基于555的簡易防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案

　　0 前言

　　隨著社會(huì)結(jié)構(gòu)和社會(huì)治安問題日趨復(fù)雜，人們對(duì)家庭生命財(cái)產(chǎn)的安全越來越重視。因此，人們在生活中逐漸引入報(bào)警器，用來預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的發(fā)生。 防盜報(bào)警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動(dòng)探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并提示值班人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對(duì)策的系統(tǒng)。防盜報(bào)警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報(bào)警信號(hào)在安?？刂浦行臏?zhǔn)確顯示出事地點(diǎn)，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報(bào)警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對(duì)講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。

　　報(bào)警器（alarm），又稱防盜器。是由傳感器和信號(hào)處理組成的，用來探測入侵者入侵行為的，由電子和機(jī)械部件組成的裝置。傳感器又是報(bào)警器的核心元件，采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途的報(bào)警裝置。 防盜報(bào)警器，是對(duì)用于發(fā)生警情、危險(xiǎn)、緊急情況等狀況下以聲音、光線、氣壓等形式發(fā)出警報(bào)的電子產(chǎn)品的統(tǒng)稱。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)報(bào)警器的性能提出了越來越高的要求。其應(yīng)用也是越來越廣泛，涉及到各個(gè)行業(yè)中。

　　傳統(tǒng)報(bào)警器通常采用觸摸式報(bào)警、開關(guān)報(bào)警器、光電報(bào)警等。這類報(bào)警器具有性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。本課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的簡易防盜報(bào)警器是借助于數(shù)字邏輯電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。不僅使得設(shè)計(jì)變得簡單、方便、靈活性強(qiáng)，而且電路簡單容易實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定。

　　1 方案總體設(shè)計(jì)

　　本方案先設(shè)計(jì)一檢測電路，將檢測器件安裝在門、窗等地方，只要有非法進(jìn)入者闖進(jìn)，揚(yáng) 聲器即會(huì)發(fā)出1.2KHZ頻率的報(bào)警聲。根據(jù)系統(tǒng)組成的原理及要求初步建立系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

　　2.1 檢測電路

　　檢測電路是用來檢測非法進(jìn)入者闖進(jìn)門窗等地所產(chǎn)生的非電信號(hào)，比如聲音、振動(dòng)、微弱的人體電信號(hào)。并將非電信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，輸入到電路中。

　　2.2 定時(shí)模塊

　　定時(shí)模塊的作用是來控制語音報(bào)警的時(shí)間長度，防止報(bào)警時(shí)間過長，電能損耗過多。主要構(gòu)成是由NE555定時(shí)器完成，將其接成單穩(wěn)態(tài)電路，可以產(chǎn)生一脈沖，脈沖維持時(shí)間可以通過設(shè)計(jì)參數(shù)而得，脈沖的維持時(shí)間就是電路報(bào)警的時(shí)間長度。

　　2.3 頻率控制模塊

　　頻率控制模塊是產(chǎn)生一頻率為1.2KHz的信號(hào)模塊電路，完成設(shè)計(jì)基本要求。為提高電路的實(shí)用性，設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)變頻的電路，使得報(bào)警聲音多樣化。電路中用NE555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器作為產(chǎn)生頻率的電路，再經(jīng)過分頻電路，分成不同的頻率信號(hào)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇器，選出頻率，使不同頻率能夠自動(dòng)變換地傳輸?shù)秸Z音報(bào)警電路。

　　2.4語音報(bào)警

　　語音報(bào)警電路完成的是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，從而達(dá)到報(bào)警目的。

　　3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1 檢測電路

　　做這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先要考慮的問題是設(shè)計(jì)一個(gè)檢測電路用來檢測是否有人非法闖入室內(nèi)從而使電路發(fā)生報(bào)警。通過查閱資料當(dāng)用NE555做成單穩(wěn)態(tài)電路時(shí)，電路可以檢測出人體信號(hào)并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，利用這一特點(diǎn)可以用NE555芯片設(shè)計(jì)檢測電路。

　　3.1.1 555定時(shí)器做單穩(wěn)態(tài)電路

　　圖2 555結(jié)構(gòu)圖

　　NE555為8腳時(shí)基集成電路，各腳主要功能 1腳 地 GND 2腳觸發(fā) 3腳 輸出 4腳 復(fù)位 5腳 控制電壓 6 腳 門限（閾值） 7腳 放電 8腳 電源電壓Vcc

