)警聲音。要實(shí)現(xiàn)這一要求很簡(jiǎn)單，只要多加一片555芯片，用它做多諧振蕩器產(chǎn)生頻率1.2KHz。3.3.1 555定時(shí)器做多諧振蕩器 若將555的引腳2與6相接，如圖3-4所示，就可形成多諧振蕩器。外接電容C通過(guò)R1、R2充電，而放電電流僅通過(guò)R2。可求出：充電時(shí)間： （3-3）放電時(shí)間： （3-4）周期： （3-5）占空比： （3-6）由公式計(jì)算參數(shù)： 由于頻率為1.2KHz，電容C選取0.1uf，計(jì)算出電阻R1、R2的阻值約為1K、10K，選取1K、10K的電阻做R1、R2。圖3-4

9、 多諧振蕩器及波形圖3.3.2 提高設(shè)計(jì)要求考慮到本次課程設(shè)計(jì)比較容易，為提高實(shí)踐能力和電路的實(shí)用性，與同組人共同討論設(shè)計(jì)出報(bào)警聲音有多個(gè)頻率的報(bào)警器。分頻的實(shí)現(xiàn)主要是改變一脈沖信號(hào)的周期，將其周期變大，頻率變小。數(shù)字電路中有多種器件都可以實(shí)現(xiàn)分頻功能，本次實(shí)驗(yàn)選擇了J、K觸發(fā)器來(lái)組合成分頻器。其設(shè)計(jì)思路如下：實(shí)現(xiàn)四分頻需要四個(gè)輸出分別為Q0、Q1、Q2、Q3。列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為：圖3-5 狀態(tài)圖根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，如下表：表3-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表CP00 0 0 00 0 0 110 0 0 10 0 1 020 0 1 00 0 1 130 0 1 10 1 0 040 1 0 00 1

10、 0 150 1 0 10 1 1 060 1 1 00 1 1 170 1 1 11 0 0 081 0 0 01 0 0 191 0 0 11 0 1 0101 0 1 01 0 1 1111 0 1 11 1 0 0121 1 0 01 1 0 1131 1 0 11 1 1 0141 1 1 01 1 1 1151 1 1 10 0 0 0化簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可得到狀態(tài)方程：Q1=Q0 （3-7）Q2=Q0*Q1 （3-8）Q3=Q0*Q1*Q2 （3-9）由狀態(tài)方程得出四分頻的電路圖：圖3-7 四分頻電路圖波形圖：圖3-7 四分頻電路輸出波形圖原脈沖（圖3-7中的CP）經(jīng)過(guò)分頻器，輸出Q0

11、、Q1、Q2、Q3四個(gè)脈沖，頻率分成CP的二分之一、四分之一、八分之一還有十六分之一。然后利用一個(gè)四選一的數(shù)據(jù)選擇器（74LS153）的選擇作用在不同時(shí)刻內(nèi)選擇不同頻率，從而使得蜂鳴器鳴叫時(shí)聲音的頻率有規(guī)律的變化。而四選一數(shù)據(jù)選擇器（74LS153）的地址控制腳是由74LS161控制的。74LS161是十六進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)器，利用其循環(huán)的特性可以有規(guī)律的控制數(shù)據(jù)選擇器的地址控制腳，從而有規(guī)律的選頻。74ls08（四與門）芯片在電路中起輔助分頻作用。用到的器件有74LS112（J、K觸發(fā)器）兩片、74LS153一片、74LS08一片、74LS161一片。下面分別介紹各芯片的功能表和引腳圖：74LS1

12、12功能表及引腳圖：圖3-8 74ls112功能表及引腳圖74LS153功能表及引腳圖：圖3-9 74ls153功能表及引腳圖74LS161功能表及引腳圖：圖3-10 74ls161功能表及引腳圖74LS08引腳圖：圖3-11 74ls08引腳圖3.4 語(yǔ)音報(bào)警語(yǔ)音報(bào)警是用蜂鳴器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，從而報(bào)警。只需要將蜂鳴器直接接入電路，當(dāng)有高平信號(hào)時(shí)蜂鳴器就發(fā)生鳴叫。此部分電路很容易實(shí)現(xiàn)，聯(lián)系頻率控制模塊的設(shè)計(jì)，74ls153在多種頻率中選出一種頻率，這種頻率的電信號(hào)就可以直接接到蜂鳴器上使蜂鳴器鳴叫，所以蜂鳴器接在74ls153輸出管腳上。第四章：實(shí)驗(yàn)效果本電路由四部分組成：檢測(cè)電路、定

