模拟电路声光报警系统课程设计报告EWB仿真.doc

简述：
随着当今社会各个方面的发展，人们的安全意识也逐步提高，防盗一次也广受人们的关注，很多产品上都装有防盗装置，而声光报警在防盗方面上应用的比较多。由此，关于声光报警电路的设计就具有一定的实用价值。当然，声光报警也不仅仅是限于防盗方面，在防火等方面都有一定的应用。

一、设计任务及主要技术指标
1.设计任务
1）在学习掌握模拟电子技术的基础上，设计声光报警系统（包括单元电路及总体电路）；适当选择元器件。
2)设计电路的基础上，利用EWB软件，在计算机上进行仿真实验、调试。
2.主要技术指标：
设计的声光报警电路能在特定的情况下发出光和声音，实现报警的目的。
设计技术指标要求：
（1）、指示灯的闪光频率为1到2Hz；
（2）、扬声器（）发出与指示灯闪光频率同步的断续音响，音响的频率为1000Hz左右；
（3）、扬声器（）发出音响的功率不小于0.5W。
二、设计方案及设计原理：
根据设计设计指标和要求，要实现其指标，那么在设计的电路中应该包含为指示灯闪光提供电能的振荡电路部分、为扬声器发声提供电能的音频振荡电路部分、实现闪光与发声同步的控制部分、音频振荡电路与扬声器之间的功率放大部分。然后根据逻辑关系把各个部分连接起来，这样就从大体上设计出了声光报警电路。所示。因为要求扬声器需发出与指示灯频率同步的断续音响，所以1~2HZ的振荡电路除了要控制指示灯的闪光外，还需控制音频电路的通断。声光报警电路的功能框架图如图1
1~2HZ振
荡电路
指示灯及控制电路
音频振
荡电路
功率放大输出电路

扬声器

三、单元电路设计
1、1~2HZ振荡电路：
1~2HZ振荡电路可使用RC正弦波振荡，产生频率为频率为1.5HZ的正弦波，因为RC振荡发出的正弦波信号强度太小，不足以带动发光二极管工作，所以可以通过电压比较器将输出的正弦波转化为3V的方波以驱动发光二极管工作。
RC振荡的频率计算如下：

将f0=1.5HZ带入，可计算出RC=0.05097；可取R=，C=5.97μF。
其中为了使电路产生振荡，需使Au>3,又因为其是正反馈所以R2必须至少是R1的两倍。
具体电路设计图如下：

2、 指示灯及控制电路：
本部分是整个实验设计中的重要部分，它是实现振荡电路控制振荡电路的关键，换言之，实现扬声器与指示灯闪光频率同步的断续音响这个目的的关键。指示灯在这个实验中选用的是发光二极管。它的闪光频率是通过方波来控制的，即其频率与方波的频率相同。因此，得把指示灯与方波发生器联系在一起。根据方波发生器产生方波的原理，我们不可以把指示灯与方波发生器的输出端直接连在一起（因为指示灯是一种二极管，在理论上，若把它直接连在发生器的输出端，那么输出的就应该是在0.7V左右的直流电，便不能产生方波了）。因此，得在他们之间引用一个元件，可以选择电压比较器。
即将输出的正弦波通过电压比较器，产生方波是发光二极管工作，其电路图如下图示：

根据运算放大器的工作条件，可以知道运算放大器需要在为内部提供等大异的直流电才能使其正常工作。这就实现控制的关键点。因此我们可以将有比较器输出的电压加在运算放大器的内部电源输入端，在另一个输入端加上一个异号的电压，从而实现控制。为了使产生的正弦波与闪光同步，就得使此时的电压加在运算放大器上能让它正常工作。而指示灯是用的发光二极管，闪光时输出的电压只有0.7V左右，远远低于另一端的输入电压，因此需要在其中要有一个放大电路。
但二极管并不是在发光时会消耗一部分能量，所以要再次通过一个电压比较器使输出信号还原为12V，这样输入到音频振荡电路后，才会使音频电路产生振荡。如下图：

3、 音频振荡电路部分：
音频振荡电路是为后面的扬声器提供电能，更重要的是为后面扬声器发声提供发声的频率。一般情况下，我们是使扬声器在正弦电下工作。因此，音频振荡电路在这个实验中就是一个正弦波振荡电路发生器。
其计算公式与1~2HZ的振荡电路一致，

将f0=1000HZ带入，可计算出RC=-4；可取R=，C=0.17μF。
其中为了使电路产生振荡，需使Au>3,又因为其是正反馈所以R2必须至少是R1的两倍。具体电路图如下：

4、 功率放大部分：
由于音频振荡电路的输出信号过于微弱，所以需要一个功率放大电路将其信号加强以带动扬声器工作。
本次课程设计中，我们选用的是乙类功率放大电路，将输入信号的电流进行放大。如下图所示：

三、 总体电路设计
1、 总体电路的关键是让二极管和扬声器同步发光发声，所以要将1.5HZ的信号转化为1.5HZ的12V的方波到RC振荡的运放器中。
其具体电路如附录所示。
2、所用元器件参数的设置
（1）、闪光频率振荡电路中元器件的设置
（2）、指示灯及控制电路中元器件的设置
（3）、音频振荡电路中元器件的设置
（运用相关公式计算去主要元件的大小，同时也得进行说明）
四、仿真过程
1、单元电路的仿真：
1）1.5HZ的RC振荡电路：
及仿真结果如下图所示：
理论周期应为667ms，由于存在误差，所以读出的周期为600ms；

2、 LED二极管的的输入与输出：
1）当断开二极管时，其输出波形如下图所示：

2） 当二极管连接时，其波形如下图所示：

由于二极管损耗了部分能量，所以其正向电压被削弱一部分。
3、 音频RC振荡运放处的输入波形：

4、 音频RC振荡运放处的输出波形：

将上图的波形进行放大，可发现上图中的黑色部分为正弦波：

5、 功放电路处的电流放大：

最终的功放功能如下图：

7、 声光感应电路（即声光控制电路）图如下：

五、总结收获和体会
通过对声光报警系统的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！
其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。
当然，在本次的课程设计中，我们也遇到了很多的问题。例如，电路图画好了，输出的波形有很大的问题。几经周折，才发现因为电路图上的参数不对。由于对作图工具的不熟悉，随便在图里找了看着相同的二极管、三极管、等就用在了图里，并没有注意其参数要求。发现这个问题后，我及时更正，才解决了问题。
本次课程设计，真的很令人欣慰。通过自己的动手，我从中了解了RC振荡电路、功放电路等基本电路的工作原理，掌握了EWB初步使用，学会了设计的思路和方法。这些东西都会为我今后的学习提供了帮助，打下了一定的基础。我想在学习中可以更加深入的学习电路仿真软件，运用所学的模拟电子技术知识设计更多适用的电路，给生活带来一定的方便，同时也可以锻炼自己的思维和动手能力，为以后的工作学习打下良好的基础。希望在以后的学习中可以有更多的机会去锻炼自己，让自己在毕业之前学到其他人没有学到的东西，使自己有一个更高的平台去面对社会的各种挑战。

参考文献：
[01]康华光.电子技术基础 模拟部分（第五版）.高等教育出版社
[02]郭永贞 刘勤.模拟电子技术实验与课程设计.东南大学出版社
[03]许小军.电路分析[M].机械工业出版社

附录：

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