门锁报警器

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

综述

随着人民生活水平的提高，越来越多的居民对家庭财的产安全问题十分关心，虽然现在大多数的家庭都使用了防盗门，但是如果有一种简便，便宜又好用的防盗报警系统装在门上，必将对保护财产安全起到不可忽视的作用，因此提出了“具有时间识别功能的门锁报警器”的设计任务。报警器有很多的种类，如：红外线报警器、震动报警器、声光报警器等等。本文所介绍的报警器适用于家庭防盗，也适用于单位办公室，具有灵敏、可靠、方便、价格低廉的特点。另外，这里介绍的报警器具有时间识别的功能，在正常开门和非正常开门时所用的时间是有差别的，正常开门所用的时间较短，非正常开门所用的时间相对来说较长，超过一定的时间，报警器就会发声，引起人们的注意，正是根据这一特点才设计了具有时间识别功能的门锁报警器，因此该报警器具有很大的实用价值。

通过巧妙的设计，随着社会的发展，人们财产安全意识的加强，可以预料本产品必将在今后被人们所广泛的使用。

李茜：具有时间识别功能的门锁报警器

1 方案设计与分析

具有时间识别功能的门锁报警器主要由555时基电路组成。时基电路IC1与R1、C1组成暂态时间为T的单稳态触发器，平时IC1处于稳态，其3脚输出低电平，VT截止，时基电路IC2的阀值端6脚为高电平，3脚输出低电平。M是触摸电极片，与金属门锁相连，当有人开锁时，人体感应的杂波的负半周期加至IC1的触发端2脚，使IC1进入暂态，3脚输出高电平，此时三极管VT导通，电源可通过R3对C2充电，随着充电时间的延长，IC2的二脚点位不断下降，约经t1s,IC2翻转，其3脚输出高电平，使电路得以报警工作。如果开门时间累计在t1s以内，则IC2的3脚位低电平，电路不会报警。报警声响持续时间由C2的放电时间T2决定，t2s后，IC2的3脚输出低电平，报警声停止。如果再次触碰门锁超过t3s，电路又能重新报警。

可以采用NE555，电容，电阻，二极管，蜂鸣器，三极管，导线，面包板组成电路。两个NE555和电容等元器件，构成具有时间识别功能门锁报警器。当接触触摸极片超过一定的时间，蜂鸣器发出警报声，起到防盗作用。

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2 电路设计框图及功能描述

目前市售的防盗报警器有的结构复杂、体积大、价格贵，多适用于企事业单位用。而一些简易便宜的报警器其性能又不十分理想，可靠性差。综合各种报警器的优缺点，并根据本设计要求及性能指标，兼顾可行性、可靠性和经济性等各种因素，确定具有时间识别功能的门锁报警器组成部分的方块图如图2—1所示。它由电源稳压部分、延时触发器、三极管与电容单元和报警装置单元四部分组成。

2.1电路设计框图

图2—1 电路框图

2.2 功能描述

本实验项目主要由NE555时基电路，三极管，触摸电极片组成。M是触摸电极片，与金属门锁相连，当有人开锁时，人体感应的杂波的负半周加至IC1的触发端2脚，使IC1进入暂态，3脚输出高电平，此时三极管VT导通，电源可通过R3对C2充电，随着充电时间的延长，IC2的2脚电位不断下降，约经t1s，IC2翻转，其3脚输出高电平，使蜂鸣器得电工作报警。如果开门时间累计在t1s以内，则IC2的3脚为低电平，电路不会报警。报警声响持续时间由C2的放电时间t2决定，t2s后，IC2的3脚输出低电平，报警声停止。

李茜：具有时间识别功能的门锁报警器

3电路原理设计及参数计算

3.1 面包板简介

本次设计采用的是无焊面包板，无焊面包板就是没有作为底座的母板，没有焊接电源插口引出但是能够扩展单面包板的板子。使用时应该先通电，将电源两极分别接到面包板的两侧插孔，然后就可以插上元件实验了（插元件的过程中要断开电源）。遇到多于5个元件或一组插孔插不下时，就需要用面包板连接线把多组插孔连接起来。

