毕业设计防盗锁安全模块设计.docx
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毕业设计防盗锁安全模块设计
摘要
随着中国经济的迅猛发展，人们的生活水平有了很大的提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也越来越多，这点就是看到大部分人防盗意识还不够强，从而造成偷窃现象屡见不鲜。
尤其是居家安全这方面，不得不留意那些不速之客。
因此，有开门时间识别功能以及关门提示功能的门锁报警器具有较大的实用价值。
开门时间识别功能主要根据开门时间判断是主人还是小偷，主人开门时一般是在30秒内可完成，它不会报警，而小偷撬门通常时间比较长，一旦时间超过30秒，它就会自动发出报警声。
开门时间识别功能电路的设计主要采用触摸电极片和555时基电路，结合一些电阻电路发出报警信号。
关门提示功能是在主人开门后8秒内没有关门时自动发出提示声音，提醒主人关门，从而避免忘记关门而引发的入室盗窃。
关门提示功能电路的设计主要是采用由电阻和电容组成的延时触发电路，结合一些电阻电路发出提示信号。
上述的具有开门时间识别功能以及关门提示功能的门锁报警器才有的材料器件都比较常见，批量生产容易、安全，对防止入室盗窃有很大的帮助。
关键词：
门锁报警器；关门提示；开门时间识别；555时基电路
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,people'slivingstandardshavegreatlyincreased.Allkindsoftopgradeelectricalappliancesproductandvaluablesformanyfamilieshave.However,someoutlawsmoreandmore,thisistoseemostofthesecurityawarenessisstillgoodenough,causingthetheftcommonphenomenon.Especiallyinthehome,havetopayattentiontotheintruder.Therefore,itistoopenthedoorofthetimerecognitionfunctionandclosedthedoorlockalarmpromptfunctionshasgreatpracticalvalue.
Openthedoorofthetimerecognitionfunctionmainlyaccordingtoopenthedoortimeismasterthieforjudgment,toopenthedoortomastergeneralisin30secondstocomplete,anditwon'tcallthepolice,butthethiefpickedthedoorusuallyratherlongtime,oncethetimemorethan30seconds,itwillautomaticallysendoutalarmsound.
Openthedoorofthetimerecognitionfunctioncircuitdesignmainlyusethetouchofelectrodeand555,andthecircuit,withsomeresistancecircuitissuedawarningsignal.
Closethedoorpromptfunctionsisinthemasteropenedthedoorfor8secondsnoclosedautomaticallysendsoutthehintsound,remindmasterclosethedoor,toavoidforgottentoclosethedoorfromtheburglary.
Closethedoorremindersofthecircuitdesignismainlycomposedbyresistanceandcapacitanceofthedelaytriggercircuit,withsomeresistancecircuitsignalahint.
Theaboveisthetimerecognitionfunctionandopenthedoorclosedthedoorlockalarmpromptfunctionstosomematerialcomponentsarecommon,batchproductioneasy,safe,topreventtheburglaryhasverygreathelp.
Keywords:
Doorlockalarm;Openthedoorofthetimerecognition;555thecircuit;Touchofelectr
目录
序言1
第1章课题背景及研究意义2
1.1门锁报警器研究的背景2
1.2门锁报警器研究的意义2
1.3本课题研究的主要内容3
第2章门锁报警器相关技术介绍4
2.1NE555时基电路相关技术4
2.2语音芯片相关技术10
2.2.1语音芯片基础知识10
2.2.2HFC5203A“请随手关门”语言集成电路11
2.2.3LH-169A“抓贼呀”语言集成电路12
2.3触摸电极片12
第3章门锁报警器的设计与实现13
3.1开门时间识别功能电路的设计与实现13
3.1.1开门时间识别功能电路的设计13
3.1.2开门时间识别功能电路的功能14
3.1.3单稳态触发器的设计14
3.1.4报警电路的设计16
3.1.5电路元件清单16
3.2关门提示功能电路的设计与实现17
3.2.1关门提示功能电路的设计17
3.2.2关门提示功能电路的功能17
3.2.3延时电路的设计18
3.2.4报警电路的设计18
3.2.5电路元件清单19
3.3产品说明19
3.4小结19
第4章结论20
参考文献21
致谢22
序言
所谓门就是装在房屋、车船或是封闭起来的地方的能开关的障碍物。
