秩名 發表於 2014-03-17 10:19:54
0 前言
隨著社會結構和社會治安問題日趨複雜，人們對家庭生命財產的安全越來越重視。因此，人們在生活中逐漸引入報警器，用來預防搶劫、盜竊等意外事件的發生。 防盜報警系統是用物理方法或電子技術，自動探測發生在布防監測區域內的侵入行為，產生報警信號，並提示值班人員發生報警的區域部位，顯示可能採取對策的系統。防盜報警系統是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發生突發事件，就能通過聲光報警信號在安保控制中心準確顯示出事地點，使於迅速採取應急措施。防盜報警系統與出入口控制系統、閉路電視監控系統、訪客對講系統和電子巡更系統等一起構成了安全防範系統。
報警器（alarm），又稱防盜器。是由傳感器和信號處理組成的，用來探測入侵者入侵行為的，由電子和機械部件組成的裝置。傳感器又是報警器的核心元件，採用不同原理的傳感器件，可以構成不同種類、不同用途的報警裝置。 防盜報警器，是對用於發生警情、危險、緊急情況等狀況下以聲音、光線、氣壓等形式發出警報的電子產品的統稱。隨著社會科學技術的迅速發展，人們對報警器的性能提出了越來越高的要求。其應用也是越來越廣泛，涉及到各個行業中。
傳統報警器通常採用觸摸式報警、開關報警器、光電報警等。這類報警器具有性能穩定、實用性強等特點。本課程設計所設計的簡易防盜報警器是藉助於數字邏輯電路，採用模塊化的設計思想。不僅使得設計變得簡單、方便、靈活性強，而且電路簡單容易實現，工作穩定。
1 方案總體設計
本方案先設計一檢測電路，將檢測器件安裝在門、窗等地方，只要有非法進入者闖進，揚 聲器即會發出1.2KHZ頻率的報警聲。根據系統組成的原理及要求初步建立系統框圖如圖1所示。
圖1 系統框圖
2 系統設計要求
2.1 檢測電路
檢測電路是用來檢測非法進入者闖進門窗等地所產生的非電信號，比如聲音、振動、微弱的人體電信號。並將非電信號轉化成電信號，輸入到電路中。
2.2 定時模塊
定時模塊的作用是來控制語音報警的時間長度，防止報警時間過長，電能損耗過多。主要構成是由NE555定時器完成，將其接成單穩態電路，可以產生一脈衝，脈衝維持時間可以通過設計參數而得，脈衝的維持時間就是電路報警的時間長度。
2.3 頻率控制模塊
頻率控制模塊是產生一頻率為1.2KHz的信號模塊電路，完成設計基本要求。為提高電路的實用性，設計一個可以自動變頻的電路，使得報警聲音多樣化。電路中用NE555定時器構成的多諧振蕩器作為產生頻率的電路，再經過分頻電路，分成不同的頻率信號，再經過數據選擇器，選出頻率，使不同頻率能夠自動變換地傳輸到語音報警電路。
2.4語音報警
語音報警電路完成的是將電信號轉化成聲音信號，從而達到報警目的。
3 系統硬體電路設計
3.1 檢測電路
做這個實驗首先要考慮的問題是設計一個檢測電路用來檢測是否有人非法闖入室內從而使電路發生報警。通過查閱資料當用NE555做成單穩態電路時，電路可以檢測出人體信號並轉化成電信號，利用這一特點可以用NE555晶片設計檢測電路。
3.1.1 555定時器做單穩態電路
圖2 555結構圖
NE555為8腳時基集成電路，各腳主要功能 1腳 地 GND 2腳觸發 3腳 輸出 4腳 復位 5腳 控制電壓 6 腳 門限（閾值） 7腳 放電 8腳 電源電壓Vcc
