数电 水银振动报警器(详)

郑州科技学院《数字电子技术》课程设计题目多功能防盗报警器学生姓名***专业班级 10级***学号*******院（系）电气工程学院指导教师袁玉霞完成时间 2013年3月20日郑州科技学院数字电子技术课程设计任务书专业班级学号姓名一、设计题目多功能防盗报警器二、设计任务与要求1.可采用振动开关，比如水银开关。

2.当碰到水银开关，水银开关振动时，发出报警。

3.报警声音音调可调。

三、参考文献[1] 江晓安，董秀峰. 数字电子技术. 西安：西安电子科技大学出版社，2008[2] 王毓银. 脉冲与数字电路（第3版）. 北京：高等教育出版社，1999[3] 谢自美. 电子线路设计、实验、测试，第二版. 武汉：华中科技大学出版社，2000[4] 陈明义. 电子技术课程设计实用教程. 长沙：中南大学出版社，2010四、设计时间2013 年02 月27 日至2013 年03月20 日指导教师签名：专业负责人签名：2013 年 3月 20日目录1 课程设计的目的 (1)1.1引言 (1)1.2概述 (1)2 课程设计的任务与要求 (2)2.1设计任务 (2)2.2基本要求 (2)3 设计方案与论证 (3)3.1 电路设计 (3)3.1.1方案 (3)3.1.2论证 (3)3.2仿真 (4)4 设计原理及功能说明 (5)5 单元电路的设计（计算与说明） (6)5.1单元1 (6)5.2单元2 (9)5.3小结 (9)6 硬件的制作与调试 (10)6.1制作 (10)6.1.1器件介绍 (11)6.1.2安装注意事项 (15)6.2调试 (16)7 总结 (17)参考文献 (18)附录1：总体电路原理图 (19)附录2：元器件清单 (20)1 课程设计的目的1.1 引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。

各种自行车、电动自行车、摩托车、汽车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。

人类便发明了防盗器。

报警器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及财政机构，价格高昂，一般人们难以接受。

如果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。

由于在偷盗的时候振动是必然的，振动也有很强的隐蔽性，因此在交通工具的防盗中得到了广泛的应用。

此外在家庭、库房等领域中，振动防盗器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

1.2 概述于是我们共同制作了一种利用振动传感器检测环境变化，进而完成报警功能的系统，主要用于家居安全，探测有无外人闯入。

该系统方便、稳定、实际十分适合家庭财产安全的保护。

2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务1巩固和加深“模拟电子技术”、“数字电子技术”及相关课程知识。

2设计并制作一个家用震动报警器，并理解其工作原理。

3使用Multisim软件进行计算机仿真设计。

4通过对本制作的安装、焊接、调试，了解电子产品的内部构造，训练动手能力，掌握元器件的识别、简易测试以及整机调试工艺。

5熟练使用电烙铁、剪钳、万用电表等电子工具。

6认真仔细的安装焊接，排除安装焊接过程中出现的故障。

2.2 基本要求1制作《模拟电子技术》课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过程，字数在4000字左右，并用B5纸打印。

2 根据技术指标要求，画出设计电路图和印制电路版图。

3 设计时间：三周。

4 制作PCB板。

5人员分组，三人一组，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不能完全相同。

3 设计方案与论证3.1电路设计3.1.1 方案系统构成有：传感器接收信号,单稳态延时控制,音频振荡，信号放大，扬声器。

3.1.2 论证系统由人为启动，接通电源后，进入警戒状态，检测到有振动时，立即发出报警声，声响延迟一段时间后，再次进入警戒状态。

为达到良好的实际使用效果，系统还应具备开机延时功能：用来防止主人在接通电源后，由于操作过程中的某些振动引起误报。

根据上述基本功能，设计电路图如附录1。

3.2 仿真在仿真软件Multisim中进行仿真，仿真电路图如图3-2，其中水银开关用自动断开开关代替，555输出用发光二极管和滤波电容代替。

运行前首先设置下Multisim软件，在菜单栏点击仿真-交互式仿真-最大时间步长和初始时间步长都改为0.01秒，才能使得示波器能够正常显示最终的图像。

图3-2 仿真电路图仿真效果为:先运行，过几秒再闭合开关J1、J2，大约7.8s(实际7.05s，相差不大)后电容充电完毕。

再过几秒闭合J2，不到7.8秒就断开J1,则电容未充满就放电完毕，波形也相应变窄，示波器波形如图3-3。

图3-3 示波器波形4 设计原理及功能说明本制作利用555电路为单稳态触发器，报警音乐芯片9561为报警芯片，用于产生报警音乐的音频信号，电路原理图如附录1：电路的核心元件是IC1（NE555）和IC2（CL9561），由55 5电路组成一单稳态触发电路，上电打开开关S1后，C1两端电压为0，555电路的输出脚输出高电平，报警器电路工作，进入报警状态。

此时若水银开关断开，电源经R2向C1充电，当C1两端的电压充到高于2/3Vcc时，电路翻转，输出端变为低电平输出，报警电路失电停止工作。

此时报警器便进入报警守候状态。

这时若报警器受到振动，就会使水银开关中的水银一起振动，当开关接通时，555电路的2脚便输入一个低电平信号，这个低电平信号使得单稳电路输出状态改变，输出端变为高电平，报警电路工作，另一方面通过7脚将充于电容C1上的电荷放完，这时就算水银开关再次断开，由于C1两电压低于2/3Vcc，电路也将保持输出高电平，使报警电路工作。

