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应用电子技术毕业论文
应用电子技术毕业论文
题 目 :
专业 应用电子
声控报警器
摘要：
在当今社会上防盗系统越来越受到人们的重视。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。本课程主要介绍了简易的声控报警器的电路设计和电路板的制作。以此电路为依据只需更换相应的报警显示元件即可改装成不同类型的报警器，如红外报警器, 红外线声先报警器等。这种电路主要由声控放大电路、单稳态触发器电路、报警电路组成，设计利用压电陶瓷片作为声传感器获得信号并将其转换为电压信号，经场效应管放大后触发由NE555集成芯片构成的单稳态触发器和多谐振荡器,输出电压驱动蜂鸣器工作。经过调试，实现课程要求。
关键字：场效应管VT66；NE555；单稳态触发器；多谐振荡器
Voice-activated alarm
Abstract ：
Today people pay more and more attention on anti-theft system. But the alarm on the market most of which are used in some large financial institutions. The high price of general is difficult to accept. If we can design and manufacture a kind of cheap and reliable performance of sensitive anti-theft alarm, that will guarantee the security and property security to play a more effective role. This course introduces the simple voice-activated alarm circuit design and circuit board production. Based on this circuit only shows the replacement of the corresponding components of the alarm can be converted into different types of alarms, such as infrared detectors, and the infrared detectors sound first. This circuit mainly by the voice amplifier circuit, monostable multivibrator circuit, alarm circuit, the design of the use of piezoelectric ceramics as a sound sensor and the signal was converted to voltage signals, amplified by the FET integrated triggered by NE555 chip consisting of monostable multivibrator and multi-harmonic oscillator, buzzer driver output voltage work. After commissioning, it’s founcation will mach the course’s requirements.
Key words: C9013;NE555;One-shot;Astable Multivibrator
目录
前言 .................................................................................................................................................. 1 第1章 设计任务要求及方案论证选择 .................................................................................. 2 第2章 系统框图 ...................................................................................................................... 3 第3章 电路原理图及工作原理 .................................................................................................... 4
3.1原理图 ............................................................................................................................... 4 3.2声音的采集放大 ............................................................................................................... 5
3.2.1传感器的介绍 1、传感器的定义..................................................................... 5 3.2.2场效应管放大电路 ............................................................................................ 9 3.3时钟信号产生电路 ......................................................................................................... 12
3.3.1NE555 .................................................................................................................... 12 3.3.2 NE555构成单稳态触发电路 ............................................................................. 15 3.3.3 NE555构成的多谐振荡电路 ............................................................................. 19
第4章 电路板的组装 .................................................................................................................. 22
4.1电路板的制作过程 ......................................................................................................... 22 第5章 电路的调试 ...................................................................................................................... 23
5.1调试方法过程 ................................................................................................................. 23 5.2防盗报警器误报的分析及解决方法 ............................................................................. 23 谢辞 ................................................................................................................................................ 25 参考文献 ........................................................................................................................................ 26
前言
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提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于声控报警器体积小，灵敏度高具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。声控报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括脚步触发报警器，汽车报警器，声控语音报时钟，“声控灯”等符合现在人们提倡的节能意识的产品更是受到现代人的青睐。此外，其价格低廉、技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。
第1章 设计任务要求及方案论证选择
设计一个简单的电路使其能利用物体的撞击、行人的脚步声、车辆行驶的震动声作为触发信号，使蜂鸣器发出报警信号，也可改用LED做为报警信号，或者两者兼用。
要求电路尽量设计得简单明了，使用的元器件尽可能的少，但是要求其功能明显，稳定性高，不易产生误报警。灵敏度高。
在日常生活中，经常使用的报警器有中，机械报警器是属于传统的报警器。其缺点是：
1、 硬件电路复杂。 2、 灵敏度低。 3、 制作成本高。
本课程设计的声控报警器利用压电式陶瓷传感器作为感应器件，集NE555芯片组成的触发电路而制成。不仅灵敏度高且制作成本低廉。
第2章 系统框图
第3章 电路原理图及工作原理
3.1原理图
图3-1
高灵敏声控报警器电路如图所示。场效应管VT1组成一级电压放大器，通过可调电阻RP调节场效应管放大器的栅极偏压来调节电压放大器的增益。由于场效应管放大器具有很高的电压增益，因此用一级放大器就可满足电路的要求。压电陶瓷声传感器被声波激发后输出脉冲电信号，并经过VT1放大后由漏极D输出，通过耦合电容C1去触发一个单稳态触发器。
由555时基集成电路与R4、C3组成的单稳态触发器，受低电平或脉冲下降沿的触发而翻转。平时，IC 1的3脚输出低电平。当声传感器受到触发后输出脉冲信号并经VT1放大后由漏极D输出时，输出脉冲的下降沿将单稳态电路触发并使其翻转，3脚输出高电平。IC1翻转后，电路进人暂稳态，电源通过R4向C2充电，充电时间约2min。2min后，C3充电电压升高到6脚的阀值电平，触发器自动翻转，3脚恢复低电平，电路进人稳态。
报警声发生电路是一个由555时基集成电路组成的多谐振荡器，受总复位
端4脚的控制而工作。平时由于IC1的3脚输出低电平，振荡器不工作，当IC1输出高电平时，振荡器开始工作，发出报警声。多谐振荡器的振荡频率由R5、R6与C4的数值决定，本电路约为4. 8kHz。调整R5、R6及C4的数值，可得到所需要的振荡频率和报警声。
图中IC 1、IC2可选用NE555、LM555或用一只556来代替两只555。 场效应三极管选用VT66或V40AT型场效应管；压电陶瓷传感器B1选用协27 mm的压电陶瓷片，如FT一27、HTD27 A一1型等，B2均选用YD57一2型等80、0.25W小型动圈式扬声器。其他元器件无特殊要求，可按图4一66所标明的型号及参数选用。
3.2声音的采集放大
3.2.1传感器的介绍
1、传感器的定义
传感器英文名称：transducer / sensor。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
2、传感器的分类
可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。
常见传感器的应用领域和工作原理列于表1.1。 按照其用途，传感器可分类为： 压力敏和力敏传感器 ?位置传感器 液面传感器 ?能耗传感器 速度传感器 ?热敏传感器 加速度传感器 ?射线辐射传感器 振动传感器? 湿敏传感器 磁敏传感器? 气敏传感器
真空度传感器? 生物传感器等。? 以其输出信号为标准可将传感器分为：
模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。?