13、時(shí)、分頻、報(bào)警。檢測(cè)電路是用555設(shè)計(jì)成的，其2管腳連接一個(gè)觸摸片，當(dāng)用手觸摸時(shí)產(chǎn)生一低電平，555的三管腳就產(chǎn)生一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為16.5s的高平信號(hào)，從而使第二片555的四管腳的電平為高。第二片555是一個(gè)多諧振蕩電路，當(dāng)四腳為高時(shí)，電路振蕩開(kāi)始，產(chǎn)生一頻率約為1.2KHz的脈沖信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻電路被分成四種頻率分別為0.6KHz、0.3KHz、150Hz和75Hz，再經(jīng)過(guò)選頻，在一定時(shí)間內(nèi)輸出一個(gè)固定頻率的信號(hào)（此信號(hào)是自動(dòng)變換的）并傳到蜂鳴器，蜂鳴器將電信號(hào)變?yōu)槁曇粜盘?hào)報(bào)警。圖4-1 電路仿真波形圖第五章：實(shí)驗(yàn)調(diào)試與分析電路按設(shè)計(jì)電路接好，接通電源，觸摸觸摸片，蜂鳴器不響。用萬(wàn)用表測(cè)量蜂鳴器

14、兩端電壓，電壓為零。再測(cè)量第一片555三管腳的輸出電壓，在4.25V左右變化，第一片555工作正常。測(cè)量第二片555三管腳的輸出電壓，在4V左右變化，確定第二片555工作也正常。由此推測(cè)，電路的故障出現(xiàn)在分頻電路中，測(cè)量74LS112的5管腳和9管腳的電壓，萬(wàn)用表顯示的數(shù)值和預(yù)計(jì)的一樣，都為高電平。測(cè)量74LS153管腳電壓，發(fā)現(xiàn)電壓都為零。檢查此處的電路，發(fā)現(xiàn)74LS153沒(méi)接電源，斷開(kāi)電源，將74LS153的電源管腳焊入電源中。重新將電路接上電源，蜂鳴器響了，但是發(fā)出的聲音只有一種頻率。推測(cè)是74LS153或74LS161工作不正常，檢測(cè)兩芯片各個(gè)管腳的電壓，發(fā)現(xiàn)74LS161與74LS1

15、53相連接的管腳電壓為零，確定74LS161的連接無(wú)誤后，猜測(cè)是芯片壞了。斷開(kāi)電源，換上芯片后，接通電源，觸摸觸摸片，蜂鳴器響了，并有不同頻率的聲音發(fā)出。電路設(shè)計(jì)成功了。結(jié) 論本文設(shè)計(jì)中有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生變頻的聲音，并且能夠自動(dòng)變頻，比起一般的報(bào)警器更體現(xiàn)出聲音的魅力。缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)所用的芯片過(guò)多，尤其是設(shè)計(jì)變頻功能時(shí)用到了五片芯片，這給電路帶來(lái)許多累贅，使得設(shè)計(jì)成本費(fèi)增高。再次反過(guò)來(lái)思考這個(gè)電路圖，整個(gè)電路簡(jiǎn)單明了，可以根據(jù)此電路圖應(yīng)用到實(shí)際中去，各模塊功能獨(dú)立，可擴(kuò)充性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，報(bào)警電路也可以發(fā)出不同的聲音。可以說(shuō)是十分有利用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005。2 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出版社，2002。 3 赫鴻安，徐紅媛.555集成電路實(shí)用大全M.上海科學(xué)普及出版社，2005。4 張延琪. 常用電子電路280例解析M. 北京:中國(guó)電力出版，2004第一版。5 宋家友，張友漢新編電子線路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)M福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2007。6 康華光.