机电一体化技术毕业设计.doc

- 0 - 湖南九嶷职业技术学院湖南九嶷职业技术学院 毕业设计毕业设计 标 题： 多点断线式报警器 学生姓名： 刘 刚 系 部： 机电工程系 专 业： 机电一体化技术 班 级： 09 机电大专 1 班 指导教师： 姚永辉 郁悦 湖南九嶷职业技术学院教务处制湖南九嶷职业技术学院教务处制 - 1 - 目录 摘要. 1 1、任务分析，方案设计. 2 1.1 任务分析. 2 2.2 方案设计. 2 2、直流稳压电源电路设计. 2 2.1 直流稳压电源原理图 2 3、555 定时器芯片工作原理 3 3.1 555 定时器 3 3.2 555 定时器原理图 4 3.3 555 定时器应用 . 7 4、多点断电式防盗报警器电路设计. 7 4.1 断电式防盗报警器电路图. 7 4.2 仿真结果及分析. 8 5、主要仪器与设备. 9 结论参考文献. 9 附录. 9 后记. 10 - 2 - 摘 要 多点断线式报警器可根据音响频率的不同来判断断线的位置，用于防盗中很 能及时的发现被盗地点，能够更好的协助公安机关抓捕犯罪嫌疑人。多点断线式 报警器可以很广泛的应用，随时随地的安装与调试。 555 定时器有着很好的应用能够更好的改装成其他电路。构成多谐振荡器后 可以改变一定的参数来改变报警器震动频率这样可以通过音响发出不同的声音。 通过二极管可以是电流的单一方向。这样就可以进行设计。 关键词： 多点 555 定时器 报警 1.任务分析，方案设计 - 3 - 采用 555 定时器设计电路，使用可调电阻来调节各线触发报警的灵敏度，当其中任意的警 戒线被扯断或可调电阻很大就会充电，然后引起 555 定时器的起震，发出不同频率声音，识别 各点断线报警。 1.1 任务分析 使用不同的值得电阻分别监控不同的位置，每个电阻连接一个发光二极管，平时将他们接 地 vd1-vd5 都处于反偏状态，这时他们就不能给电容充电，当有一个被扯断就会充电然后引起 555 定时器的起震，然后就会发出声音。由于 r1、r5、r6 的电阻是可调的故报警器可以发出 不同的声音，值班人员通过声音就可以判断出那里发生了事。 1.2 方案论证 断电式防盗报警器总体方框图如下图 2.1 所示 （图 2-2.1 引用） 其工作原理为：防盗丝是多根细导线，它可设置在防盗的物品上或门窗上，当控制开关闭 合时，报警器处于关闭状态。打开控制开关后，一旦有盗贼进入使防盗线断裂，就会使触发器 输出高电平，扬声器给出警报声。即使盗贼将碰断了的防盗线接上也不会使输出状态改变，只 有按动控制开关才能解除报警控制。 2.直流稳压电源电路设计 2.1 直流稳压电源原理图 直流稳压电源原理图：如图 3-3.1 所示 220v 交流电经过变压器降为 12v，经桥式整流，滤波 后得到 12v 平滑直流电压，经 lm7812 三端稳压集成电路输出 12v 直流稳定电压。 - 4 - （图 3-3.1） 2.2 直流稳压电源波形图（如图 3-3.2） （图 3-3.2） 3、555 定时器芯片工作原理与应用 3.1 555 定时器 - 5 - 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 cmos 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5v6v 工作，7555 可在 38v 工作，输出驱动电流约为 200ma，因而其输出可与 ttl、cmos 或者模拟电路电平兼容。555 定时器产品有 ttl 型和 cmos 型两类。ttl 型产品型号的最后三位都是 555，cmos 型产品的最后四位都是 7555，它们的逻辑 功能和外部引线排列完全相同。 555 定时器的电路如图 4-4.1 所示。它由三个阻值为 5k 的电阻组成的分压器、两个电 压比较器 c1 和 c2、基本 rs 触发器、放电晶体管 t、与非门和反相器组成。 （图 4-4.1 定时器原理图 引用） 3.2 555 定时器原理 555 定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便， 只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、 变换、控制与检测。 