硬件课程设计讲述.doc

1、功能与技术指标： 设计一种具有时间可调的智能楼宇声光防盗报警实用型电路，主要用于楼道单元门和用户大门的防盗。在正常的指定时间内(30秒)完成操作时，报警器不会报警；而当操作时间超过+指定时间时，它就会发出声光报警信号(60秒)，同时给中央监控室发出报警信号。要求设置的时间可调，报警时声音和光闪烁同时显示。 时基电路U1与电容，电阻组成暂态时间T的单稳态触发器，平时U1处于稳态，其3引脚输出低电平，晶体三极管Q1截止,Q2导通，不对电容C3，电阻R5组成充放电电路充电，控制时基电路U2的6引脚为高电平，3引脚输出低电平，从而使报警声集成电路CK9561不工作，扬声器无声, LED不发光。 当有人开锁时，U1感应人体杂波的负半周(实验中可用按键开关S0产生负脉冲来模拟)加至U1的触发端2引脚，使其进入暂态，3引脚输出高电平，此时对电容C3充电，随着充电时间的延长，U2的2脚电位不断下降，当超过指定时间T1=1.1*C3*R5（时间可调），U2翻转，其3脚输出由低电平变为高电平，使得多谐振荡器U3开始工作，从而使CK9561得电工作而报警。如果开门时间在正常的指定时间以内，则U2的3脚保持为低电平，电路不会报警(实验中可用按键开关S0断开模拟)。报警声响持续时间可由U1的暂态时间T2=1.1*C1*R2（时间可调）决定，T2时间后，U1的3脚输出低电平，U2的3引脚输出低电平, CK9561失电，报警声会停止。如果再次触碰门锁超过指定时间，电路又能重新报警。 二极管D1时亮时灭，其发光的时间为t1=（R6+R7）*C5*ln2，不发光的时间为t2=R7*C5*ln2，CK9561发出的声音时间与二极管D1发光时间相同。 测试点A是U1的3脚，当开关触发时,其电压下降约约2/3电源电压，测试点B为U2的2脚，即测试电容放电时电压变化曲线，测试点C是U2的3脚，其输出是方波波形。 图1 智能楼宇声光防盗报警电路示意图 ２、设计方案与方案比较 查询资料可知，这种声光报警器有多种不同的电路： 参考电路图一见图2: 图2 基本电路图 这种电路特点是：当开光被触发时，二极管D1和CK9561会在持续时间内一直发出光和声音，因此这可能会导致电路耗电量较大，不利于省电。 参考电路图二见图3: 图3 多谐震荡（二极管闪烁） 这个电路做到将二极管D1时亮时灭，但是CK9561没有做到一会发出声音一会不 发出声音，还是一直在发出声音，这样也可能会导致不必要的能量损耗，也不利于省电。 综上所述：自己设计的电路不仅做到将二极管D1时亮时灭，CK9561时而发声时而不发声，不仅起到了报警的效果，而且还能有效的省电，减少能量的损耗，，还可以将R6和R7改成滑动变阻器，使得发光时间变得不那么长，这样也可以适当减少能耗。因此自己设计的电路在这种电路上都有所优化。 ３、原理框图及电路图 图4 设计方案电路图 ck9561和555芯片引脚图如下： 图5 CK9561芯片的引脚图 图6 555芯片的引脚图 ４、单元电路设计与参数计算 时基电路U1，由555-U1组成一个单稳电路，控制报警器不响的时间。当开关触发时，只要在指定时间T1=1.1*C3*R5之内时，就不会报警。 图7 触发电路 控制时基电路U2，由555-U2组成一个单稳电路，控制报警时间长短。 报警持续时间为T2=1.1*C1*R2。 图8 时基电路 多谐振荡电路U3，控制二极管D1和CK9561时断时续（拓展）。 图9 多谐震荡电路（声光闪烁） 当要求二极管D1和CK9561在30s之后开始工作报警，报警持续时间在60s，由于电路中电容与参考电路相同，取值不变，那么电路中电阻阻值取值如下： 由T1，T2的计算公式，并将要求时间值代入式中，可求得： R5调到约0.58M欧姆，R2调至约0.54M欧姆 在U3组成的多谐振荡器中，电阻和电容都是定值，则可求得： 二极管D1发光时间： t1=（R6+R7）*C5*ln2=0.707s 二极管D1熄灭时间： t2=R7*C5*ln2=0.354s 当电阻R6和R7是滑动变阻器时，二极管D1发光时间可调。 CK9561工作时间与二极管D1发光时间相同，不发声的时间与二极管不发光时间相同。 ５、安装调试 ①按照电路图在面包板上搭出电路 ②观察搭建出来的电路是否出现报警现象，即当自己触发开关时，等待一段时间后，二极管发光，CK9561开始发出报