无焊面包板的优点是体积小，易携带，但缺点是比较简陋，电源连接不方便，而且面积小，不宜进行大规模电路实验。

整板使用热固性酚醛树脂制造，板底有金属条，在板上对应位置打孔使得元件插入孔中时能够与金属条接触，从而达到导电目的。一般将每5个孔板用一条金属条连接。板子中央一般有一条凹槽，这是针对需要集成电路、芯片试验而设计的。板子两侧有两排竖着的插孔，也是5个一组。这两组插孔是用于给板子上的元件提供电源。

母板使用带铜箔导电层的玻璃纤维板，作用是把无焊面包板固定，并且引出电源接线柱。

图3—1—1面包板

3.2 NE555定时器

NE555的特点有：只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS 等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器。利用NE555可以组成相当多的应用电路，甚至多达数百种应用电路，在各类书刊中均有介绍，例如家用电器控制装置、门铃、报警器、信号发生器、电路检测仪器、元器件测量

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仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用，这是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起的缘故。

图3—2—1 NE555引脚图

Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC。Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA 。Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VC C电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。

3.2.1由555构成的单稳态触发器

单稳态触发器的特点是电路有一个稳定状态和一个暂稳状态。在触发信号作用下，电路将由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，并在输出端获得一个脉冲宽度为tw 的矩形波。在单稳态触发器中，输出的脉冲宽度tw，就是暂稳态的维持时间，其长短取决于电路的参数值。

3.3三极管S9013

S9013是NPN型三极管。当基极电位高于集电极电位，集电极电位高于发射极，三

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极管饱和导通，集电极与发射极饱和导通压降约为0.2V，最大0.6V。

图3--3--1 s9013引脚图

表3--3--1 S9013部分参数

3.4 电路的工作原理

本实验项目主要由NE555时基电路，三极管，触摸电极片组成。

时基电路IC1与R1、C1组成暂态时间为t1的单稳态触发器，平时IC1处于稳态，其3脚输出低电平，VT截止，时基电路IC2的阀值端6脚为高电平，3脚输出低电平，扬声器无供电不工作，不报警。

当人体感应的杂波的负半周加至IC1的触发端2脚，IC1进入暂稳态，3脚输出高电平，使VT9013饱和导通。电容C2通过R3充电，IC2芯片2脚电位下降，至2.1v左右，即1/3Vcc时，IC2翻转为高电平，驱动扬声器发声，报警。若加于IC1的触发端2脚低电平时间较短，使IC1翻转高电平不足以使IC2芯片2脚电位下降至其翻转电压，则IC2输出电平，扬声器无供电不工作，不报警。

3.5改进意见

由于触摸电极片比较敏感，希望可以通过在电路中装入一个滑动变阻器，通过调解滑动变阻器的阻值，来改变报警所需接触触摸极时间，可是，在连接好电路后，进行的调试并没有出现什么结果。

辽宁工程技术大学电子技术课程设计3.6 参数计算

IC1输出高电平时间t1：

t1=R1*C1*1.1=10*0.1*1.1＝1.1s

IC2芯片2号脚电压降至2V所需时间t

t=R3*C2*1.1=1*10*1.1=11s

理论计算时间与调试时间不符。

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4调试波形，调试结果记录，电路原理图

4.1 调试波形

下图为IC2输出高电平，扬声器两端波形。

图4—1—1波形

4.2调试所遇到的问题

当接触触摸极时间大于IC1输出高电平宽度所需时间，仿真自动停止，IC2就不能够翻转输出高电平，也就无法供电驱动扬声器工作。刚刚连好电路的时候，由于触摸电极片比较敏感，所以蜂鸣器的报警声并没有受人所触摸时间的控制，通过与示波器相连，观察其波形，最终解决了问题。触摸电极片必须与大地保持良好绝缘。

4.3调试结果记录

计算机Multisim仿真

实验室示波器观察波形不能显示输出波形变化过程，下面波形为仿真波形。下图4--3--1为接触触摸级时间小于t1时，IC1，IC2输出端波形。通道A为IC1输出波形，通道B为IC2输出波形，IC1翻转时刻为接触触摸级时刻，即IC1芯片2脚接地。下图4--3--2为接触触摸极时间大于t1时，IC1,IC2输出端波形。

