门锁防盗报警器课程设计

南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》设计题目：门锁防盗报警器专业：本11通信01班学生姓名:蒋顺学号:20114400136起迄日期:2013年12月9日~2013年12月20日指导教师:王彦教研室主任：王彦《电子技术课程设计》任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、课程设计内容题目：门锁防盗报警器要求：电源电压DC3~12V，利用金属片作为检测传感器，利用语音芯片完成声音报警。注：①可以采用金属片自制检测传感器，语音芯片和CD4011等制作。二、课程设计要求综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。课程设计设计说明书（报告）应包括有：①电路工作原理分析②电路元器件参数设计计算③电路调试说明④电原理图和PCB图（必须自己画）⑤元器件装配图（必须自己画）⑥元器件清单⑦自己的收获和体会⑧要求字数不得少于3500字⑨要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板(PCB)。所有的文档和表格必须采用Word形式。同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。设计资料中的有关的公式可以直接采用。课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。成绩评定：①按ABCDE分档，其中：优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。②课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3．主要参考文献：黄智伟．全国大学生电子设计竞赛技能训练[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011黄智伟．全国大学生电子设计竞赛制作实训[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011黄智伟．全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011黄智伟．全国大学生电子设计竞赛电路设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011黄智伟．全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011黄智伟等.基于NImultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]．北京：电子工业出版社，2007黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践[M]．北京：电子工业出版社，2009[M]．北京：电子工业出版社，2002[M]．广州：华南理工大学出版社，2001年谭博学等.集成电路原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2003魏立军.CMOS4000系列60种常用集成电路的应用[M]．北京：人民邮电出版社，1993[M]．北京：机械工业出版社.2002[M]．人民邮电出版社1996[M]．4．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容1.资料查找和阅读2电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真3材料购买，电路设计和PCB设计4PCB制作，电路元器件安装5作品调试6~2013.12.20结束课程设计设计说明书写作主指导教师黄智伟日期：2013年10月25日摘要随着社会发展，社会在进步，小偷的能力也在提高，为了有效提高防盗能力，门锁防盗报警器营运而生。此报警器不同于一般的报警器，它不光能敏锐的区分主人和小偷，而且发现小偷过后，它能发出报警声，让小偷闻风丧胆，立刻逃窜。它另一个好处还在于设有报警记忆电路，主人回家后能够根据指示灯亮灭与否判断出窃贼是否撬过门锁。为了达到上述条件，此设计主要由门锁金属部分M和与非门I、R1、C1等组成触摸式开门延时电路；与非门Ⅲ和Ⅳ、R3、C2、VT等组成报警器延时开关电路，其中与非门Ⅲ和Ⅳ接成典型的单稳态电路；由于整机用电很节省，故每换一次新电池，一般可用一年时间。故此报警器具有实用、安全、方便、耐久等特点。