标题:
基于555的简易防盗报警器的设计方案
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作者:
forsuccess
时间:
2014-12-16 23:36
标题:
基于555的简易防盗报警器的设计方案
0 前言
随着社会结构和社会治安问题日趋复杂，人们对家庭生命财产的安全越来越重视。因此，人们在生活中逐渐引入报警器，用来预防抢劫、盗窃等意外事件的发生。 防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。
报警器（alarm），又称防盗器。是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置。传感器又是报警器的核心元件，采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途的报警装置。 防盗报警器，是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、气压等形式发出警报的电子产品的统称。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。其应用也是越来越广泛，涉及到各个行业中。
传统报警器通常采用触摸式报警、开关报警器、光电报警等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点。本课程设计所设计的简易防盗报警器是借助于数字逻辑电路，采用模块化的设计思想。不仅使得设计变得简单、方便、灵活性强，而且电路简单容易实现，工作稳定。
1 方案总体设计
本方案先设计一检测电路，将检测器件安装在门、窗等地方，只要有非法进入者闯进，扬 声器即会发出1.2KHZ频率的报警声。根据系统组成的原理及要求初步建立系统框图如图1所示。
图1 系统框图
2 系统设计要求
2.1 检测电路
检测电路是用来检测非法进入者闯进门窗等地所产生的非电信号，比如声音、振动、微弱的人体电信号。并将非电信号转化成电信号，输入到电路中。
2.2 定时模块
定时模块的作用是来控制语音报警的时间长度，防止报警时间过长，电能损耗过多。主要构成是由NE555定时器完成，将其接成单稳态电路，可以产生一脉冲，脉冲维持时间可以通过设计参数而得，脉冲的维持时间就是电路报警的时间长度。
2.3 频率控制模块
频率控制模块是产生一频率为1.2KHz的信号模块电路，完成设计基本要求。为提高电路的实用性，设计一个可以自动变频的电路，使得报警声音多样化。电路中用NE555定时器构成的多谐振荡器作为产生频率的电路，再经过分频电路，分成不同的频率信号，再经过数据选择器，选出频率，使不同频率能够自动变换地传输到语音报警电路。
2.4语音报警
语音报警电路完成的是将电信号转化成声音信号，从而达到报警目的。
3 系统硬件电路设计
3.1 检测电路
做这个实验首先要考虑的问题是设计一个检测电路用来检测是否有人非法闯入室内从而使电路发生报警。通过查阅资料当用NE555做成单稳态电路时，电路可以检测出人体信号并转化成电信号，利用这一特点可以用NE555芯片设计检测电路。
3.1.1 555定时器做单稳态电路
图2 555结构图
NE555为8脚时基集成电路，各脚主要功能 1脚 地 GND 2脚触发 3脚 输出 4脚 复位 5脚 控制电压 6 脚 门限（阈值） 7脚 放电 8脚 电源电压Vcc
如图2所示，当555的6脚和7脚相接，2脚和触发电平相接，就构成单稳态触发器。单稳态触发器具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，其暂稳态维持时间为：Tw=lnRC=1.1RC，仅与电路本身的参数R、C有关。 其检测电路设计图如图3，开关J1（实际电路中用铁片或铁丝代替）按下时，2管脚由高电平变为低电平时，输出管脚3脚就由低电平变为高电平输出一个脉冲，高电平脉冲维持的时间由电阻R1和电容C1决定，其计算公式为：Tw=lnR1*C1 ≈1.1RC
图3 检测电路图
3.2 定时模块
在数字电路中，定时实际上是产生一脉冲信号，其信号的高电平或低电平维持的时间可由计算电路参数而确定。555做单稳态触发器时就有定时的作用，因此定时模块可由555芯片完成。考虑到检测电路中已使用了555做单稳态触发器，因此可将两模块合二为一，既用作检测电路又用作定时。其电路如图4，定时的长短由电路参数R和C确定：
图4 定时模块电路图
3.3 频率控制模块
课程设计的基本要求中，产生一频率为1.2KHz的报警声音。要实现这一要求很简单，只要多加一片555芯片，用它做多谐振荡器产生频率1.2KHz. 3.3.1 555定时器做多谐振荡器 若将555的引脚2与6相接，如图3-4所示，就可形成多谐振荡器。外接电容C通过R1、R2充电，而放电电流仅通过R2. 可求出：
充电时间：
放电时间：
周期：
占空比：
由公式计算参数：
由于频率为1.2KHz，电容C选取0.1uf，计算出电阻R1、R2的阻值约为1K、10K，选取1K、10K的电阻做R1、R2.
图5 多谐振荡器及波形图
3.4 语音报警
语音报警是用蜂鸣器将电信号转化成声音信号，从而报警。只需要将蜂鸣器直接接入电路，当有高平信号时蜂鸣器就发生鸣叫。将它接在555德管脚上，另一接头接地就可。
4 系统仿真测试
本电路由四部分组成：检测电路、定时、分频、报警。检测电路是用555设计成的，其2管脚连接一个触摸片，当用手触摸时产生一低电平，555的三管脚就产生一个时长为16.5s的高平信号，从而使第二片555的四管脚的电平为高。第二片555是一个多谐振荡电路，当四脚为高时，电路振荡开始，产生一频率约为1.2KHz的脉冲信号。蜂鸣器将电信号变为声音信号报警。图6为系统仿真测试图。
图6 电路仿真图
电路按设计电路接好，接通电源，触摸触摸片，蜂鸣器不响。用万用表测量蜂鸣器两端电压，电压为零。再测量第一片555三管脚的输出电压，在4.29V左右变化，第一片555工作正常。测量第二片555三管脚的输出电压，在4V左右变化，确定第二片555工作也正常。
通过仔细检查发现有一块555芯片插反了，改过后重新将电路接上电源，蜂鸣器响了，但是一直叫个不停，因为实验要求警报器警报十秒左右就能停下。通过与同组人讨论发现接上按钮开关后就能达到要求，因为这种开关按下接通后就断开，用来显示外界触发脉冲。电路设计成功了。
5 结论
本文的基于555的简易防盗报警器的设计方案，通过555将人体信号转化为电信号，再由蜂鸣器将电信号转化为声音信号从而达到报警的要求，用一滑动变阻器来控制蜂鸣器报警时间。经验证，本方案所设计的简易防盗报警器能达到报警要求，当有人非法闯入时可以产生警告并使室主做好防卫工作，电路简单，实用性强。
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