毕业设计（论文）声光双控自动报警及照明电路的设计与制作.doc

声光双控自动报警及照明电路的设计与制作专业：电子信息工程技术 班级：电信xx 姓名：xxx 指导老师：胡xx摘要 本文设计并制作了声光双控自动报警及照明电路。通过对现有的各种方案分析，采用红外对管、驻极体传感器以及为主要器件，通过555多谐振荡器原理设计并制作。本系统有声控制电路、光控制电路、与门控制电路和红外报警电路，具有报警照明的功能，利用红外线的良好的隐蔽性，使报警器在白天和黑夜都能使用，同时声光双控使照明灯有节能的作用。关键词 红外对管 驻极体传感器 光敏晶体管 报警 照明目录引 言1第一章 概述21.1发展与意义21.2简单介绍报警器的功能与电路设计2第二章 设计方案32.1电路的组成框图32.2各模块设计的作用及要求32.2.1光控制电路与红外报警电路的作用32.2.2声控制电路的作用3第三章 设计原理43.1电路各模块设计43.1.1 555芯片介绍43.1.2多谐振荡器的原理43.2电路的工作原理5第四章 制作与调试64.1 PCB板的制作64.2调试64.2.1调试的步骤64.2.2 调试中遇到的问题64.2.3调试结果6总结8参考文献9致 谢10附图一 原理图11附图二 PCB图12附图三 实物图13附图四 元器件清单14引 言本设计结构简单、易操作、成本低、实用性强，主要是有光控制电路、声控制电路、与门控制电路和红外报警电路四部分组成。由于整体电路主要是由555时基集成电路组成，故主要研究555时基集成块的工作方式及原理。本设计主要考虑了由于与门控制电路的影响，只有声光控制电路输出同时为高电平时，照明灯才会亮，这样在白天即使有声音照明灯也不会亮，只有在黑夜，有声音的时候照明灯点亮，起到节能作用。当然，仅仅作为节能灯本设计就没有什么特色了，因此，在光控制电路部分设计了红外报警电路，红外线是一种不可见的光线，采用红外线防盗是因为红外线具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都能使用，这样只要一方处于工作状态就可以了。本课题就是设计了一个利用红外线报警并声光双控照明的电子产品，具有及时报警及照明的作用。第一章 概述1.1发展与意义 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的提高。各种高档的电子产品和贵重的物品为许多家庭所拥有，然而一些不法分子也越来月多，人们的防盗意识也逐渐增强，防盗的电子产品也相继而出，例如温控、声控、光控等报警器等比比皆是。如今防盗报警器安防产品进入中国家庭的速度大大提高，近几年正以每年30%的速度增长，并且发展潜力巨大，众多的企业已看准了个人用户及家庭用户家用防盗报警器这一市场，可以预计防盗报警器产品即将走入千家万户的生活（欧美等发达国家防盗报警器家庭普及率已达70%以上）。然而还是经常出现被偷盗的现象,究其最主要原因还是因为防盗报警器的功能和实用性等问题，而这一现象已是普遍家庭住房的心声。现在很多小区都安装了报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。报警器虽不是新兴产品，但目前它的功能已日趋完备，相信在不远的将来，报警器会在我们的日常生活中起到巨大的作用。节约是我们每个公民的义务，节约也是一种美德，因此节能是我们现在所提倡的，像一些路灯基本上都是定时点亮的，这样有时候天还没有暗下来就已经亮了，不仅不能发挥作用，而且还浪费资源。近年来，国家采取财政补贴的方式、招标方式，大力推广高效节能的照明产品，这一方面是顺应全球节能减排趋势的照明应用，一方面也是在金融危机后刺激和拉动内需的一项战略决策。在这样的政策支持下，有效的拉动与推进了绿色照明光源的发展，对整个节能光源产业都起到了积极的推动作用。1.2简单介绍报警器的功能与电路设计 光控制电路主要采用555时基集成电路，当通电后，在夜间，光敏晶体管没有受到光线照射而呈高电阻值，555时基集成块的2、6脚处于低电平，此时的555时基集成电路的3脚输出高电平，此时电路为高电平，照明灯亮，电路处于工作状态，红外报警电路就自动断开不工作。