电工与电子技术课程设计-触摸式防盗报警装置.doc

触摸式防盗报警装置
绪论
报警器(alarm) ，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。分为：智能家用防盗报警器门磁感应器
　　（1）家庭盗贼侵入主要是门和窗，门盗的比例又大于窗盗。在每个住户大门上安装有一个门磁感应器。如有盗匪撬门，门磁感应器会即刻将此信息传输给家庭报警主机，主机报警，将此信息传输到控制中心，中心会立即显示报警地点、性质（门盗）。
　　（2）窗盗采用红外线感应探头在每套房的窗口及阳台进行布防，当有盗贼从窗口或阳台进入时，探测器立即通过家庭主机传输至控制中心。同时，家庭主机也报警，控制中心会立即显示出报警地点、性质（窗盗）。
　　（3）煤气泄漏也是现代家庭不得不防的安全措施，这里采用了煤气感应报警器，安装于厨房。当煤气泄漏时，达到一定浓度后，感应器立即将此信号通过家庭主机传输到报警中心。
　　2、报警前端设备性能描述
　　多功能报警控主机有线无线防区（八路无线四路有线防区）：可以连接有线探探头、有线门磁、有线煤气探测器。（若扩充四个无线防区，可以使用遥控器进行操作，可以随时随地进行无线报警或救助）多种操作方式：可以使用电话机对系统进行操作；也可以在别处用电话进行操作；可以及时将各种报警信号以数字的形式传至报警中心；可以设置六路电话号码。具备先进的抗干扰、防雷击特性。希望我们的产品质量，价格，服务都可以让您满意！
　　个人防盗报警器智能家用防盗报警器门磁感应器的功能介绍：
　　1)防盗：若有非法入室盗窃者，立刻现场报警，同时向外发送报警信号
　　2)防窃：若遭遇坏人入室抢劫，可即时发送报警信号
　　3)求助：可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救报警
　　4)防火：通过烟感探测器及时探测室内烟雾，发出失火警报
　　5) 防可燃气体中毒：能够探测到煤气、液化石油气、天然气等气体的泄露，及时报警
　　6) 全自动报警：一旦发生警情，主机自动循环拨打设置电话，如联网向报警中心报警，或者发出语音报警信号7) 远程：接通报警电话后可即时和判断室内现场动静，以便可采取行动。
　　8) 异地遥控：主人在异地远距离通过手机或电话对家中主机进行布防或撤防等作用
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人类不断地研究，不断创造新纪录，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识及自身安全保护意识在不断地增强，因而对安防措施提出了心的要求。本设计就是为了满足安防的需要而设计的电子报警系统。
这几年随着改革开放的不断深入以及我国经济的迅猛发展，人民的生活水平有了很大的提高。各种贵重物品以及高档家电产品为越来越越多的家庭所拥有，并且人们手中尤其是城市居民的积蓄数额也十分可观。因此，越来越多的家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭都是用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种廉价、性能灵敏可靠地防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效地作用。
该报警器是用于家庭防盗，也是用于小型企业事业单位。其特点是灵敏、可靠，一触即发，也可立即报警；也可以延时1-35秒再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。报警时可以发出声音，提醒主人有不法分子，同时给不法分子警慑。