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图4—3—1仿真图

图4—3—2仿真图

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课程设计体会

一个星期的课程设计，虽然有些疲劳和困倦，但是带给我很多的收获，基础课程已经都学完了，有很多东西都存在着似懂非懂的现象。以前对电路的工作过程只能抽象地去理解，然而这次课程设计通过查阅资料，实际连接电路，撰写报告，使我得到了一次比较全面的实践训练。刚开始的时候连接好的电路遇到了一点小问题，结果不能调试出来，一个重要的原因就是没有完全理解电路，后来，翻阅了有关书籍，关于这次课程设计所要用到的一些电路的知识又重新复习了一下，终于完全明白了电路的原理，并且调试成功。这次课程设计是我们上大学以来的第一次课程设计，通过这次课程设计，发现了自己的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。通过动手与查阅，我认识到在课程设计的过程中首先要认清问题，认真分析问题，只有认真地去分析问题才能更好的解决问题，分析问题时必须具备细心，耐心，恒心和毅力，同时还要实事求是地分析问题，不能为了应付验收而去做这些事情。另外做每一步都要细心、耐心，认真考虑所遇到的问题，只有这样在实践中才能不断提高分析问题和动手操作的能力。课程设计使我们的学习能力有所提高，增强了我们的团队精神意识，培养了学习兴趣，连接电路的时候一个组的同学大家在一起动手，遇到问题共同解决，当结果出来的时候，大家的那种兴奋的感觉是不言而喻的。团队的力量真的是十分重要的，个人是离不开团队的。

通过本次课程设计，我更进一步地了解了模拟电子技术与数字电子技术的用处，也激励了我学习电子技术方面课程的兴趣。在设计当中，我学会了很多东西，有对旧知识的巩固，也有对新知识的认识，最值得一提的就是在同组同学的帮助下我学会了使用Multisim 这个软件，原来只在数字电子技术的书中见过一些这方面的知识，但是却没有去学习过，这次对这个知识有了了解，虽然不是很深，但是却稍微入了一点门儿。听同组的同学说MATLAB是一款功能强大的软件，希望有机会的时候可以和我同组的同学在一起好好学习一下。同时在设计的过程中也遇到了一些困难，我去问同学和老师，感觉和同学们在一起探讨设计效果更好一些，而且同学相互之间增进了友谊，并且使我非常深刻的认识到和别人合作的重要性，有了团队的合作，就会起到事半功倍的效果。真的很感谢学校给我们提供了一个这么好的机会，让我们可以将理论与实践联系起来，在设计的过程中我也感觉到自己知识的缺乏，我相信在以后的学习中我会将理论和实践紧密地联系起来，更好的学习好大学里的各门课程。这次的课程设计也使得我认识到原来我们所学习的知识在生活中可以有如此多的用处，让我对以后的学习充满了期待与热情。

李茜：具有时间识别功能的门锁报警器

完成这次课程设计似乎没有想象中的那么容易，最初，查一些器件的参数是比较容易的，第二天的上午与同学连电路时是比较迅速的，但是出现问题了马上就慌了手脚，后来通过大家的努力终于做出了符合理论的实物。之后回到寝室做一些计算，又补充一些知识，课程设计才算告一小小的段落。后来便开始写这份课程设计报告，中间也遇到了一些问题，比如说排版问题，我又不得不找出计算机基础知识这本书温习一下，这样我又强化了一些计算机方面的知识。

学习的生活每天都会让我们有很大的进步，但是再大的进步也比不上这几天带给我的成长，思考知识的时候，刚刚连接好的实物就在脑海里，这种收获是很真实的。

总而言之，这次课程带给我的收获是无法用语言表达的，希望学校能给我们提供更多的这样机会，因为动手与理论相结合，理论联系实际，使得我们能将所学习的知识应用到实际当中。另外，课程设计不仅有利于对基础知识的理解，而且有利于逻辑思维的锻炼，另外还有利于与其他学科的整合和治学态度的培养。

完成这次的课程设计，虽然很累，但是却苦中有乐。不仅知识上获得了更多更细的内容，得到了很大的扩展，精神上的收获更加可喜，让我体会到了学无止境的道理，认识到了合作的重要性。对于我来说，这次经历真的是永远也不会忘记的，在我今后的学习道路中，必将起到十分重要的作用。

最后感谢各位老师抽出时间对我们进行指导。在此，谨向各位指导老师表示最诚挚的谢意。

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参考文献

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