分压器为两个电压比较器 c1、c2 提供参考电压。如 5 端悬空，则比较器 c1 的参考电压为， 加在同相端；c2 的参考电压为，加在反相端。 4 引脚是复位输入端。当其为 0 时，基本 rs 触发器被置 0，晶体管 t 导通，输出端 u0 为低电平。正常工作时，输出端 u0 为 1。 u11和u12分别为 6 端和 2 端的输入电压。当u112/3ucc，u121/3u cc 时，c1 输出为 低电平，c2 输出为高电平，基本 rs 触发器被置 0，晶体管 t 导通，输出端 u0 为低电平。 当u112/3ucc，u12 1/3ucc 时，c1 输出为高电平，c2 输出为低电平，基本 rs 触发器 被置 1，晶体管 t 截止，输出端 u0 为高电平。 当u111/3ucc 时，基本 rs 触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 综上所述，可得 555 定时器功能如表图 4-4.2 所示。 - 6 - （表 4-4.2 555 定时器功能表 ） 3.3 555 定时器应用 1单稳态电路 前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。而单稳态 触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由 稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳 态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。 单稳态触发器电路的构成形式很多。图 a 所示为用 555 定时器构成的单稳态触发器， r、c 为外接元件，触发脉冲 u1 由 2 端输入。5 端不用时一般通过 0.01uf 电容接地，以防干扰。 下面对照图 b 进行分析。 (a) 电路图 (b) 波形图 (1) 稳态 稳态时，输出 uo 为低电平，即无触发器信号（ui 为高电平）时，电路处于稳定状态 - 7 - 输出低电平。在 ui 负脉冲作用下，低电平触发端得到低于（1/3）ucc，触发信号，输出 uo 为高电平，放电管 vt 截止，电 路进入暂稳态，定时开始。 (2) 暂稳态 在 t=t1 瞬间，2 端输入一个负脉冲，基本 rs 触发器置 1，输出为高电平，并使晶体管 t 截止，电路进入暂稳态。此后，电源又经 r 向 c 充电，充电时间常数=rc，电容的电压按指 数规律上升。 在 t=t2 时刻，触发负脉冲消失，若 uc2/3ucc，基本 rs 触发器保持原状态，u0 仍为高 电平。 在 t=t3 时刻，当 uc 上升略高于时，基本 rs 触发器复位，输出 u0=0，回到初始稳态。 同时，晶体管 t 导通，电容 c 通过 t 迅速放电直至 uc 为 0。这时，电路为下次翻转做好了准 备。 输出脉冲宽度 tp 为暂稳态的持续时间，即电容 c 的电压从 0 充至所需的时间，式为： tw=1.1rc 由上式可知： 改变 r、c 的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。 在 r、c 的值一定时，输出脉冲的幅度和宽度是一定的，利用这一特性可对边沿不 陡、幅度不齐的波形进行整形。 2多谐振荡器 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路 处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换 而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。 图 a 所示是由 555 定时器构成的多谐振荡器。r1、r2 和 c 是外接元件。 刚接通电源时，uc=0，u0=1。