目录
一、 课程设计目的与要求··················5
二、 总体方案设计························6
三、 2.1总体方案分析···················6
四、 2.2实验原理图分析···················7
三、主要原件的基本介绍·······················7
NE555芯片引脚及功能·····················8
其余电子元件介绍·························11
四、仿真实验
4.1仿真软件介绍··························16
4.2仿真··································19
4.3实验测试与调节························20
4.4实验结果分析··························21
4.5实验所需元器清单······················22
五、心得体会·································23
参考文献
一、课程设计目的与要求
1、课程设计的目的
电工部分的要求学生初步掌握一般电工电路的生产流程、工程设计、工艺设计；掌握一般控制电路的设计方法，提高对电路的分析和理解能力，学会绘制电器原理图和安装接线图，学习电气系统的调试与检测方法，在调试与检测过程中学会用已学过的知识分析和解决实际问题。电子技术部分学生掌握设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。需要学生综合运用电子技术的相关知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路及元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。
2、课程设计的要求
从课程设计的目的出发，通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：
1）巩固和加深学生对电工、电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本课程所学知识的能力。
　　2）培养学生根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。
　　3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
　　4）掌握常用的仪器、设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标的测试方法，提高学生的动手能力和从事电子电路实验的基本技能。
　　5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。
3、设计内容
NE555组成的触摸式报警器可以广泛的用于防盗报警、危险物接触报警等。该报警器一经接触便能自动报警，并能一定时间后自动停报。
二、 总体方案设计
总体方案分析
本设计主要是利用时基电路NE555组成的单稳态出发电路设计并制作触摸式防盗报警装置。本设计将研究组成触摸式报警器的整个电路的性质和基本概况，学习触摸式传感器的本质特性。对此次设计做出概括分析，并做出改进处理，利用电路图绘制软件，重新绘制电路图。触摸式传感器实际上是一个触摸式电子开关，他利用人体的电阻或杂散的电信号，将触摸过程变为开关信号输出。对该报警器使用的元件的内部构造和使用进行了分析。对各元件在电路中的作用进行分析研究。
2.2实验原理图分析

实验原理图
集成电路NE555与C1、C2组成的单稳态触发器，平时没有人触摸式，电路处于稳态，即NE555的3脚输出低电平，报警电路不工作。一旦有人接触触摸片，由于人体感应电势给NE555的2脚一个负脉冲（杂波脉冲）,单稳态电路被处罚翻转进入暂稳态，NE555的3脚由原来的低电平变为高电平，该高电平信号经电阻R4使Q1导通，放大器放大推动蜂鸣器发出报警声，由于单稳态电路被触发翻转的同时，电源开始经R2对电容C1充电，经过一短时间后，单稳态电路自动恢复到稳定状态，3脚输出变为低电平，停止报警，电路恢复到预报警状态。
三、 主要元器件的基本介绍
555电路的组成结构和工作原理
引入:555定时器电路是一种中规模集成定时器，目前应用十分广泛。通常只需外接几个阻容元件,就可以构成各种不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时电路有TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。 双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。
一、555电路的结构组成和工作原理
(1)电路组成及其引脚

(2)555的工作原理
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接。
Vco是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.
(3)555电路的引脚功能

触发

阈值

复位
IS
放电端

输出

>
H
导通
L

H
原状态

×
H
截止
H

×

×
L
导通
L

二、555电路的应用
（1）用555电路构成施密特触发器
施密特触发器是数字系统中常用的电路之一,它可以把变化缓慢的脉冲波形变换成为数字电路所需要的矩形脉冲。
施密特电路的特点在于它也有两个稳定状态,但与一般触发器的区别在于这两个稳定状态的转换需要外加触发信号,而且稳定状态的维持也要依赖于外加触发信号,因此它的触发方式是电平触发。
施密特触发器电路图和波形图如图13-2-1所示，其回差电压为。若在电压控制端⑤外接可调电压Vco（1.5～5V），可以改变回差电压,施密特触发器可方便的地把三角波转换成方波。
当输入信号时,基本RS触发器置1,即=0,Q=1，输出为高电平;若增加,使得时,电路维持原态不变,输出仍为高电平;如果输入信号增加到时,RS触发器置0,即Q=0,=1,输出为低电平;再增加,只要满足,电路维持该状态不变。若下降，只要满足,电路状态仍然维持不变;只有当时,触发器再次置1,电路又翻转回输出为高电平的状态,工作波形如图所示。

用（2）555电路构成多谐振荡器
① 电路组成：
② 工作原理：
8 4
7
6 7555 3
2
1 5
R1
R2
uc
C
+VDD
uo
0.01µF
t
uo
0
t2
t1
t
uc
0