数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。?
膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。?
开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被
用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：
(1)按照其所用材料的类别分?
金属? 聚合物? 陶瓷? 混合物?
(2)按材料的物理性质分? ? 导体? 绝缘体? 半导体? 磁性材料?
(3)按材料的晶体结构分? 单晶? 多晶? 非晶材料?
与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：?
(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。?
(2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。
(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。?
现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。?
按照其制造工艺，可以将传感器区分为：
集成传感器?薄膜传感器?厚膜传感器?陶瓷传感器
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。?
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。?
厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。
陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。?
完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。?
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
3、压电传感器
压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变（包括弯曲和伸缩形变）时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。常见的压电材料有三类：压电晶体（石英晶体）、压电陶瓷（陶瓷晶体）和高分子压电材料。
应该指出的是，自然界中，大多数晶体都具有压电效应，然而大多数晶体的压电效应都十分微弱。
压电传感器只能应用于动态测量：
由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。
压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路以一定的电流，故只适用于动态测量（一般必须高于100Hz，但在50kHz以上时，灵敏度下降）。
图3-2 压电陶瓷片的符号和外形
3.2.2场效应管放大电路
1、场效应管的直流偏置和静态工作点计算
图3-3
（1）.自给栅偏压电路(只适用于耗尽型FET)，
Rg为栅极泄放电阻，泄放栅极感生电荷，通常取
0.1MΩ～10MΩ。Rs为源极偏置电阻，作用类似
于共射电路的Re，可以稳定电路的静态工作点Q
。
自偏压电路由于IG＝0，所以Rg上无直流压降，VG＝0。由于耗尽型FET在VGS＝0时存在导电沟道，所以电路有漏极电流ID，。
（2）. 分压式自偏压电路，适用于耗尽型和增强型FET。
图3-4
若VG＞IDRs，则可适用于增强型管(N沟道)；若VG＜IDRs，则可适用于耗尽型MOS管或JFET。
静态工作点的计算
1.图解法求静态工作点：由转移特性曲线和偏压线方程(为一直线)求输入回路的工作点；由输出特性曲线和直流负载线求输出回路的工作点。
2.估算法求静态工作点：由FET的电流方程和偏压线方程两组方程联立求解，通常舍去不合题意的一组解，然后得到静态工作点。
图3-5
电压传输特性：
图3-6
2、场效应管放大与开关应用举例
图3-7
用作放大器：BCQD段：VT＜VGS＜6V，FET工作在恒流区(放大区)内。
例如：
用作可控开关:
图3-8
AB段：VGS＜VT，FET工作在截止区，VO＝VDD；EFG段：VGS＞6V，FET工作在可变电阻区，VO≈0。
图3-9
当VGS=9V时，工作点移至F点，MOS管工作于可变电阻区，VDS=0.2V，相当于开关接通；当VGS=0V时，工作点移至A，MOS管截止，VDS=12V,
iD=0,相当于开关断开。
FET反相器的输入/输出波形：
图3-10
用作压控电阻：在可变电阻区，iD随VDS近似线性增加，且 VDS与iD的比值(即RDS)受VGS控制，等效为压控电阻
图3-11
3.3时钟信号产生电路
3.3.1NE555
NE555 (Timer IC)大约在1971?由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30??非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电?，尽管近??CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大?的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前?可直接的代用。
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冲信号。 a. NE555的特点有：
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA VCC =15 V, RL = ∞ =15mA b. NE555引脚位功能配置说明下：
图3-12 NE555各脚功能-管脚图
Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。
Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。
Pin 4 (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或忽略不用。
Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营
在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
Pin 7 (放电) -这个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，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
参数功能特性：
?供应电压4.5-18V
?供应电?3-6 mA
?输出电?225mA (max)
?上升/下?时间100 ns
NE555的相关应用:
NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(Astable Multivibrator)。
图3-13 555集成电路内部电路图
3.3.2 NE555构成单稳态触发电路
单稳态触发器只有一个稳定状态，在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态。
1、用555定时器构成单稳态触发器：
（1）.电路组成
图3-14由555定时器构成的单稳态触发器
如图3-14所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo'（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RC。
Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi>5RiCi，通过微分环节，可使Vi'的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo。若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo，则微分环节可省略。
定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。
（2）.工作原理
当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi'由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时，①若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。 ②若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。
结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。
单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析，图3-15为其工作波形图：
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