因为设置的目的是为了管理者能够方便的进入，而其他人不能够随便进入的装置。
所以一个门的好坏取决的主要原因就是它的安全性。
门除了对结构有特殊的要求之外，它的核心部分——门锁是决定安全系数的重要因素。
传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么合理，材料多么坚固，人们只能通过各种手段把它打开。
在出入人很多的通道钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。
为了解决这些问题，就会出现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入通道的管理程度，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用他们的缺陷就逐渐暴露，磁卡锁的问题就是里面的信息容易被复制，卡片与读卡机之间磨损大，容易发生故障，安全系数低。
密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，所以它的安全系数也很低。
近年来电子技术的飞速发展，报警器也有很多新的需求。
在选择使用报警器前，先认识一下报警器。
报警器是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。
随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。
随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。
而锁自古以来就是把门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。
弹子锁由于结构上的结局已难已满足当前社会管理和防盗要求。
因此，为了满足广大用户的需求具有开门时间识别功能以及关门提示功能的门锁报警器就诞生了。
电阻电容组成的延时电路，传感器，NE555时基发生器，放大器和扬声器是门锁报警器的主要组成部件。
结构简单，使用方便，安全性能极佳是它的最大优点。
当今的门锁报警器种类很多，例如：
指纹门锁报警器，振动式门锁报警器等。
但具有时间识别功能和关门提示功能的门锁报警器却是其中最好的种类之一，它采用先进的传感技术和NE555定时触发电路，其性能优良，安全系数高，安全系数高，使用广泛，堪称门锁报警器中的精品。
第1章课题背景及研究意义
1.1门锁报警器研究的背景
随着中国经济的迅猛发展，人们的生活水平有了很大的提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也越来越多，这点就是看到大部分人防盗意识还不够强，从而造成偷窃现象屡见不鲜。
尤其是居家安全这方面，不得不留意那些不速之客。
因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
现代锁具发展了一百多年，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能打开的方法和工具也层出不穷。
现代人类文明社会里，由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等具有差异，善良的人们能够自觉规范自己的行为，“非礼不为”，虽无钥匙亦不会乱闯。
然而，那些道德观念较差的盗贼却想方设法利用高科技手段撬门开锁，使广大居民防不胜防。
出现这种情况的原因是传统锁具都存在致命的弱点：
一是锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏；二是锁具制作工艺，技术落后，无法阻止技术手段的开启。
目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。
在惯偷面前，两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开。
其实，不是他们多高明，而是一般锁具技术原理太过简单。
面对这一残酷的现状，新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求。
如今防盗报警器安防产品进入中国家庭的速度大大提高，进几年正以每年30%的速度增长，并且发展潜力巨大，众多的企业已看准了个人用户及家庭用户防盗报警器这一市场，因此适合个人用户及家庭用户使用的门锁防盗器被设计了出来，可以预计防盗报警器产品即将走入千家万户的生活（欧美等发达国家防盗报警器家庭普及率已达70%以上）。
1.2门锁报警器研究的意义
首先我们先了解可供居民家中使用的报警器这个即熟悉又陌生的产品。
熟悉是因为他的历史已经走过了10几年，而陌生是因为在长期的推广中，老百姓对次都不懂，还不如新宠门锁报警器的知晓度高。
其原因有三：
一是报警器的使用操作比较复杂，对使用该产品的消费者具有一定的文化知识要求，普通人很难应用到位，而门锁报警器的使用跟普通机械锁的使用几乎一致，简单易懂，所以受欢迎的程度自然在报警器之上。
二是报警器的价格不菲，把众多的消费者阻挡在门外。
但是门锁报警器的价格跟防盗锁的价格十分接近，老百姓买的起，用着方便。
三就是报警器是人进入室内，探头在感受人体之后才可以报警，跟门锁报警器在门没有打开的时候就报警，安全性能大打折扣。
如果室内万一有人在家，势必会酿造成刑事案件，无法真正达到保护人的生命及财产的安全。
而门锁报警器的特点就是小偷一动门锁，在没有开启，也没有见到室内人员的情况下就报警。
关门提示功能可以有效的避免因人的疏忽忘记关门而导致的入室盗窃的发生。
报警器本应该是老百姓居家安防的有力保护神，但由于以上的种种原因时至今日，只能在一些工程专业领域得到一些应用。
因此具有开门时间识别功能以及关门提示功能的门锁报警器可以被广大个人用户及家庭用户所使用。
1.3本课题研究的主要内容
