1、1课程设计题 目 ： 地 震 声 光 报 警 器学 生 姓 名 ： xxx学 院 ： 机 械 学 院系 别 ： 测 控 系专 业 ： 测 控 技 术 与 仪 器班 级 ： 测 控 10-2指 导 教 师 ： 黄 凯 征 徐 永 祥2013 年 7 月 10 日学校代码： 10128学 号：2010201070xx1内蒙古工业大学课程设计任务书学院（系）：机械学院测控系 课程名称： 测控电路 指导教师（签名）： 专业班级： 测控 10- 2 学生姓名： xx 学 号：2010201070xx 一、课程设计题目高、低限越限声光报警器电路设计二、课程设计的目的通过本次设计综合掌握传感器与测控电路中的
2、相应电路(包括信号转换电路、信号放大电路、信号比较电路等)的原理及应用。三、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）技术参数：设计中所需具体参数可根据传感器的实际参数确定。设计要求：（1）具有信号检测及转换功能电路；（2）具有信号比较功能电路；（3）具有声光报警功能电路;根据以上要求设计电路图并具体分析电路图的特性。工作量要求:1)学习 Protel 或 EWB 的基本操作。2)画出以上设计电路图，并对其结构性能做详细说明。3)根据内蒙古工业大学课程设计说明书规范要求完成一篇说明书详细论述上述内容。四、工作进度安排 第 1-2 天 熟悉设计内容，准备资料；第
3、3-5 天 确定方案并进行功能分析；第 6-7 天 进一步修正方案并画出电路图；第 8-10 天 编写设计说明书详述以上过程，要求说明设计电路的进展情况和结果达到的程度（如未完善说明原因）以及设计中的收获和感想；第 11 天 打印装订说明书及准备答辩；第12天 答辩。五、主要参考文献1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社2 张建民主编.传感器与检测技术.北京.机械工业出版社3 张国雄,金篆芷.测控电路.北京.机械工业出版社审核批准意见系（教研室）主任（签字） 2摘要超限声光报警器（Audible and visual alarm）又叫声光信号， 是为了满足客户对报警响度和安
4、装位置的特殊要求而设置。同时发出声、光二种警报信号。产品专用领域：银行，政府机关，邮政，电信，酒店，大厦，工厂商场 商铺、别墅、ATM,周界防越系统及保安服务公司等； 是消防火灾自动报警系统中的一个配件产品。其中家用地震报警器，利用地震 P 波和 S 波在地层内传播速度差，可实现对破坏性地震提前数十秒报警，设备持有者及时离开现场，减小人身伤亡。关键字：单稳态触发电路；多谐振荡电路；NE5553目 录目录31.引言42.家用地震报警器的概述43.地震报警器的现状44.地震声光报警器的设计54.1 设置地震声光报警器的大致方案54.2.声光报警器的设计电路54.2.1 NE555 工作原理5 4.
5、2.2 NE555 构成的单稳态触发器74.2.3 NE555 构成的多谐振荡电路84.2.4 报警电路85电路板的组装86.原理图的设计97.电路板制作过程98.调试方法和过程109.调试所遇问题及问题的解决1010.总结部分11参考文献114正文1引言：随着现在测量，控制，自动化的不断发展，声光报警器越来越受到人们的重视。声 光 报 警 器 是 一 种 用 在 危 险 场 所 ， 通 过 声 音 和 各 种 光 来 向 人 们 发 出 示警 信 号 的 一 种 不 会 引 燃 易 燃 易 爆 性 气 体 的 报 警 信 号 装 置 。 它是一种重要的安全监测系统。它与不同的传感器结合设计，
6、可以用于不同的领域，通过设置一定的越限值，当超出该越限时发出警报提示。目前其种类已经日益的增多，有对军事目标入侵的报警的系统，有住宅、办公室、保密室、仓库等场所的安全保卫，也有对重要设施或危禁区域防范进行的报警系统。2.家用地震报警器的概述：地震一般发生在夜晚,使人难以预防。而家用地震声光报警器具有以下优点：1、每天 24 小时，一年 365 天为您监视地震，让您安心工作、休息和睡眠。2、通过检测 P 波和 S 波，允许更多的逃生时间。 3、内置了免维护的可充电电池。即使在停电的情况下您也将得到报警提示。4、地震专家指导研制，放心使用。 5、经实际地震检验，可靠性高。 6、微机械系统与微电子技
7、术的完美结合。 7、可根据用户需求，设定报警烈度在最低报警烈度以上的任何值。 8、地震来临时发出的次声波会使人头晕而影响正常的判断力，此报警器将在第一时间进行语音提示，助您脱险。 9、耗电量低 3.地震报警器的现状：地 震 自 古 以 来 一 直 威 胁 着 人 民 的 生 存 ， 汉 代 的 张 衡 发 明 了 最 古 老 的 地 震仪 ， 来 检 测 地 震 的 发 生 ， 经 过 这 么 多 年 的 发 展 ， 地 震 报 警 器 仍 然 不 是 很 完 善 。08 年 汶 川 地 震 的 惨 痛 教 训 仍 然 被 我 们 铭 记 ， 所 以 地 震 报 警 器 的 完 善 亟 待 解