关键词：防盗实用安全耐久AbstractWiththesocialdevelopment,socialprogressing,theabilityofthievesisalsoimproving,inordertoeffectivelyimprovetheanti-theftcapability，Doorlockalarmbeginstoworkforus.Thisalarmisdifferentfromthegeneralalarm,itnotonlycansharplydistinguishbetweentheownerandthethief,butalsoafterfoundthethief,itcansendoutalarmsound,letthethiefimmediatelyrunaway.Itisanotheradvantageisprovidedwithanalarmmemorycircuit,theownerreturnedhomeaccordingtotheindicatinglamplightoutornotjudgewhetherthethiefbrokethedoor.Inordertoachievetheabovecondition,thisdesignismainlycomposedofalockmetalpartsofMandNANDI,R1,C1,touchthedoorgatedelaycircuit;NANDIIIandIV,R3,C2,VTetc.thealarmtimedelayswitchcircuit,whereintheNANDgateIIIandIVisconnectedintoatypicalmonostablecircuit;becausetheelectricityisusedlittle,thereforechanginganewbatteryeachtime,generallyworkingoneyear.Thisalarmispractical,safeandconvenient,durableetc..keywords：Securitypracticalsafedurable目录1.电路原理分析及电路制作----------------------------------------------11.1元器件选择与制作---------------------------------------------------11.2电路元器件参数设计计算----------------------------------------------2元器件清单----------------------------------------------------------31.4电路原理图---------------------------------------------------------41.5PCB图---------------------------------------------------------------41.5.1CD4011芯片资料-------------------------------------------------5计算机仿真及分析(multisim)----------------------------------6电路调试--------------------------------------------------------83.1调试前的直观检查-------------------------------------------83.2调试过程中遇到的问题及检错纠正如下-------------------------84.结论------------------------------------------------------------9自己的收获和体会----------------------------------------------------95.参考文献--------------------------------------------------------------101.电路原理分析及电路制作该门锁防盗报警器的电路如图2(第4页）。门锁金属部分M和与非门I、R1、C1等组成触摸式开门延时电路；与非门Ⅲ和Ⅳ、R3、C2、VT等组成报警器延时开关电路，其中与非门Ⅲ和Ⅳ接成典型的单稳态电路；HA是由型号为KD9561的音乐芯片组成的音乐报警喇叭，它能发出报警声。当有人开门锁时，人体从周围感应到的杂波信号（主要为50Hz交流电信号），经门锁钥匙和锁体M传递给VD1整流，使与非门I接成的反相器输入端获得负脉冲信号，其输出端输出一串正脉冲信号。该脉冲信号经VD2隔离、R1限流后，缓慢地向C1充电。如果开锁时间不到8秒，则报警电路无反应。如果开锁时间超过8秒，则C1充电电压>1/2VDD，由与非门Ⅱ接成的反相器翻转，其输出端由原来的高电平变为低电平，等于给单稳态电路输入一个负脉冲。于是，由与非门Ⅲ和Ⅳ构成的单稳态电路翻转进入暂稳态，门Ⅳ输出负脉冲，VT通过R5获得合适偏流而饱和导通（实测管压降（0.3V），HA通电工作，反复发出宏亮的报警声。约经70s左右，单稳态电路由暂态翻回稳态，VT截止，HA断电自动停止发声。VS、R6、LED和SB2组成报警记忆电路。在报警电喇叭尚未工作时，VS无触发电压截止，闪烁发光二极管LED无电不工作。一旦HA通电工作，VS就会经R6从HA两端获得触发电压而导通，使LED通电闪闪发光。报警结束后，由于VS的“自保”特性，LED将一直闪光，直到主人按动一下SB2复位按钮，才能解除LED的闪光状态。这样，主人回家后根据LED发光与否，就可判断出小偷是否来撬过门锁，并采取相应防范措施。电路中，VD1除用作对人体感应杂波信号整流外，平时还利用其高反向电阻将门I的输入端置于高电平。单稳态电路的暂态时间（即延时报警时间）由C2和R32·R3。因此，当C2为100μ.F、R3为1MΩ时，暂态时间约为70s。SB1是报警后的复位按钮，主要用于检验报警性能后的马上中止警报声。R2是C1的放电电阻。1.1元器件选择与制作A选用CD4011或TC4011、CC4011，MC14011型4-2输入端与非门数字集成电路。