本课题以触摸电极片、NE555时基电路和RC延时电路以及语音集成电路为基础对其进行开发设计从而设计出实现开门时间识别功能以及关门提示功能的门锁报警器。
本论文的主要研究内容如下：
（1）开门时间识别功能总体结构设计；
（2）关门提示功能总体结构设计；
（3）对设计所需各种元件的选择；
第2章门锁报警器相关技术介绍
2.1NE555时基电路相关技术
（1）NE555介绍
NE555（TimerIC）大约在1971年由SignticsCorporation发布，在当时是唯一快速且商业化的TimerIC，在往后的30多年被非常普遍的使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年来CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位的功能并没变化，所以到目前都可直接的代用。
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。
NE555生产厂家其中主要由此5家厂家、5大品牌技术商生产、NXP恩智浦、TI德洲、NEC日电、ST意法半导体、FAIRCHILD仙童（排名不分先后）。
NE555主要有以下几个特点：
①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。
②它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
③其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
④它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
以下归纳了555的单稳类电路3种6个单元电路。
单稳类工作方式，它可分为3种。
见图示。
第1种是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，分别如图2.1和图2.2所示。
图2.1人工启动单稳Ⅰ型
图2.1所示单元的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：
特点：
“RT-6.2-CT”，人工启动，Vo=0,稳态；Vo=1,暂稳态（td）。
公式：
Td=1.1RT*CT
用途：
定时，延时。
图2.2人工启动单稳Ⅱ型
图2.2所示单元的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：
特点：
“CT-6.2-RT”，人工启动，Vo=1,稳态；Vo=0,暂稳态（td）。
公式：
Td=1.1RT*CT
用途：
定时，延时。
第2种是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。
图2.3电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；图2.4电路则带有一个RC微分电路。
图2.3脉冲启动单稳Ⅰ型
图2.3所示电路的结构特点是：
特点：
“RT-7.6-CT”2端输入。
外脉冲启动或人工启动。
公式：
Td=1.1RT*CT
用途：
定（延）时、消抖动、分（倍）频，脉冲输出、L、C速率等检测。
图2.4脉冲启动单稳Ⅱ型
图2.4所示电路的结构特点是：
特点：
“RT-7.6-CT”2端输入。
外脉冲启动输入带RC微分电路。
公式：
Td=1.1RT*CT
用途：
定（延）时、消抖动、分（倍）频，脉冲输出、L、C速率等检测。
第3种是压控振荡器。
单稳型压控振荡器电路分为2个不同单元。
不带任何辅助器件的电路为图2.5所示；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为图2.6所示。
图2.5单稳型压控振荡器电路Ⅰ
图2.5所示电路的结构特点是：
特点：
“RT-7.6-CT”，2端输入被调制脉冲，5端加调制信号Vct。
用途：
脉宽调制、压频变化、A/D变换等。
别名：
PWM
图2.6单稳型压控振荡器电路Ⅱ
图2.6所示电路的结构特点是：
特点：
“RT-7.6-CT”，输入带VT1，运放等辅助器件。
用途：
脉宽调制、压频变化、A/D变换等。
别名：
VFC
（2）NE555引脚图及各引脚功能介绍
图2.7NE555引脚图
1脚（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
2脚（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⅔VCC，下缘须低于⅓VCC。
3脚（输出）-当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到大约O伏的低电位。
于高电位时的最大输出电流大200毫安。
4脚（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。
5脚（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。
6脚（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从⅓VCC电压以下移至⅔VCC以上时启动这个动作。
7脚（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。
8脚（V+）-这是555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）NE555内部构造及工作原理特性。
图2.8NE555内部构造
显然，NE555电路内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。
两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的⅔VDD和⅓VDD。
参考电压所限定。
