门锁防盗报警器课程设计

南华大学电气工程学院

《电子技术课程设计》

设计题目：门锁防盗报警器

专业：本11通信01班

学生姓名: 蒋顺学号: 20114400136 起迄日期: 2013年12月9日~2013年12月20日

指导教师:王彦

教研室主任：王彦

《电子技术课程设计》任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

一、课程设计内容

题目：门锁防盗报警器

要求：电源电压DC3~12V，利用金属片作为检测传感器，利用语音芯片完成声音报警。

注：①可以采用金属片自制检测传感器，语音芯片和CD4011等制作。

二、课程设计要求

1.综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电

子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。

2.一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。课程设计必须自己

独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。

3.课程设计设计说明书（报告）应包括有：

①电路工作原理分析

②电路元器件参数设计计算

③电路调试说明

④电原理图和PCB图（必须自己画）

⑤元器件装配图（必须自己画）

⑥元器件清单

⑦自己的收获和体会

⑧要求字数不得少于3500字

⑨要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图

和印制电路板(PCB)。

4.所有的文档和表格必须采用Word形式。

5.同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。雷同者均计0分。

6.阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。

7.英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采

用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。

8.英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。

9.设计资料中的有关的公式可以直接采用。

10.课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。

11.成绩评定：

①按ABCDE分档，其中：优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。

②课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：

设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。

3．主要参考文献：

（1）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛技能训练[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011 （2）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛制作实训[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011 （3）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011 （4）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛电路设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011 （5）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011

（6）黄智伟等.基于NI multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]．北京：电子工业出版社，2007

（7）黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践[M]．北京：电子工业出版社，2009

（8）高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计[M]．北京：电子工业出版社，2002

（9）吴运昌.模拟集成电路原理与应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2001年

（10）谭博学等. 集成电路原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2003

（11）魏立军.CMOS 4000系列60种常用集成电路的应用[M]．北京：人民邮电出版社，1993（12）杨宝清.实用电路手册[M]．北京：机械工业出版社.2002

（13）陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例[M]．人民邮电出版社1996

（14）肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路[M]．人民邮电出版社.2003

4．课程设计工作进度计划：

序号起迄日期工作内容

资料查找和阅读

1. 2013.1

2.9开始

电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真2

材料购买，电路设计和PCB设计

3

PCB制作，电路元器件安装

4

作品调试

5

课程设计设计说明书写作

6 ~2013.12.20结束

主指导教师黄智伟日期： 2013年 10月 25日

随着社会发展，社会在进步，小偷的能力也在提高，为了有效提高防盗能力，门锁防盗报警器营运而生。此报警器不同于一般的报警器，它不光能敏锐的区分主人和小偷，而且发现小偷过后，它能发出报警声，让小偷闻风丧胆，立刻逃窜。它另一个好处还在于设有报警记忆电路，主人回家后能够根据指示灯亮灭与否判断出窃贼是否撬过门锁。

为了达到上述条件，此设计主要由门锁金属部分M和与非门I、R

1、C

1

等组成触摸式开

门延时电路；与非门Ⅲ和Ⅳ、R

3、C

2

、VT等组成报警器延时开关电路，其中与非门Ⅲ和

Ⅳ接成典型的单稳态电路；由于整机用电很节省，故每换一次新电池，一般可用一年时间。故此报警器具有实用、安全、方便、耐久等特点。

关键词：防盗实用安全耐久

Abstract

With the social development, social progressing, the ability of thieves is also improving, in order to effectively improve t he anti-theft capability，Door lock alarm begins to work for us.This alarm is different from the general alarm, it not only can sharply distinguish between the owner and the thief, but also after found the thief , it can send out alarm sound,let the thief immediately run away. It is another advantage is provided with an alarm memory circuit, the owner returned home according to the indicating lamp light out or not judge whether the thief broke the door. In order to achieve the above condition, this design is mainly composed of a lock metal parts of M and NAND I, R1, C1, touch the door gate delay circuit; NAND III and IV, R3, C2, VT etc. the alarm time delay switch circuit, wherein the NAND gate III and IV is connected into a typical monostable circuit ; because the electricity is used little ,therefore changing a new battery each time, generally working one year. This alarm is practical, safe and convenient, durable etc..

key words：Security practical safe durable

1.电路原理分析及电路制作---------------------------------------------- 1

1.1 元器件选择与制作 --------------------------------------------------- 1

1.2电路元器件参数设计计算 ---------------------------------------------- 2

1.3元器件清单 ---------------------------------------------------------- 3 1.4 电路原理图 --------------------------------------------------------- 4 1.5 PCB图--------------------------------------------------------------- 4