在白天或周围环境有光线时，光敏晶体管受到光线照射，呈低电阻值，光控制电路的555时基集成块的2、6脚是高电平，555时基集成电路的3脚输出低电平，此时的电路就处于低电平，电路不工作，而此时的红外报警电路就处于高电平工作状态。即光控制电路与红外报警电路是属于或关系。声控制电路是将击掌声、脚步声或说话等声音通过驻极体传感器将声信号转换成电信号，再经过两级放大由检波二极管变成直流电压，使继电器得电吸合，此时输出高电平，当没有声音时，电路处于低电平状态。只要声光电路有一个电路处于低电平，整个电路就是低电平，灯不亮，只有全是高电平的时，才是高电平照明灯亮。即白天或有光线的照射时，光控制电路为低电平，此时即使有声音也是低电平。红外报警电路的555时基电路只要有物体挡住红外对管的发送与接收就处于高电平工作状态，就能通过扬声器进行报警。在夜里并且没有其他光线时，只要有声音就变为为高电平，就可以作为照明灯了。这样通过红外报警及声光双控照明就能使报警器在白天与黑夜都处于工作状态，起到及时报警防盗作用。第二章 设计方案2.1电路的组成框图本设计是声光双控自动报警及照明电路的设计与制作，主要由生控制电路、光控制电路、与控制电路和红外报警电路四部分组成。如下图3-1所示为电路的组成框图。红外报警电路输出与控制电路光控制电路声控制电路 图2-1 电路的组成框图2.2各模块设计的作用及要求2.2.1光控制电路与红外报警电路的作用在光控制电路与红外报警电路中，555时基电路U2、U3接成多谐振荡器，U2的3脚输出高电平，VD4导通，通过继电器K1的控制，可以控制EL的工作状态。U3接入VD7、VD8的目的是为了使输出的低频方波有一个合适的占空比。U3输出的低频方波经3脚通过R15直接将信号传递给扬声器。当工作电压为15V时，扬声器的阻抗为4，通电后，将物体挡住红外对管时，三极管的基极对地短接而截止，从而扬声器就连续不断地发出报警声音。2.2.2声控制电路的作用在声控制电路中，是由继电器K2控制，当有击掌声、脚步声或说话声时，驻极体传感器将声音信号传入经过VT3，VT4的两级放大，再经过检波二极管VD1、VD2整流变成直流，使电路导通，成为高电平。与门电路连接声控与光控电路。第三章 设计原理3.1电路各模块设计3.1.1 555芯片介绍 光控电路和报警电路都是通过555芯片工作产生振荡并输出信号，555芯片引脚图 3-1介绍和表3-2芯片引脚功能介绍。图3-1 555芯片引脚图表3-2 芯片引脚介绍引脚编号符号功能说明1GND地线2TR触发3OUT输出4RES复位5CV控制电压6TH阀值7DIS放电8VCC电源3.1.2多谐振荡器的原理由555芯片3引脚输出的波形图如图3-3多谐振荡器的工作波形所示，产生的信号为2/3VCC，电源电压为15V。图3-3 多谐振荡器的工作波形图输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2Tw1=0.7(R17+R18)C5Tw2=0.7R18C5其中，tw1为Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。555电路要求R17与R18均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。在报警电路中多谐振荡电路是有一块555芯片以及2个二极管及组成，两个电阻起分压作用，电容C7起到通交流阻直流的作用。通过方向器CD4069如图3-4所示，使当红外接受二极管接收不到信号时，555时基集成块3脚输出高电平，从扬声器发出声音而报警。图3-4 芯片CD4069内部结构图3.2电路的工作原理声光双控自动报警及照明电路原理图如图附图1所示。该电路主要由生控制电路、光控制电路、与控制电路和红外报警电路四部分组成。光控制电路主要采用555时基集成电路。通电后，在白天或周围环境有光线时，光敏晶体管VTL受光线照射，呈低电阻值，555时基集成块的2、6脚为高电平（大于或等于2/3VCC），此时555时基集成电路的3脚输出低电平，VT2截止，因而A点呈低电平，VD4导通，P点也为低电平，VT6截止，EL不亮。