为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。
多个电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为⅔VDD，下触发电平为⅓VDD。
在5脚控制端外接一个参考电源VC，可以改变上、下触发电平值。
比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端连接到或非门2的输入端。
由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，R—S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端的电位⅓VDD时，R—S触发器才翻转。
（4）NE555定时器功能表
表2.1NE555定时器功能表
输入
输出
阀值输入（VH）
触发输入（V12）
复位（RD）
输出（Vo）
放电管T
X
X
0
0
导通
<2/3VCC
<1/3VCC
1
1
截止
>2/3VCC
>1/3VCC
1
0
导通
<2/3VCC
>1/3VCC
1
不变
不变
2.2语音芯片相关技术
2.2.1语音芯片基础知识
（1）语音芯片概念
语音芯片又称语音IC，又被叫做声音芯片。
语音芯片集中在广东省范围生产及研发较多。
语音芯片定义：
将语音信号通过采样转化为数字，存储在IC的ROM中，再通过电路将ROM中的数字还原成语音信号。
普通语音芯片放音功能实质上是一个DAC过程，而ADC过程资料是由电脑完成，其中包括对语音信号的采样、压缩、EQ等处理。
录音芯片包括ADC和DAC两个过程，都是由芯片本身完成的，包括语音数据的采集、分析、压缩、存储、播放等步骤。
ADC=AnalogDigitalChange模数转换
DAC=DigitalAnalogChange数模转换
音质的优劣取决于ADC和DAC位数的多少。
例如：
广州唯创电子语音芯片的WTV010-WTV340系列芯片,最低从10秒到340秒，根据控制方式取决段落多少。
（2）语音芯片分类：
语音芯片根据集成电路类型来分,凡是与声音有关系的集成电路被统称为语音芯片（又称语音IC,这里应该叫成VoiceIC）,但是在语音芯片的大类型中,又被分为语音IC（这里应该叫成SpeechIC）,音乐IC（这里应该叫成MusicIC）两种。
现在市场上常见语音芯片分类：
短时间芯片有10秒，20秒，40秒，80秒,170秒的芯片，相应型号：
唯创电子WTV系列语音芯片
常用的模块有：
6分钟，8分钟，16分钟，1小时的等。
相应型号：
唯创电子WTV040S系列语音模（便于各个领域的使用及运用）
（3）控制方式
唯创电子WTV系列芯片的控制方式：
按键控制，一线串口控制，二线串口控制，三线串口控制，并口控制，单片机控制，等等且，WTV系列语音芯片音质好，控制方式多，抗干扰性强，属于工业型的芯片，现市场得到大家的认可，以及广泛的运用。
（4）应用范围
家电行业：
电磁炉、电饭煲、冰箱、洗衣机、空调、风扇等等
安防报警：
倒车雷达、叉车报警器、家庭防盗等
医疗器械：
弱视治疗仪、血压计、臭氧治疗仪等等
广告媒体：
语音广告牌、镜子广告机、迎宾器等等
玩具系列：
语音识别、小汽车，布娃娃等等
智能交通：
一卡通设备、红绿灯提醒等等
汽车电子、娱乐设备、教育用品、消费电子、工业控制等等的运用行业
2.2.2LH-169A“抓贼呀”语言集成电路
LH—169A是浙江隆化电子有限公司生产的产品，内储“抓贼呀”语句，多用于防盗报警装置。
LH-169A的典型应用电路如图2.9所示：
图2.9LH-169A的典型应用电路
2.2.3HFC5203A“请随手关门”语言集成电路
HFC5203A是大规模CMOS语言集成电路，内储女声“请随手关门”语言，其发音清晰、外围电路简单，采用电平和不保持触发方式，可广泛用于银行、商店、安全部门、空调室以及电冰箱等关门提示。
HFC5203A的典型应用电路如图2.10所示：
图2.10HFC5203A的典型应用电路
2.3触摸电极片
人体是一个导体，空间电磁波会在人体形成交变感应电压。
手去触摸电极片，就相当于在电极片上加了交变信号,就像手摸示波器探头的时候会有交流波形显示出来。
因此，可利用触摸电极片接收人体感应的杂波触发控制电路。
第3章门锁报警器的设计与实现
3.1开门时间识别功能电路的设计与实现
3.1.1开门时间识别功能电路的设计
电路设计如图3.1所示
图3.1开门时间识别功能电路
电路设计框图如图3.2所示
图3.2原理框图
3.1.2开门时间识别功能电路的功能
一般主人是正常开门，在30s能够完成开门动作，所以电路不会发出报警。
陌生人试着开门或者是小偷撬门等不正常开门情况下，通常开门时间会超过30s。
当开门时间超过30s时，报警电路就会报警，210s后报警停止。
电路主要由NE555时基电路，三极管，触摸电极片，语音芯片组成。
时基电路IC1与R1，C1组成的单稳态触发器，平时IC1处于稳态，其3脚输出低电平，VT1截止，VT2导通，电容C2被VT2短接不能够充电，时基电路IC2的阈值端6脚为高电平，3脚输出低电平，报警电路IC3失电不工作，扬声器不会发出声音。
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VT1导通，VT2截止，电源可通过R4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30s，IC2翻转，其3脚输出高电平，使IC3得电工作报警。
如果开门时间在30s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IC1的暂态时间T1决定，T1=1.1*R1*C1=240s，240s（包括识别时间30s）后IC1的3脚输出低电平，VT1截至，VT
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