基于555家庭防火防盜報(bào)警器課程設(shè)計(jì)

1、 華清學(xué)院電子工藝實(shí)習(xí)題 目： 家用防火防盜報(bào)警器電路 院 （系）： 華清學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0802 姓 名： 陳棟 學(xué) 號(hào)： 25 指導(dǎo)教師： 孟月波 2012年 7月 10 日目錄一、 實(shí)習(xí)題目3二、 實(shí)習(xí)目的3三、 實(shí)驗(yàn)原理3原理分析3電路圖4四、 模塊分析4防盜部分4防火部分5基于各模塊的探索分析5五、 電路仿真與分析9單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真分析9單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路的仿真分析11多諧振蕩電路的仿真分析13煙霧檢測(cè)器的仿真分析15六、 總結(jié)15原理分析15實(shí)習(xí)心得16參考文獻(xiàn)17一實(shí)習(xí)題目家用防盜防火報(bào)警電路 二實(shí)習(xí)目的1.利用學(xué)過(guò)的知識(shí)分析實(shí)際電路。2.學(xué)習(xí)利用電路制作軟件PROTEL完

2、成原理圖。3.根據(jù)繪制的原理圖完成PCB板的設(shè)計(jì)工作。4. 借助Multisim2001和Proteus 仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真虛擬實(shí)驗(yàn)。5.通過(guò)獨(dú)立完成原理圖，PCB電路圖，對(duì)家用防盜防火報(bào)警電路的原理，及其運(yùn)行方式有充分的了解；6.經(jīng)過(guò)實(shí)習(xí)過(guò)程達(dá)到對(duì)課程的充分了解。三實(shí)驗(yàn)原理如圖所示為家用防盜防火報(bào)警電路。該電路主要由一個(gè)QM-N5氣敏傳感器和555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)延時(shí)電路及多諧振蕩器組成。QM-N5與電位器W1等組成煙霧檢測(cè)器，當(dāng)可燃性氣體或煙霧超過(guò)一定的濃度時(shí)，A-B間的電阻變小，結(jié)果B點(diǎn)電位升高且足以使管子BG3導(dǎo)通，C點(diǎn)呈高電乎，相應(yīng)又觸發(fā)由IC3、R8、R9、C6等組成

3、的多諧振蕩器起振，發(fā)出音響報(bào)警信號(hào)，以提醒用戶注意。IC3的振蕩頻率約為f=1.44/(R8+2R9)C7，圖中所示參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率約為1000Hz。同時(shí)，調(diào)節(jié)電位器W1可改變報(bào)警的閾值。IC1(555)和R1、C1等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，金屬片M與門鎖的金屬部分相連，當(dāng)有人開(kāi)鎖時(shí)，人體的感應(yīng)信號(hào)使IC1觸發(fā)置位，3端輸出的高電平使BG1導(dǎo)通，BG2截止。IC2(555)和C4、R4組成單穩(wěn)延時(shí)電路，延遲時(shí)間為td=1.1R4C4，圖中所示參數(shù)對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間約為60秒鐘，以使主人開(kāi)門后關(guān)掉報(bào)警器電源；而對(duì)小偷來(lái)講，其因破門開(kāi)鎖需一定的時(shí)間，一般會(huì)超過(guò)60秒鐘，IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)IC3多諧振蕩

4、器發(fā)出報(bào)警音響。 本電路可與電子鎖、電子機(jī)械鎖、普通門鎖等一起使用，作為家用或庫(kù)房的防盜防火報(bào)警裝置，當(dāng)有人破門開(kāi)鎖或發(fā)生煤氣泄露、火災(zāi)時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警聲。四模塊分析防盜功能的部分如圖1所示，利用555電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)延時(shí)電路和多諧振蕩器等對(duì)人體感應(yīng)信號(hào)的處理。當(dāng)人體的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)第一個(gè)555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，輸出一個(gè)高電平。然后在單穩(wěn)延時(shí)延時(shí)后又輸出一高電平，其輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)多諧振蕩器，發(fā)出報(bào)警音響。人體傳感信號(hào)的輸入報(bào)警輸出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)延時(shí)多諧振蕩器氣敏傳感器輸入電路蜂鳴器圖1防火功能部分也如圖1所示，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的可燃?xì)怏w濃度超過(guò)允許范圍時(shí)，