8、 决 。地震预报特别是短临预报,是当今世界科学的一大难题,是现代高科技的前沿课5题。我国的地震预报由于国家的重视和其明确的任务性，经过一代人的努力，已居于世界先进行列，曾成功地对海城等几次大地震做出了短临预报，因此经联合国教科文组织评审，做为唯一对地震作出过成功预报的国家，被载入史册。但是，从世界范围来说，地震预报仍处于探索阶段，尚未完全掌握地震孕育发震的规律，我们的地震预报主要是根据多年积累的观测资料和震例而作出的经验性预报，因此，不可避免地带有很大局限性。我们目前的地震预报水平和现状，大体可这样概括：我们对地震孕育发生的原理、规律有所认识，但还没有完全认识；我们能够对某些类型的地震作出一定
9、程度的预报，但还不能预报所有的地震；我们做出的较大时间尺度中长期预报有一定的可信度，但短临预报的成功率还相对较低，特别是临震预报。所以如果有小型的家用地 震声光报警器就会更好的避免地震造成的灾难，这种简单的小型声光地震报警器可以在大地震来临前出现小震先兆时发出引人注目的声光报警信号。4.地震声光报警器的设计4.1.设计地震声光报警器的大致方案用开关闭合模拟地震震动信号，接地后触发 NE555 芯片构成单稳态触发器，多谐振荡器，驱动蜂鸣器和发光二极管工作，为防止电压过大，串联一个电阻分压，但是电阻不宜过大，不然就不起作用。系统框图如下所示：开关代替震动信号单稳态触发 器多谐振荡器报警电路图 4.
10、1 系统框图4.2.声光报警器的设计电路4.2.1 NE555 工作原理555 定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡触发器。由于使用灵活方便，所以 555 定时器在波形的产生与变换，测量与控制等许多领域都得到了应用。NE555 的内部结构可等效成 23 个晶体三极管.17 个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS 触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为 555.6NE555 的结构图如下：图 4.2.1 NE555 内部结构图NE555 时基集成芯片的电路
11、结构和芯片引脚图如图 1 所示。它的内部电路由分压器、两个电压比较器 、 、简单 SR 锁存器、一个放电三级管 T 及缓1C2冲器 G 组成，比较器的参考电压由三只 5K 的电阻构成的分压器提供。分压器分别使高电平比较器 的同相输入端和低电平比较器 C2 的反相输入端的参考电1平为 和 。 、C2 的输出端控制 RS 触发器状态和放电管开关状态。当输32cVc入信号从 6 脚输入并超过参考电平 时，触发器复位，555 的输出 3 脚为低32cV电平，同时放电开关管导通。当输入信号从 2 脚输入并低于 时，基本 RS 触cV发器置位，555 的输出 为高电平，同时放电开关管截止。04 脚是复位脚
12、，当为低电平时，555 输出低电平。平时 4 脚开路或接 C。5 脚是外加控制电压输入端，当 5 脚外接一个输入电压时，则改变比较器的参考电压，不接外加电压时，5 脚通常接一个 0.01uF 的电容到地，用来消除外来的干扰，以确保参考电平稳定。是放电管，当 导通时，为放电端 7 脚提供低阻抗放电通路。555 定时DTDT器主要通过电阻 R 和电容 C 构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。利用它可以构成从微秒到数十分钟的延时电路、单稳态触发电路、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。7综合上述分析，可得 NE555 定时器功能表，
13、如表表 2.1 所示表 4.2.1 555 定时器功能表输入 输出阀值输入（ ）1V触发输入 （ ）12V复位( )DR输出( )0v放电管 T 32c Vc 3c Vc0111010不变导通截止导通不变4.2.2 NE555 构成的单稳态触发器用 555 定时器构成的单稳态触发器如图 所示。将 555 定时器的 2 号脚作为外触发信号的输入端，将 THR 输入端与放电三极管 的放电端 DISC 连在一DT起，并接在 RC 回路中的 端。cV图 4.2.2 NE555 构成的单稳态触发电路单稳态触发器的外触发信号的有效电平为低电平，如果没有触发信号，处于高电平（ ）。这时，放点三极管导通 约为
14、 0，即 时，如果此时输入的触发已消失， 回到高电平，则cVc32 1VRS 触发器将被置 0，输出返回 =0 状态，同时 变为导通状态，电容 通过0DTAC迅速放电，直到 约等于 0，电路自动恢复到稳态。 DTcV4.2.3 NE555 构成的多谐振荡电路用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图所示。接通电源后，电容 C 被充电，当 上升到 时，使 为低电平，同时放电，三极管 T 导通，此时电容 C 通cv320v过 和 T 放电， 下降。当 下降到 时， 翻转为高电平。电容 C 放电所2Rcc3V0v需的时间为 当放电结束时，T 截止， 通CRCRtpL 227.ln cV过 、 向电容