1.5.1 CD4011芯片资料 ------------------------------------------------- 5

2.计算机仿真及分析(multisim) ---------------------------------- 6

3.电路调试 -------------------------------------------------------- 8 3.1 调试前的直观检查------------------------------------------- 8

3.2 调试过程中遇到的问题及检错纠正如下------------------------- 8

4.结论 ------------------------------------------------------------ 9

4.1自己的收获和体会 ---------------------------------------------------- 9

5.参考文献-------------------------------------------------------------- 10

1.电路原理分析及电路制作

该门锁防盗报警器的电路如图2(第4页）。门锁金属部分M和与非门I、R

1、C

1

等组

成触摸式开门延时电路；与非门Ⅲ和Ⅳ、R

3、C

2

、VT等组成报警器延时开关电路，其中

与非门Ⅲ和Ⅳ接成典型的单稳态电路；HA是由型号为KD9561的音乐芯片组成的音乐报警喇叭，它能发出报警声。

当有人开门锁时，人体从周围感应到的杂波信号（主要为50Hz交流电信号），经门锁钥匙和锁体M传递给VD

1

整流，使与非门I接成的反相器输入端获得负脉冲信号，其

输出端输出一串正脉冲信号。该脉冲信号经VD

2隔离、R

1

限流后，缓慢地向C

1

充电。如

果开锁时间不到8秒，则报警电路无反应。如果开锁时间超过8秒，则C

1充电电压>1/2V

DD

，

由与非门Ⅱ接成的反相器翻转，其输出端由原来的高电平变为低电平，等于给单稳态电路输入一个负脉冲。于是，由与非门Ⅲ和Ⅳ构成的单稳态电路翻转进入暂稳态，门Ⅳ输出负脉冲，VT通过R

5

获得合适偏流而饱和导通（实测管压降（0.3V），HA通电工作，反复发出宏亮的报警声。约经70s左右，单稳态电路由暂态翻回稳态，VT截止，HA断电自动停止发声。

VS、R

6、LED和SB

2

组成报警记忆电路。在报警电喇叭尚未工作时，VS无触发电压

截止，闪烁发光二极管LED无电不工作。一旦HA通电工作，VS就会经R

6

从HA两端获

得触发电压而导通，使LED通电闪闪发光。报警结束后，由于VS的“自保”特性，LED

将一直闪光，直到主人按动一下SB

2

复位按钮，才能解除LED的闪光状态。这样，主人回家后根据LED发光与否，就可判断出小偷是否来撬过门锁，并采取相应防范措施。

电路中，VD

1

除用作对人体感应杂波信号整流外，平时还利用其高反向电阻将门I的输

入端置于高电平。单稳态电路的暂态时间（即延时报警时间）由C

2和R

3

数值大小确定，

约为0.7C

2·R

3

。因此，当C

2

为100μ.F、R

3

为1MΩ时，暂态时间约为70s。SB

1

是报警

后的复位按钮，主要用于检验报警性能后的马上中止警报声。R

2是C

1

的放电电阻。

1.1 元器件选择与制作

A选用CD4011或TC4011、CC4011，MC14011型4-2输入端与非门数字集成电路。VT 选用9012或3CG23型硅PNP中功率三极管，β最好在150以上。VS用普通单向可控硅，