5、傳感器兩極間的電阻劇減，使555多諧振蕩器起振，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲響.基于圖1中各模塊的探索分析.人體感應(yīng)信號(hào)輸入及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的設(shè)計(jì)VO1O1VI1圖2.1.1如右圖2.1.1所示，用一金屬片與門鎖的金屬部分相連，IC1（555）和R1、C1等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當(dāng)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)即沒(méi)有人在開(kāi)門時(shí)，VI1處于高電平（VIVDD3），接通電源后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出VO為低電平。若有人開(kāi)門時(shí)，即人體的感應(yīng)信號(hào)輸入觸發(fā)輸入端VI1時(shí)，電容C2通過(guò)金屬片M與人體接觸，直接與大地相連放電，等到C2VDD3時(shí)，VO1跳變?yōu)榈诫娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。此后電容C1充電，當(dāng)C1充電至VC1=2VDD3時(shí)，電路的輸出電壓

6、由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，同時(shí)555內(nèi)的放電三極管導(dǎo)通，于是電容C1放電，電路回到穩(wěn)定狀態(tài)。如果忽略555內(nèi)的放電三極管的飽和壓降，則VC1從零電平上升到2VCC3的時(shí)間，即為輸出電壓VO1的脈寬tw=Rcln31.1RC.通常R的取值在幾百歐至幾兆歐之間，電容取值為幾百皮法到幾百微法。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)0.1%。單穩(wěn)延時(shí)電路的設(shè)計(jì)VI2VO2圖2.2.1 如右圖2.2.1所示，IC2和C4、R4等組成單穩(wěn)延時(shí)電路。當(dāng)沒(méi)有人體的觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)時(shí)，接通電源后，由于IC1的輸出VO1為低電平，所以BG1截止，BG2導(dǎo)通。那么就有IC2的2、6腳為高低平，使電容C4兩端的

7、壓降近似為零，電容不充電，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路的輸出VO2問(wèn)低電平。若有觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，IC1輸出高電平，BG1導(dǎo)通，BG2截止。又由于電容C4兩端的電壓不能突變，在BG2截止的那一瞬間，電容兩端的壓降仍然大約相等，但馬上IC2的2或6腳的電位會(huì)因下面接了一電阻和地線而逐漸下降，這時(shí)IC2的2和6腳都是低電平，使單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路的輸出VO2越變?yōu)榱烁唠娖健Ｍ瑫r(shí)，它導(dǎo)致了電容C4兩端的電位不平衡而致使電容C4通過(guò)R和BG2進(jìn)行充電。直到IC2的2和6腳的電壓等于2VDD3時(shí)，輸出VO2又跳變?yōu)榈碗娖?，回到穩(wěn)定狀態(tài)。延時(shí)時(shí)間td=1.1R4C4圖示的參數(shù)對(duì)應(yīng)的延時(shí)約為60秒鐘此。延時(shí)模塊的設(shè)計(jì)是為了當(dāng)主人

8、開(kāi)門后關(guān)掉報(bào)警器的電源，而對(duì)于小偷來(lái)說(shuō)，因破門開(kāi)鎖需要一定時(shí)間，一般會(huì)超過(guò)60秒，IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)IC3多諧振蕩器，音響報(bào)警。多諧振蕩器及輸出電路的設(shè)計(jì)VO3VI3圖2.3.1如圖2.3.1所示，IC3、C7和音響Y組成。因?yàn)镮C3的4腳是其的復(fù)位輸入端，當(dāng)4腳輸入為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端VO3都為低電平，所以當(dāng)在沒(méi)有IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖（整個(gè)電路沒(méi)有人體感應(yīng)信號(hào)觸發(fā)）時(shí)，VI3就是IC2的輸出信號(hào)，為低電平，使得輸出VO3也為低電平。當(dāng)前面有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖時(shí)，IC3的4腳變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)由于在接通電源后電容C6通過(guò)R8和R9進(jìn)行充電，當(dāng)VC6上升到2VDD

9、3時(shí)，使輸出VO3為低電平，同時(shí)IC3內(nèi)的放電三極管導(dǎo)通，此時(shí)電容C6放電，VC6也隨之下降。當(dāng)VC6下降到VDD3時(shí)，VO3翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C6放電所需的時(shí)間為tpl=R9C6Vln20.7R9C6當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，IC3內(nèi)的放電三極管截止，VDD通過(guò)R8和R9向電容器C6充電，VC6由VDD3上升到2VDD3所需要的時(shí)間為tph=（R8+R9）C6ln20.7（R8+R9）C6當(dāng)VC6上升到2VDD3時(shí)，電路的輸出VO3又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到了一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩的頻率為f=1（tpl+tph）1.43（R8+2R9）C6由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器