15、 C 充电， 由 上升到 所需时间为 12cvc当 上升到 时，电路又翻转为低电tpH )(.0l)( 21cv32V平。如此周而复始，于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。图 4.2.3 NE555 构成的多谐振荡电路4.2.4 报警电路此部分由蜂鸣器和发光二极管组成，其中发光二极管和蜂鸣器为串联，发光二极管在导通状态下电阻约等于 0，故可以串联。5电路板的组装9电路的设计由计算机来完成，电路的设计广泛采用 Protel 软件来设计，该软件具有高度的集成性与扩展性，并具有仿真功能，但是该功能不强，用Protel 进行电路设计步骤如下图 5 所示：电路原理图设计产生网络表 印刷电路板设计
16、图 5 电路板制版流程图6.原理图的设计原理图的设计过程如图 6绘制原理图运行软件加载元件库生成 PCB 布局元件并布线图 6 原理图设计过程（1）加载元器件库，在绘制电路原理图之前，将所需的原理图元件库装入原理图编辑器；（2）绘制原理图，根据自己的设计原理，绘制原理图；（3）生成 PCB，布局元件，布线，电脑布线并不十分令人满意，可以手动调整；107.电路板制作过程电路是用绝缘材料做成的表面附铜的板子，PCB 的线宽要大于 0.5mm，否则制作的时候容易断，接触也不是很好，地线、电源线和信号源线要大于0.7mm，另外，孔的大小也要合理，要根据元件的管脚来设置熨烫、腐蚀、打孔打印 PCB 焊接
17、元件 检查（1）熨烫：将热转印纸倒敷在铜板有铜的那一面，用电熨斗熨到铜板上，熨斗的温度不能太高，不能熨烫过久，久的话纸上面的一层膜容易粘到板子上面，腐蚀的时候不容易腐蚀掉，给腐蚀造成一定的难度；（2）腐蚀：熨烫好的铜板待冷却后，将印上电路图的铜版放入氯化铁溶液中，氯化铁的浓度高腐蚀的速度也会比较快，腐蚀过后洗掉墨线；（3）打孔：要注意孔的尺寸，根据孔和元件的大小来选择钻头的大小；（4）焊接：放置元件，从比较矮的器件到比较高的器件，器件越贴近电路板越好，这样可以减小干扰。注意焊接容易接成短路，焊点不要太大，防止虚焊。（5）检查：检查是否虚焊、短路和断路，管脚位置是否正确。8.调试方法和过程电路板
18、做好后即可进行调试步骤如下：（1）首先观察电路有无断点或可疑点，若有则用电烙铁进行焊接。在本次实验11所印电路没有断线。腐朽过程还是做的比较好的。（2）用万用表测试所有线路，确保都为正常电路；（3）调节电源为 6 伏，用万用表测试电压，保证电压正常能够使芯片工作；（4）先不插芯片，将电源正确的接在电路的正负两端，此时绿灯亮，测量芯片的工作电压是否正常，测试为 5.89V，能使芯片工作正常；（5）正确插上芯片，合上开关，看是否报警，报警为发声及发光，如果没有信号指示证明电路没有工作，从前面开始检测电路，用示波器检测 555 是否产生振荡，确保在每部分电路都工作的情况下在测试，没有现象证明灵敏度不
19、够，开始改变电阻的阻值，直到电路能够正常工作；（6）在确保电路连接正确的情况下，按设计的方案验证实现的功能。9.调试所遇问题及问题的解决：1.当没有报警的时候，首先怀疑芯片坏掉了，不能工作，特别是 555，很容易被烧坏；2.调试时电源接通，没有报警，开始怀疑是 555 没有工作，被烧坏了，但是检测后发现前面几部分电路都工作正常，蜂鸣器、发光二极管单独测试也都正常，但是报警电路不工作，两端电阻为 0，可能是由于刚开始测试的时候万用表的表笔接触使短路，以上两种情况只能更换元件；3.前面做过的声控报警电路不合理，始终没调试出来，分析原因如下：a. 参数不对，虽然都是用的单稳态和多谐振电路，但是前面的
20、电路不能使这两部分电路触发工作，不能触发单稳态工作，导致后面电路不能正常触发，选择正确参数的电阻、电容。c. 电容使用不当，造成自激，造成接通电源就会报警，但是不是正常的报警，声音不大，频率不对，像是噪声在驱动报警电路工作,经验证在不影响电路稳定及正常工作的情况下去掉多余的电容就能使放大部分正常工作。10.总结部分：此类家用地震声光报警器，小巧简单，价格低廉，灵敏度高，可根据需要模拟各种声音，以更好的发出提醒信号，声音急促逼真，同时进行声光报警。我国现在地震报警器的现状是一片地区有一个，所以无法及时的将地震信息发送，此类简单便宜的家用报警器正好弥补了这一问题，能更好的保护人们的私有财产和生命安全。是人们必备的家用物品。12参考文献【1】童诗白,华成英.模拟电子技术基础.M.北京.高等教育出版社.2001.【2】陈有卿.家用地震声光报警器.家庭电子.J.1995 年 09 期【3】何广仲.地震声光报警器的设计与制作.物理教学探讨.J.2002 年 12 期