若一直有振通信号使水银开关接通，系统将一直报警，若报警后报警器不再振动，则当C1上的电充到大于2/3Vcc时，报警将自动停止，因此每次报警的自动关断时间为R2和C1的充电常数值。

5 单元电路的设计（计算与说明）5.1 单元1如下图5-1为单元1电路：图5-1 单元1:555延时电路其中主要用到555定时器的单稳态电路。

1 555定时器引脚及封装图5-2 555实物图强调：本次制作中为避免由于插装和焊接不当引起的555不能正常工作或者损坏，不允许直接往装配板上焊接555，必须先焊底座，然后插装555。

2 电路组成555定时器是一种应用方便的中规模集成电路，只需要外界少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。

广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

图5-3 电路组成低电平触发，<Vcc/3时，基本RS置1，也即VO置1。

改变电压比较器参考电压，不用时用0.01uF电容接地，防止干扰。

高电平触发，>2Vcc/3时，基本RS置0。

3 555的功能表图5-4 555功能表4 单稳态触发器图5-5 单稳态电路若S打开则ui =1 (>Vcc/3)(5-1)若S合上则ui =0 (<Vcc/3) (5-2)由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次 , uo 便输出一个正脉冲,其宽度TW由1.1RT * CT决定。

5.2 单元2下图为单元2电路：图5-6 单元2：功率放大电路当IC1的3脚处于高电平，也就是直接将电源电压供给IC2，通过IC2内部集成电路的处理发出报警信号，这个报警信号很微弱，不足以推动扬声器发出声音，这个微弱的信号送给三极管VT 进功率放大才能使扬声器发出响亮的报警声，通过调节R3的阻值使得声音的音调有所变化，直到达满意的效果。

经过我们实验该电阻R3取在100~270K比较好。

C3是报警器的滤波电容。

5.3 小结综上，电阻R2和C1起到延时断开IC1第3脚的电压作用，是的报警声响一段时间后自动停止报警，这里水银开关的安装角度决定报警器的灵敏度。

当未振动时S2是开路的，当震动时S2触发接通使报警器发出声音，然后马上断开，这样报警器一段时间（由C1和C2决定）后便自动停止报警（C2是IC1的旁路电容，R1提供IC1的信号工作点）。

延时时间Tw=1.1 R2 * C1=150K*47μF=7.05s (5-3) 6 硬件的制作与调试6.1 制作实物图如下：6-1 实物图6.1.1 器件介绍1水银开关6-2 水银开关水银开关，又称倾侧开关，是在玻璃管或金属管内装规定数量的水银，再引出电极密封而成的。

如图6-2所示为玻璃壳封装的水银开关，也是使用最多的一种形式，这种水银开关倾斜一定工作角度时，两个电极通过水银便可进行开关的通、断动作。

玻璃管封装式水银开关的优点是可以从外部观察到它的工作状态，缺点是容易破碎。

水银开关可以用市售成品，亦可自制。

自制时，找一只装药的小瓶(如装六神丸的小瓶子)，瓶口密封要严，在瓶内灌注些水银，实在无水银的，也可采用食盐水代用，然后将瓶盖彻底密封好，从瓶盖上插入一高一低的钢针作为触点A、B，使小瓶稍有振动倾斜即接触，最后在瓶盖及钢针插入处涂上环氧树脂封固即成。

注意：水银对人体及环境均有毒害，故此使用水银开关时，请小心谨慎!!!2报警片图6-3 音乐报警片CL9561Cl9561是语音合成报警集成电路，芯片内储存了四种声音可供选用。

Cl9561集成电路芯片自右向左5个焊盘分别是：电源正端VDD（也为触发端）;振荡端OSC应外接一只振荡电阻；输出端OUT；电源负端Vss。

声音类别选择端TR1、TR2。

Cl9561四声报警COB1外围接线图如上：2工作电压：2.4V-3.6V3上电自动复位4可选择四声报警声:110警车声、火警声、救护车声、机枪声。

Cl9561储存的声音及其对应接线如下：3电容元件的识别图6-4 电解电容有极性，使用时不能接反。

极性判断：长管脚为正极，短管脚为负极；外壳封装上有极性标志。

容量可从封装上直接读出,如470uF图6-5 瓷片电容无极性，使用时不区分。

容量采用数码表示法，一般用三位数表示，前两位表示容量有效数字，第三表示幂指数。

即“0”的个数，默认单位为pF。

如“103”=10*10²pF=0.01uF (6-1) 1pF=10-3nF=10-6uF=10-9mF=10-12F (6-2) 3晶体三极管的识别PNP 型三极管 NPN 型三极管图6-6 晶体三极管的识别6.1.2 安装注意事项1 元件焊接时，为了方便调试，可先不装水银开关，等单稳电路调试正常后，再焊上水银开关。

2复位开关安装时，把四个引脚往上搬，然后焊上引线，四个脚中两个里面是连在一起的，因此只需焊二个脚就可以了，具体是哪两个脚，可用万用表电阻档进行测量，按下时接通，松开时断开的一组引脚就是所要焊引线的脚。