10、靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。當(dāng)它受到IC2輸出的單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)，發(fā)出報(bào)警音響。圖示IC3的振蕩頻率為1000HZ左右。 煙霧檢測(cè)器設(shè)計(jì)圖2.4.1如圖2.4.1所示，QM-N5與W1等組成煙霧檢測(cè)器設(shè)計(jì)。當(dāng)沒(méi)有人體感應(yīng)信號(hào)輸入時(shí)，接通電源后，由于QM-N5和W1等的分壓，使得IC3的4腳的輸入為低電平，且它是直接復(fù)位輸入端，那么其輸出VO3也為低電平，不能時(shí)音響發(fā)出報(bào)警信號(hào)。然而，若煙霧或可燃?xì)怏w超過(guò)一定濃度時(shí)，氣敏電阻A-B間電阻變小，使B點(diǎn)的電位足以使BG3導(dǎo)通，IC3的4腳輸入成高電平，IC3起振（具體過(guò)程請(qǐng)看

11、2.3多諧振蕩器及輸出電路的設(shè)計(jì)），發(fā)出音響報(bào)警信號(hào)。四電路仿真與分析單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真分析當(dāng)人體的感應(yīng)信號(hào)輸入時(shí)，引起IC1的2腳的輸入的變化，導(dǎo)致了它的輸出VO1的跳變。如下圖，仿真1為沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)的IC1的輸入VI1為高電平，輸出仿真圖1VO1為低電平。但有人體的感應(yīng)信號(hào)觸發(fā)時(shí)，VO1躍變?yōu)楦唠娖?，?dāng)電容充電到2VDD3時(shí)，又回到到低電平。其波形變化如下的VI1和VO1的仿真波形1所示。VO1仿真波形1 VI1仿真波形1當(dāng)有人體感應(yīng)信號(hào)一直觸發(fā)時(shí)，VO1也一直為低電平，但只要停頓一下就也會(huì)觸發(fā)使VO1輸出一直為高電平。其波形如下VI1和VO1仿真波形2所示。VI1仿真波形2 VO1仿真

12、波形2單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路的仿真分析 如下仿真圖2所示，當(dāng)VO1為高電平時(shí)，有如VI2和VO2仿真波形。仿真圖2VO2仿真波形 VI2仿真波形多諧振蕩器的仿真分析 如下仿真圖3所示，當(dāng)有人體的感應(yīng)信號(hào)時(shí)，VO2輸出高電平，使IC3仿真圖3直接復(fù)位端無(wú)效，則輸出振蕩波。其波形如下VI4和VO4的仿真波形所示。VI3仿真波形 VO3仿真波形煙霧檢測(cè)器的仿真分析 如下仿真及波形圖所示，QM-N5氣敏傳感器用一滑動(dòng)變阻器代替，當(dāng)可燃?xì)怏w或是煙霧超過(guò)一定的濃度時(shí)，傳感器兩端，也就是下圖中的R1的仿真及波形圖4阻值急劇減小，致使其間的電位躍變?yōu)楦唠娖?，可使多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩。五實(shí)習(xí)心得 原理分析：此家庭防火防盜報(bào)警器是基于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路和多諧振蕩器的簡(jiǎn)單且實(shí)用的報(bào)警裝置。它主要由人體感應(yīng)或可燃?xì)怏w超濃度的信號(hào)輸入、信號(hào)延時(shí)和多諧振蕩器的輸出使音響報(bào)警幾部分構(gòu)成。本裝置利用了555定時(shí)電路和一個(gè)電阻和三個(gè)電容構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使當(dāng)有人體的感應(yīng)信號(hào)輸入時(shí)，其輸出高電平，觸發(fā)其后面的延時(shí)電路。同時(shí)，單穩(wěn)延時(shí)電路也主要有555定時(shí)器構(gòu)成，完成了對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的高電平信號(hào)的60秒鐘的延時(shí)，使當(dāng)是主人開(kāi)門時(shí)有60秒鐘的時(shí)間去把報(bào)警器的電源關(guān)