在夜间，光敏晶体管没有受到光线照射而呈高电阻值，U2的2、6脚为低电平（大于或等于1/3VCC），这时U2的3脚输出高电平，VT2导通，因而A点呈高电平。晶体管VT6导通，继电器K1得电吸合，其常开触点K1-1和K1-2闭合，照明灯EL点亮。这时，光敏晶体管VTL受到照明灯EL光线的照射，使U2的3脚输出低电平，但开关K1-2闭合后，VT2由R1维持其导通，即K1-2起自锁作用，保证VT2导通后不受其他光线的影响，使A点总是呈高电平。当有击掌声、脚步声或说话声是，驻极体传感器BM将声信号转换成电信号，此信号经VT3、VT4两级放大。被放大的信号经VD1、VD2整流，变成直流电压，使VT5导通。VT5一旦导通，继电器K2得电吸合，并常开触点K2-1闭合起自保作用，保证VT5在声音过后由R10维持其导通。VT5导通，B点输出高电平。当没有声音时，VT5截止，因而B点呈低电平。与门控制电路由VD4和VD5组成2输入与门电路。P=AB，A或B中只要有一个是低电平，P点即为低电平；只有当A及B都是高电平时，P点才呈高电平。如上所述，白天或是有光线照射时，A点呈低电平，这时即使有声音（即B点为高电平），此时若有声音（即B点为高电平），P点才呈高电平使VT5导通，继电器K1得电吸合，常开触点K1-1闭合，照明灯EL点亮。其逻辑关系如表2-6与门逻辑真值表所示。表2-6 与门逻辑真值ABP000010100111红外报警电路U3输出的低频方波经3脚通过R15直接将信号传递给扬声器。当工作电压为15V时，扬声器的阻抗为4，555时基集成块3脚产生高电平，从而扬声器就连续不断地发出报警声音。第四章 制作与调试4.1 PCB板的制作1.设计出原理图，先用Protel 99画原理图。2. 设置原件分装库，将原理图导入，然后设置线宽为40mil和焊盘的大小为80mil，适当地排列元件，然后布线，尽量不出现跳线，画出PCB图。3.将PCB图在该界面下预览后打印，先在普通纸上打印，然后根据元器件的管脚看是否需要修改元器件封装。然后打印在油纸上。4.将图用热转印机印到电路板。5.将电路板腐蚀。将印有电路图的电路板放到配好的溶液中，大概过30分钟待铜腐蚀完毕，取出电路板。 6.用打孔机打好孔，制作好电路板。7.对照所画的原理图和PCB图将元器件焊接到电路板上，用五色环的方法读出电阻，然后用数字万用表验证，并焊到正确位置。8.检查焊接好的电路，用万用表测试各个点是否导通，避免出现线路板各焊接点漏焊、搭焊或短路的现象。同时再检查各个元器件特别是集成芯片有无接错现象，认真查找问题，检查小点，以便于接通电源后的调试操作。4.2调试4.2.1调试的步骤首先用万用表测试芯片管脚是否有电源，接地是否正确。然后再检查555芯片3引脚输出波形，在实物调试的过程中先接通地线和电源线，遮挡红外对管，观察扬声器是否发出声音发出声音则正常；在室内（相当于无光线照射），对着驻极体传感器发出声音，看照明灯是否会亮，亮则正常；再用手电筒照射光敏晶体管（相当于有光线照射），再对着驻极体传感器发出声音，看照明灯是否会亮，不亮则正常。4.2.2 调试中遇到的问题刚开始由于继电器的封装是自己做的，没有注意引脚的排列，以至于最后导入原件后继电器的引脚连线错误，使继电器不能工作。用万用表根据原理图检查电路，找出错误并修改过来，但是只有光控制电路的参数都正确了，其他的电路还是没有正常工作。经过电压的测试，发现VT4坏了，于是将元器件换了以后，再次调试。因为与门控制电路是结合声控制电路和光控制电路的，在它们一起工作时，还是没有遵循与门的逻辑关系，最后发现是R4的参数值不正确，后来将其换成微调电阻，最后终于成功了。在红外报警电路中，由于反向器使用了74LS04，它的工作最大电压是5V，而本设计的电源电压为15V，顾该芯片无法正常工作，最后用CD4069来替换了。在设计红外报警电路时，喇叭是经过VT7的，后来发现三极管在此不起任何作用，于是将其去掉。4.2.3调试结果接通15V的电源后，用纸板挡住红外对管，喇叭就能发出“嘟嘟嘟”的声音；用手电筒照射光敏晶体管，对着驻极体传感器发出声音，照明灯不亮；遮挡住光敏晶体管，对着驻极体传感器发出声音，照明灯亮，调试成功。