如MCR100-6、BT169型等。VD

1、VD

2

均用1N4148型硅开关二极管，亦可用普通1N4001

型硅整流二极管来代替：LED用BTS314058型红色闪烁发光二极管。SB

1、SB

2

用小型自

复位按钮开关。R

1～R

5

全部用1/8W碳膜电阻器，C

1

～C

3

均用漏电小的正品CD11型电解电

容器。G可用四节5号干电池串联组成。HA是型号为KD9561的音乐芯片组成的报警喇叭。

除HA外，其余元器件全部焊装在一个绝缘密闭小盒内，并固定在房门背面。门I 的输出端通过一段单芯屏蔽线接门锁金属部分，HA用双股电线引到附近声传播良好的地方固定。

注意：门锁必须与大地保持良好绝缘，否则报警电路无法正常工作。

芯片KD9561

图1 芯片KD9561 引脚功能

表1 芯片KD9561 芯片管脚图

1.2 电路元器件参数设计计算

触摸式开门延时时间：3R1·C1=3·270000·0.00001s=8.1s

延时报警时间：0.7C2·R3 =0.7·100s=70s

1.3元器件清单

表2 元器件清单

元件标号元件名称型号与参数4011 4-2输入与非门CD4011

VT 三极管9012

VS 单向晶闸管BT169

VD1,VD2 二极管IN4148×2 LED 发光二极管（红）BTS11405

C1 电解电容10uf/16V

C2，C3 电解电容100uf/16V

R1 碳膜电阻270K

R3，R7 碳膜电阻1M×2

R2 碳膜电阻2M

R4，R6 碳膜电阻10K×2

R5 碳膜电阻3K

SB1 微型轻触按钮

SB2 小型自复位常闭按钮

G 4节5号干电池

HA 音乐报警喇叭芯片KD9561

1.4电路原理图

图2 电路原理图

1.5 PCB图

图3 PCB图

1.5.1 CD4011芯片资料

1.5.1.1 CD4011逻辑图

图4 CD4011逻辑图

1.5.1.2 CD4011 PCB制作资料

图5 CD4011 PCB制作资料

表3 CD4011 PCB制作资料

图6 CD4011 PCB制作资料

2.计算机仿真及分析(multisim)

注：由于找不到三极管9012，通过查阅资料知，可用2SA1015替换。

HA、LED1未工作时的状态

图7 c1充电时的状态

此状态时的仿真分析：

此时电容C1在缓慢充电，三极管2SA1015未导通，如图2，HA正极电压接近零，HA不工作。可控硅BT169控制级无正向触发电压，可控硅截止，LED1未被连通，不亮。

HA、LED1工作时的状态

图8 c2充电，VT导通时的状态

此状态时的仿真分析：

此时电容C2在缓慢充电，三极管2SA1015导通，如图3，HA正极电压为4.33V，HA工作。可控硅BT169控制级有正向触发电压，可控硅导通，LED1被连通，灯亮。

3.电路调试

3.1 调试前的直观检查

电路安装完毕，通常不宜急于通电，先要认真检查一下。检查内容包括：

①. 连线是否正确

检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。查线的方法通常有两种：②. 按照电路图检查安装的线路

这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路，由此，可比较容易查出错线和少线。

③. 按照实际线路来对照原理电路进行查线

这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。

⑤元、器件安装情况

检查元、器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成块和电解电容极性等是否连接有误。

⑥电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。

⑦电源端对地（┴）是否存在短路。

在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（┴）是否存在短路。检查直流稳压电源对地是否短路。

若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。

3.2 调试过程中遇到的问题及检错纠正如下

问题一：线路都接上后没反应

检错：拨动开关但是没效果，想到开关没上网查资料，而是根据电子器件老板的话来焊接的，分析可能开关焊错了。用万用表测出开关没接通，发现开关没效果。

纠正：重新买了开关焊上。

问题二：喇叭会叫，但灯不亮。

检错：用万用表测出发光二极管两端电压为 4.5V左右，超出最高电压，二极管可能已烧坏。

纠正：换一个发光二极管焊上，并串联一个阻值为200Ω左右的电阻。

4.结论

综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握了基本的电子电路设计和芯片使用方法。此方案制定后，通过multisim仿真可知，此方案符合要求，能达到报警目标。

4.1自己的收获和体会

总的来说，我对这门课是热情高涨的。第一，我从小就对这种小制作很感兴趣，那时不懂焊接，却喜欢把东西给拆来装去，但这样一来，这东西就给废了。现在课程设计正是学习如何把东西“装回去”。每次完成一个步骤，我都很有“成就感”。第二，课程设计是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神，。作为信息时代的大学生，作为国家重点培育的高技能人才，仅会操作鼠标是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。

通过两周的学习与制作，使我对门锁防盗报警的理论有了系统了解。我了解到了使用仿真软件的技巧、实物的设计制作与工艺流程、芯片的工作原理与组成元件的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在课程设计中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如组装与调试时，好几个焊盘的间距特别小，稍不留神，就焊在一起了，但是我还是完成了任务。。我觉得自己在以下几个方面与有收获：

1、对门锁防盗报警器的理论有了初步的系统了解。我们了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、电子元件的工作原理及作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。

2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。比如在焊接芯片时，怎样把那么多脚分开焊接对我们来说是个难题，可是经过训练后，我们做到了。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我能明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。

5.参考文献

（1）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛制作实训．北京：北京航空航天大学出版社，2007 （2）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，2006 （3）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛电路设计．北京：北京航空航天大学出版社，2006 （4）黄智伟等.基于multisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：电子工业出版社，2004

（5）黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践. 北京：电子工业出版社，2009

（6）康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，2001

（7）杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京：高等教育出版社，2002

（8）吴运昌.模拟集成电路原理与应用.广州：华南理工大学出版社，2001年

（9）谭博学等. 集成电路原理及应用. 北京：电子工业出版社，2003

（10）杨宝清.实用电路手册.北京：机械工业出版社.2002

（11）