如圖2所示，當555的6腳和7腳相接，2腳和觸發電平相接，就構成單穩態觸發器。單穩態觸發器具有穩態和暫穩態兩個不同的工作狀態。在外界觸發脈衝作用下，它能從穩態翻轉到暫穩態，在暫穩態維持一段時間以後，再自動返回穩態，暫穩態維持時間的長短取決於電路本身的參數，與觸發脈衝的寬度和幅度無關。由於單穩態觸發器具有這些特點，常用來產生具有固定寬度的脈衝信號。用555定時器構成的單穩態觸發器是負脈衝觸發的單穩態觸發器，其暫穩態維持時間為：Tw=lnRC=1.1RC，僅與電路本身的參數R、C有關。 其檢測電路設計圖如圖3，開關J1（實際電路中用鐵片或鐵絲代替）按下時，2管腳由高電平變為低電平時，輸出管腳3腳就由低電平變為高電平輸出一個脈衝，高電平脈衝維持的時間由電阻R1和電容C1決定，其計算公式為：Tw=lnR1*C1 ≈1.1RC
圖3 檢測電路圖
3.2 定時模塊
在數字電路中，定時實際上是產生一脈衝信號，其信號的高電平或低電平維持的時間可由計算電路參數而確定。555做單穩態觸發器時就有定時的作用，因此定時模塊可由555晶片完成。考慮到檢測電路中已使用了555做單穩態觸發器，因此可將兩模塊合二為一，既用作檢測電路又用作定時。其電路如圖4，定時的長短由電路參數R和C確定：
圖4 定時模塊電路圖
3.3 頻率控制模塊
課程設計的基本要求中，產生一頻率為1.2KHz的報警聲音。要實現這一要求很簡單，只要多加一片555晶片，用它做多諧振蕩器產生頻率1.2KHz. 3.3.1 555定時器做多諧振蕩器 若將555的引腳2與6相接，如圖3-4所示，就可形成多諧振蕩器。外接電容C通過R1、R2充電，而放電電流僅通過R2. 可求出：
充電時間：
放電時間：
周期：
佔空比：
由公式計算參數：
由於頻率為1.2KHz，電容C選取0.1uf，計算出電阻R1、R2的阻值約為1K、10K，選取1K、10K的電阻做R1、R2.
圖5 多諧振蕩器及波形圖
3.4 語音報警
語音報警是用蜂鳴器將電信號轉化成聲音信號，從而報警。只需要將蜂鳴器直接接入電路，當有高平信號時蜂鳴器就發生鳴叫。將它接在555德管腳上，另一接頭接地就可。
4 系統仿真測試
本電路由四部分組成：檢測電路、定時、分頻、報警。檢測電路是用555設計成的，其2管腳連接一個觸摸片，當用手觸摸時產生一低電平，555的三管腳就產生一個時長為16.5s的高平信號，從而使第二片555的四管腳的電平為高。第二片555是一個多諧振蕩電路，當四腳為高時，電路振蕩開始，產生一頻率約為1.2KHz的脈衝信號。蜂鳴器將電信號變為聲音信號報警。圖6為系統仿真測試圖。
圖6 電路仿真圖
電路按設計電路接好，接通電源，觸摸觸摸片，蜂鳴器不響。用萬用表測量蜂鳴器兩端電壓，電壓為零。再測量第一片555三管腳的輸出電壓，在4.29V左右變化，第一片555工作正常。測量第二片555三管腳的輸出電壓，在4V左右變化，確定第二片555工作也正常。
通過仔細檢查發現有一塊555晶片插反了，改過後重新將電路接上電源，蜂鳴器響了，但是一直叫個不停，因為實驗要求警報器警報十秒左右就能停下。通過與同組人討論發現接上按鈕開關後就能達到要求，因為這種開關按下接通後就斷開，用來顯示外界觸發脈衝。電路設計成功了。
5 結論
本文的基於555的簡易防盜報警器的設計方案，通過555將人體信號轉化為電信號，再由蜂鳴器將電信號轉化為聲音信號從而達到報警的要求，用一滑動變阻器來控制蜂鳴器報警時間。經驗證，本方案所設計的簡易防盜報警器能達到報警要求，當有人非法闖入時可以產生警告並使室主做好防衛工作，電路簡單，實用性強。
打開APP閱讀更多精彩內容聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