T
(a) (b)

图1 用CC7555构成的多谐振荡器及工作波形
③主要参数计算：

改变、和的值，就可以改变振荡器的频率。如果利用外接电路改变端(5号端)的电位，则可以改变多谐振荡器高触发端的电平，从而改变振荡周期T。
在实际应用中，常常需要调节和。在此，引进占空比的概念。输出脉冲的占空比为:

电容
电容器是“储存电荷的容器”,简称电容，用字母C表示。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。
电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。
电容的检测
1、 固定电容器的检测
（1）、检测10pF以下的小电容
因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。
（2）、检测10PF～0.01μF固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏
万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大，从而便于观察。应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触A、B两点，才能明显地看到万用表指针的摆动。
（3）、对于0.01μF以上的固定电容
可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。
2、电解电容器的检测
（1）、因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1k挡测量，大于47μF的电容可用R×100挡测量。
（2）、将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大)，接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上，否则，将不能正常工作。在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
（3）、对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。D使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。
二极管
二极管定义
     半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅和锗。    二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。
二极管的分类
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
光电二极管的检测
光电二极管是一种能把光照强弱变化转换成电信号的半导体器件。光电二极管的顶端有一个能射入光线的窗口，在光的激发下，光电二极管的管芯产生大批“光生载流子”，管子的反向电流大大增加，使内阻减小，是典型的光电导器件。
光电二极管可以用万用表测量。将万用表置于R*1KΩ挡，红、黑表笔随意接光电二极管的两个脚，此时是测反向电阻，万用表表头指针偏转应很小，一般读数应在200KΩ以上（注意测量时窗口不要对着光）
接着用手电筒的光去照射光电二极管顶端的窗口（用自然光也可以），着时表指针偏转应加大，光线越强，光电二极管的反向电阻应越小，甚至仅为几欧姆。关掉手电光，指针所指读数应立即恢复到原来的阻值。这样说明被测二极管的质量是良好的。
如果正相电阻很大，超过15KΩ以上，或反向电阻很小（窗口不受光照时），或受光照后阻值不变，移去光照后阻值不恢复到原来的高阻，都说明被测光电二极管已坏。
三极管
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。
（1）晶体三极管得结构和类型 
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
（2）三极管得封装形式和管脚识别
常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，对于中小功率塑料三极管使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为
e b c。
（3）晶体三极管得电流放大作用
晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
四、 仿真实验
仿真软件介绍
Multisim软件就是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的集成化设计环境。而且Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。 理论教学――计算机仿真――实验环节。
美国NI 公司提出的理念：“把实验室装进PC 机中”“软件就是仪器”
Multisim的特点：
(1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。
(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。
(3)丰富的测试仪器： 除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。
(4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、
交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真
分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。
(5)强大的仿真能力：Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF) 电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。
MULTISIM仿真实验在实验教学中的技术优势：
1 高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源
电子仿真实验软件内的虚拟仪器不仅品种齐全，而且技术指标高，随时可以拖放到工作区使用，并能实时显示有关数据和波形。
2 弥补了实验经费不足的缺憾
传统的电子技术实验需要有仪器设备和元器件的支持，有些实验仪器耗资大，仪器操作技术要求较高，在教育经费不足的情况下，有些学校所能开出的实验项目和数量受到限制。特别是近年来一些学校扩大招生规模，而实验基础设施跟不上，仿真电子实验弥补了因实验仪器及经费不足造成的缺憾。另外，仿真实验不涉及仪器折旧和更新换代，通过软件升级就能保持实验的先进性。一些需要价格昂贵的仪器而无法开展的实验，通过仿真就能够容易实现。
3 扩展了学生的实践空间和实验内容
仿真实验可作为学生实验前的预习和课后分析总结，也可作为学生创造性思维的检验平台。只要有MULTISIM软件和一台计算机就能进行电子技术仿真实验，打破了时间和空间的限制，学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验，增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力，并根据自己的兴趣爱好，选择一些传统实验较少涉及的实验内容，如用运算放大器实现回转器、负阻抗变换器等，这部分内容的实现原理在近代教科书中早有论述，用传统方法进行实验比较繁琐，采用MULTISIM电子工作平台则容易分析它们的性能。因此，电子仿真实验满足了不同层次学生的需要，从而大大扩展了实践空间和实验范围。
4 有利于学生开展探索性研究性实验
传统的电子技术实验教学，任课老师在课前把仪器设备及元器件准备好，学生照讲义的实验步骤按部就班的进行，这就不可避免地把学生置于被动地位，他们很少有机会按自己的思维开展设计性实验。近年来，新的教育理念强调教学要以学生为主体，要注重培养学生的创新思维。许多院校大幅度压缩验证性实验的比例，增加设计性实验的内容，但在实际运作过程中，往往因仪器和元器件不足而存在着很大的局限性。仿真电子实验使学生进行研究性和探索性实验成为可能。