　　如圖2所示，當(dāng)555的6腳和7腳相接，2腳和觸發(fā)電平相接，就構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖作用下，它能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有這些特點(diǎn)，常用來產(chǎn)生具有固定寬度的脈沖信號(hào)。用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間為：Tw=lnRC=1.1RC，僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)。 其檢測電路設(shè)計(jì)圖如圖3，開關(guān)J1（實(shí)際電路中用鐵片或鐵絲代替）按下時(shí)，2管腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸出管腳3腳就由低電平變?yōu)楦唠娖捷敵鲆粋€(gè)脈沖，高電平脈沖維持的時(shí)間由電阻R1和電容C1決定，其計(jì)算公式為：Tw=lnR1*C1 ≈1.1RC

　　圖3 檢測電路圖

　　3.2 定時(shí)模塊

　　在數(shù)字電路中，定時(shí)實(shí)際上是產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，其信號(hào)的高電平或低電平維持的時(shí)間可由計(jì)算電路參數(shù)而確定。555做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)就有定時(shí)的作用，因此定時(shí)模塊可由555芯片完成。考慮到檢測電路中已使用了555做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，因此可將兩模塊合二為一，既用作檢測電路又用作定時(shí)。其電路如圖4，定時(shí)的長短由電路參數(shù)R和C確定：

　　圖4 定時(shí)模塊電路圖

　　3.3 頻率控制模塊

　　課程設(shè)計(jì)的基本要求中，產(chǎn)生一頻率為1.2KHz的報(bào)警聲音。要實(shí)現(xiàn)這一要求很簡單，只要多加一片555芯片，用它做多諧振蕩器產(chǎn)生頻率1.2KHz. 3.3.1 555定時(shí)器做多諧振蕩器 若將555的引腳2與6相接，如圖3-4所示，就可形成多諧振蕩器。外接電容C通過R1、R2充電，而放電電流僅通過R2. 可求出：

　　充電時(shí)間：

　　放電時(shí)間：

　　周期：

　　占空比：

　　由公式計(jì)算參數(shù)：

　　由于頻率為1.2KHz，電容C選取0.1uf，計(jì)算出電阻R1、R2的阻值約為1K、10K，選取1K、10K的電阻做R1、R2.

　　圖5 多諧振蕩器及波形圖

　　3.4 語音報(bào)警

　　語音報(bào)警是用蜂鳴器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)，從而報(bào)警。只需要將蜂鳴器直接接入電路，當(dāng)有高平信號(hào)時(shí)蜂鳴器就發(fā)生鳴叫。將它接在555德管腳上，另一接頭接地就可。

　　4 系統(tǒng)仿真測試

　　本電路由四部分組成：檢測電路、定時(shí)、分頻、報(bào)警。檢測電路是用555設(shè)計(jì)成的，其2管腳連接一個(gè)觸摸片，當(dāng)用手觸摸時(shí)產(chǎn)生一低電平，555的三管腳就產(chǎn)生一個(gè)時(shí)長為16.5s的高平信號(hào)，從而使第二片555的四管腳的電平為高。第二片555是一個(gè)多諧振蕩電路，當(dāng)四腳為高時(shí)，電路振蕩開始，產(chǎn)生一頻率約為1.2KHz的脈沖信號(hào)。蜂鳴器將電信號(hào)變?yōu)槁曇粜盘?hào)報(bào)警。圖6為系統(tǒng)仿真測試圖。

　　圖6 電路仿真圖

　　電路按設(shè)計(jì)電路接好，接通電源，觸摸觸摸片，蜂鳴器不響。用萬用表測量蜂鳴器兩端電壓，電壓為零。再測量第一片555三管腳的輸出電壓，在4.29V左右變化，第一片555工作正常。測量第二片555三管腳的輸出電壓，在4V左右變化，確定第二片555工作也正常。

　　通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)有一塊555芯片插反了，改過后重新將電路接上電源，蜂鳴器響了，但是一直叫個(gè)不停，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求警報(bào)器警報(bào)十秒左右就能停下。通過與同組人討論發(fā)現(xiàn)接上按鈕開關(guān)后就能達(dá)到要求，因?yàn)檫@種開關(guān)按下接通后就斷開，用來顯示外界觸發(fā)脈沖。電路設(shè)計(jì)成功了。

　　5 結(jié)論

　　本文的基于555的簡易防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)方案，通過555將人體信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再由蜂鳴器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)從而達(dá)到報(bào)警的要求，用一滑動(dòng)變阻器來控制蜂鳴器報(bào)警時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)證，本方案所設(shè)計(jì)的簡易防盜報(bào)警器能達(dá)到報(bào)警要求，當(dāng)有人非法闖入時(shí)可以產(chǎn)生警告并使室主做好防衛(wèi)工作，電路簡單，實(shí)用性強(qiáng)。