总结本次设计是对我大学三年所学的见证与总结，我并没有把这次设计当作是一个任务来完成，而是作为对自己学习的整理与综合，并借此机会对自己所学的专业知识进一步巩固。在设计中，我学会了发现问题，最终解决问题并改进自己的不足，在实践中一步步提高自己的能力与素质。同时也锻炼了自己的独立能力，发现自己的知识很有局限性，还有很多的漏洞，趁机在这次设计的过程中抓紧学习，弥补不足。通过这次的设计，我基本能按照规定的程序进行，收集、调查有关资料，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、再修改，最后定案，进行正式制版阶段。设计方案确定后，又在老师指导下进行详细设计，最后制版焊接，制作实物并调试。在设计、制作、调试过程中，让我懂得了并不是理论上正确就等于实践中百分百的正确。虽然是在指导老师一步步的引导下，由于调试的复杂性，但也让我学会了更加耐心地对待每一件事情。参考文献1 门宏. 电子元器件M. 北京: 人民邮电出版社, 2008:1182 宋德杰. 智能节电控制器J. 电子制作, 2008:183 熊如贵. 遮挡式红外声光报警器装置J. 电子制作, 2009,(09):974 赵丽松. 555时基电路原理设计与应用M. 北京: 电子工业出版社, 2007:1465 谭佩香. 555时基电路识图M. 北京: 电子工业出版社, 2007:1136 孙志甫. 光控高型亮度节能小夜灯J. 无线电, 2008:237 孙肖子. 模拟电子电路及技术基础(第二版)M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2008:2238 叶树江. 模拟电子技术基础M. 北京: 机械工业出版社, 2007:1919 综合电子论坛10 陈有卿. 门控自动照明开关N. 电子市场报, 2007:3致 谢 回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。经过这段紧张忙碌的时间，终于将毕业设计完成了。在此，我要感谢吴晓飞老师。本次设计中，吴老师从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。 同时也感谢学校给了我一个良好的学习环境，以及在学院领导老师和同学们的帮助与关心下，使我在各个方面更加完善。再次表示对学校老师同学们的崇高的敬意和衷心的感谢！附图一 原理图附图二 PCB图附图三 实物图附图四 元器件清单序号名称型号单位数量备注1碳膜电阻RT0.25200±5个1R82碳膜电阻RT0.25510±5个3R3，R12，R213碳膜电阻RT0.25560±5个2R16,R194碳膜电阻RT0.251K±5个3R2,R5,R75碳膜电阻RT0.252.2K±5个1R156碳膜电阻RT0.253.3K±5个1R97碳膜电阻RT0.253.9K±5个1R138碳膜电阻RT0.256.8K±5个1R209碳膜电阻RT0.2510K±5个1R1410碳膜电阻RT0.2520K±5个1R1111碳膜电阻RT0.2547K±5个1R1712碳膜电阻RT0.2556K±5个1R1813碳膜电阻RT0.25200K±5个1R1014碳膜电阻RT0.25220K±5个2R1，R615微调电位器WS220.5100K个1RP16微调电位器WS220.5180K个1R417瓷片电容CC63V0.01个1C618电解电容CD1125V2.2个1C519电解电容CD1125V10个1C720电解电容CD1125V50个1C321电解电容CD1125V100个1C422电解电容CD1125V220个3C1,C2,C823整流二极管1N4001个6VD3824发光二极管红个1EL25检波二极管2AP9个2VD1,VD226红外接受二极管个1VD1027红外发射二极管个1VD928三极管9013个5VT2VT629光敏晶体管3DU5C个1VTL30正压三端稳压器LM7815个1U131继电器HK19F-DC12V个2K1,K232集成块555块2U2,U333集成块CD4069块1U434驻极体传感器CM-18个1BM135喇叭个1U536集成块插件DIP-14个137导线根2