VT选用9012或3CG23型硅PNP中功率三极管，β最好在150以上。VS用普通单向可控硅，如MCR100-6、BT169型等。VD1、VD2均用1N4148型硅开关二极管，亦可用普通1N4001型硅整流二极管来代替：LED用BTS314058型红色闪烁发光二极管。SB1、SB2用小型自复位按钮开关。R1～R5全部用1/8W碳膜电阻器，C1～C3均用漏电小的正品CD11型电解电容器。G可用四节5号干电池串联组成。HA是型号为KD9561的音乐芯片组成的报警喇叭。除HA外，其余元器件全部焊装在一个绝缘密闭小盒内，并固定在房门背面。门I的输出端通过一段单芯屏蔽线接门锁金属部分，HA用双股电线引到附近声传播良好的地方固定。注意：门锁必须与大地保持良好绝缘，否则报警电路无法正常工作。芯片KD9561图1芯片KD9561引脚功能表1芯片KD9561芯片管脚图1.2电路元器件参数设计计算触摸式开门延时时间：3R1·C1=3·270000·延时报警时间：2·R3·100s=70s元器件清单表2元器件清单元件标号元件名称型号与参数40114-2输入与非门CD4011VT三极管9012VS单向晶闸管BT169VD1,VD2二极管IN4148×2LED发光二极管（红）BTS11405C1电解电容10uf/16VC2，C3电解电容100uf/16VR1碳膜电阻270KR3，R7碳膜电阻1M×2R2碳膜电阻2MR4，R6碳膜电阻10K×2R5碳膜电阻3KSB1微型轻触按钮SB2小型自复位常闭按钮G4节5号干电池HA音乐报警喇叭芯片KD9561电路原理图图2电路原理图1.5PCB图图3PCB图1.5.1CD4011芯片资料1.5.1.1CD4011逻辑图图4CD4011逻辑图1.5.1.2CD4011PCB制作资料图5CD4011PCB制作资料表3CD4011PCB制作资料图6CD4011PCB制作资料2.计算机仿真及分析(multisim)注：由于找不到三极管9012，通过查阅资料知，可用2SA1015替换。HA、LED1未工作时的状态图7c1充电时的状态此状态时的仿真分析：此时电容C1在缓慢充电，三极管2SA1015未导通，如图2，HA正极电压接近零，HA不工作。可控硅BT169控制级无正向触发电压，可控硅截止，LED1未被连通，不亮。HA、LED1工作时的状态图8c2充电，VT导通时的状态此状态时的仿真分析：此时电容C2在缓慢充电，三极管2SA1015导通，如图3，HA正极电压为4.33V，HA工作。可控硅BT169控制级有正向触发电压，可控硅导通，LED1被连通，灯亮。3.1调试前的直观检查电路安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。检查内容包括：=1\*GB3①.连线是否正确检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。查线的方法通常有两种：=2\*GB3②.按照电路图检查安装的线路这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此，可比较容易查出错线和少线。=3\*GB3③.按照实际线路来对照原理电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。=5\*GB3⑤元、器件安装情况检查元、器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成块和电解电容极性等是否连接有误。=6\*GB3⑥电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。=7\*GB3⑦电源端对地（┴）是否存在短路。在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（┴）是否存在短路。检查直流稳压电源对地是否短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。3.2调试过程中遇到的问题及检错纠正如下问题一：线路都接上后没反应检错：拨动开关但是没效果，想到开关没上网查资料，而是根据电子器件老板的话来焊接的，分析可能开关焊错了。用万用表测出开关没接通，发现开关没效果。纠正：重新买了开关焊上。问题二：喇叭会叫，但灯不亮。检错：用万用表测出发光二极管两端电压为4.5V左右，超出最高电压，二极管可能已烧坏。纠正：换一个发光二极管焊上，并串联一个阻值为200Ω左右的电阻。4.结论综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握了基本的电子电路设计和芯片使用方法。此方案制定后，通过multisim仿真可知，此方案符合要求，能达到报警目标。自己的收获和体会总的来说，我对这门课是热情高涨的。第一，我从小就对这种小制作很感兴趣，那时不懂焊接，却喜欢把东西给拆来装去，但这样一来，这东西就给废了。现在课程设计正是学习如何把东西“装回去”。每次完成一个步骤，我都很有“成就感”。第二，课程设计是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神，。作为信息时代的大学生，作为国家重点培育的高技能人才，仅会操作鼠标是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过两周的学习与制