Multisim仿真图
如下图：由NE555组成单稳态触发电路，NE555（2）脚为触发端，当电路触发时，NE555（3）脚输出高电平，蜂鸣器发出“滴滴”的报警声。图中R3为放电电阻，用于改善触摸电极的稳定性，可调节电阻用于调节报警声的持续时间，LED用于待机指示，报警时不亮。

实验中用GND代替人体，开关J1代替人的触摸。实验时将开关J1合上然后断开，就可以代替人的触摸。
仿真测试

上图为蜂鸣器在报警器被触摸前后示波器的显示。

上图为LED二极管在报警器被触摸前后示波器的显示。
由于LED是用于待机指示，报警时不亮，所以报警器被触摸后LED将熄灭，等停止报警后LED将在发光。
用万用表分别测得发光二极管和蜂鸣器在报警前后的电压

发光二极管电压

蜂鸣器电压

结果分析
通过对实验的触摸式防盗报警装置的仿真模拟和测试，当触摸到触摸片时蜂鸣器能发出“滴滴”的报警声，并且延时一段时间，延长的时间可通过改变可变电阻R2的阻值来改变，电阻越大延时就越短，当电阻为0时报警器延时最长，当电阻为100%时报警器不会延时。LED在待机时发红光，报警时不发光，试验中报警器能够达到报警的需求，测试的原件参数与原件的参数基本符合，实验结果证明本设计是正确的。

本实验所需元件清单：
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1

5M
1
电阻
R2

100K电阻
1
可变电阻
R3、R4

1K
2
电阻
VCC

电压12V
1
电源
J1

1
开关
C1

100uF、
1
电解电容
C2

100nF
1
电容
U1
NE555

1

LED1

1.5V、5mA
1
发光二极管
Q2
2N3904

1
三极管
U2

10V、0.05A、50KHZ
1
蜂鸣器

五、心得体会
这学期我们开设了电工学这门课程，这门学科属于电子电工范畴，与我们的专业也有联系，而且都是理论方面的指示。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在学习这门课之际，来一次电工电子课程设计是必须的。遮掩关不紧能加深我们对电子电工课程学习的兴趣，而且还及时、真正的做到了学以致用。
通过这段时间的不懈努力与切实追求，终于做完了课程设计。我通过这次课程设计，更好的了解到了怎样把学到的知识应用到实际当中来，并通过查阅各种电工电子方面的资料，使得知识得到了提高，也了解到了很多电子产品在生活和生产上的应用，因此使我们对这门课的兴趣和认识又有了很大的提高。

参考文献：
1、电子设计实战攻略 刘征宇 福建科学技术出版社
2、电子技术仿真实验教程 朱立恒 电子工业出版社
3、电路与电子技术实验教程 伍爱莲 万家佑 朱光波 常仁松 华中科技大学出版社