当 uc 升至后，比较器 c1 输出低电平，基本 rs 触发器 置 0，定时器输出 u0 由 1 变为 0。同时，三极管 t 导通，电容通过 r2 放电，uc 下降。在 1/3uccuc2/3ucc 期间，u0 保持低电平状态。在 uc 下降至以后，比较器 c2 输出低电平，使 触发器置 1，输出 u0 由 0 变为 1。同时三极管 t 截止，于是电容 c 再次被充电。如此不断重复 上述过程，多谐振荡器的输出端就可得到一串矩形波。工作波形如图 b 所示。 - 8 - (a) 电路图 (b) 波形图 振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间 tp1 为电容 c 的电压 uc 从充电至所需时间。 4、多点断电式防盗报警器电路设计 4.1 断电式防盗报警器电路图 (图 5-5.1) 4.2 仿真结果及分析 - 9 - 工作过程：其中 s1、s2、s3 为报警器警戒线，如图所示（5-5.1）当开关控制 s1、s2、s3 闭合时，报警器处于关闭状态。当开关 s1断开其余开关闭合时，555 定时器 7 号引脚由低电位 变为高电位，报警器处于报警状态；当开关 s2 断开其余开关闭合时，555 定时器 7 号引脚由 低电位变为高电位，报警器处于报警状态；当开关 s3 断开其余开关闭合时，555 定时器 7 号 引脚由低电位变为高电位，报警器处于报警状态。当开关s1、s2 断开 s3 闭合时，555 定时器 7 号引脚由低电位变为高电位，报警器处于报警状态，当 s1、s2、s3 开关全部断开时，报警 器处于报警状态，并且可以利用可调电阻来达到报警器的灵敏度同时发出不同的声音（图 5- 5.2） 。如需增加防盗路数，只要增加警戒线、可变电阻器和发光二极管的数量即可。仿真结果 表明设计达到了预期的目的。 （图 5-5.2） 5、主要仪器与设备 名 称符 号材料及选用 电位器rp1rp2选用有机实心电阻器或合成膜可变电阻器 电容c1c7选用高频瓷介电容器和选用耐压值为 16v 的铝电解电容器 发光二极管led1led3均选用 3mm 的高亮度发光二极管 晶体管 v 选用 2n5551 或 3dg12 型硅 npn 晶体管 扬声器 bl 选用 0.25w、8 的电动式扬声器 - 10 - 555 定时器 ic 开关 s 选用微型单极拨动式开关四个 警戒线使用 0.1mm 的漆包线 变压器一个 桥式整流 mda970a 桥式整流 mda970a 一个 测量工具数字万用表一个和示波器一台 结论 通过本次课程设计，我们熟悉了集成电路及有关电子元器件的使用，掌握了仿真软件 multisim 11 的应用，学习和掌握数字电路中基本知识的应用尤其是 555 时基电路。在历 设计，制作的过程当中，我不但把以前学过的数字电子技术方面的知识做了全面的重新的 认识。还学到了很多课堂上根本无法学到的知识。以前我们虽然进过一个学期的学习，并 且都在期末考试和数字电子实验当中取得了不错的成绩。但是经过这次的设计，我才发现， 我们之前对数字电子的理论知识认识是那么的浅薄，对仿真软件的应用几乎是一窍不通， 对于数字电路的应用简直如盲人摸象。 在设计的过程中，我们慢慢学习、摸索、体会。一开始，我们在网上查阅资料，拿着 别人制作好的其他相关的电路图来研究，弄懂别人的设计思路，设计方案。之后针对自己 将要设计的电路的要求进行修改。之后用仿真软件仿真。来验证自己的思路的可行性。我 们对数字电子的认识和应用都有了很大的提高 。这次设计给我们的收获是巨大的。 参考文献 1 陈有卿主编.555 时基集成电路原理与应用.m北京：机械工业出版社,2007.7 2 房国志主编.模拟电子技术基础.m北京:国防工业出版社,2007.7 3 韩焱主编. 数字电子技术基础. m 北京：电子工业出版社,2009.6 4 于安红主编. 简明电子元器手册. m 上海：上海交通大学出版社,2005.12 5 李延明主编.电工、电子计算手册.m 北京：电子工业出版社,2009.9 附录 - 11 - 后记 在设计完成之际，首先向我的导师老师致以最真诚的感谢。在我设计研究过程中姚老师和 郁老师不断地