具有时刻识别功能的门锁报警器的设计.docx

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具有时刻识别功能的门锁报警器的设计

具有时刻识别功能的门锁报警器的设计

摘要

随着时期的不断进步，人们生活水平取得了专门大的改善，对自己所处环境的平安性提出了更高的要求，尤其是家居平安方面不能不不时留意那些不速之客。

许多小区、家庭都安装了报警系统，因此具有时刻识别功能的门锁报警器取得了普遍的应用。

门锁报警器主若是依照开门时刻来判定是主人仍是小偷。

主人开门时正常开门，一样在30s内可完成，它可不能报警，而生疏人或小偷撬门不是正常的开门，通常费时较长，一旦时刻超过30s，它就会自动发出报警声，具有较大的有效价值。

本设计要紧采纳触摸电极片和555时基电路，结合一些电阻电路产生报警信号，然后放大输出。

触摸式延时识别门锁报警器电路由报警触摸信号输入与报警声延续时刻操纵电路、报警声触发与开锁时刻按时电路和报警声发声与输出电路组成。

它们的组成元器件有：

传感器、NE555时基发生器、放大器和扬声器等。

本系统功能有效、节能，利用灵活性好，平安系数高，适用范围广，生产本钱低，因此，该类门锁报警器有望成为锁业的主流产品。

关键词：

时刻操纵能力，门锁报警器，NE555时基发生器，放大器，扬声器

Hasthetimerecognitionfunctionlocksalarmdesign

Abstract

Asthetimescontinuedprogress,people'slivingstandardshavebeengreatlyimprovedenvironmentandsecurityofthesetshigherdemands,especiallythehomesafetyhavetoconstantlypayattentiontotheunexpectedguests.Manycommunitiesandfamiliesinstalledalarmsystem,andthereforehavetimetolockalarmrecognitionhasbeenwidelyused.Locksalarmismainlybasedonthetimetojudgeistheownerorthethief.Whentheowneropenedthedoornormallyandcompletedwithin30s,itdoesnotalarm,butastrangerorathiefbreakingopenthedoorisnotnormal,usuallytakeslonger,ifmorethan30s,itwillautomaticallysoundanalarm,withmoregreatpracticalvalue.

Thedesignmainlyusesthetouchelectrodeand555time-basecircuit,combinedwithsomeresistancecircuitproducesalarmsignals,thenamplifiedoutput.Touchdelayrecognitiondoorlockalarmsignalcircuitfromthealarminputandalarmtouchdurationcontrolcircuit,alarmtrigger,andlocktimeaudiblealarmtimercircuitandtheoutputcircuit.Thecompositionoftheircomponentsare:

sensors,NE555timebasegenerator,amplifiersandloudspeakers.Thesystemfunctionalandpractical,energysaving,useofgoodflexibility,highsafetyfactor,forawiderangeoflowcost,thatsuchalockalarmlockindustryisexpectedtobecomemainstreamproducts.

Keywords:

controloftime,Locksalarm，NE555alarm,amplifiers,speaker

1绪论

课题的背景及目的

随着时期的不断进步，人们生活水平取得了专门大的改善，对自己所处环境的平安性提出了更高的要求，尤其是家居平安方面不能不不时留意那些不速之客。

许多小区、家庭都安装了报警系统，因此具有时刻识别功能的门锁报警器取得了普遍的应用。

所谓门确实是装在衡宇，车船或是封锁起来的地址的能开关的障碍物。

因为设置门的目的是为了治理者能够方便的进入，而其他人不能够随意进入的装置，因此一个门的好坏取决的要紧因素确实是它的平安性。

门除对结构有特殊的要求外，核心部份——门锁是决定门平安系数的最重要因素。

传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，不管结构设计何等合理，材料何等牢固，人们总能用通过各类手腕把它打开。

在出入人很多的通道钥匙的治理很麻烦，钥匙丢失或人员改换都要把锁和钥匙一路改换。

为了解决这些问题，就显现了电子磁卡锁，电子密码锁，这两种锁的显现从必然程度上提高了人们对出入口通道的治理程度，使通道治理进入了电子时期，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺点就慢慢暴露，磁卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率高，平安系数低。

密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，平安系数很低。

最近几年来运算机技术的飞速进展，企业有了更多的需求——门锁防盗报警器。

在选择利用防盗报警器前，先熟悉一下防盗报警器。

防盗报警器作为光学、机械、电子、软件应用等技术紧密结合的高科技产品，是继键盘和鼠标以后的第三代要紧的电脑输入设备。

防盗报警器自80年代诞生以后，取得了迅猛的进展和普遍的应用，从最直接的图片、照片、胶片到各类图纸图形和文稿资料都能够用防盗报警器输入到运算机中，进而实现对这些图像信息的处置、治理、利用、存储或输出。

随着社会物质财富的日趋增加，平安防盗已成为社会问题。

而锁自古以来确实是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要平安靠得住地防盗，又要利用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。

弹子锁由于结构上的局限已难以知足当前社会治理和防盗要求，如：

宾馆、办公大楼、仓库、保险柜等由于人员的变更，开锁的钥匙也再也不是只有一人拥有。

因此，为了知足广大用户的需求一种新型门锁诞生了——具有时刻操纵能力的门锁报警器。

传感器、NE555时基发生器、放大器和扬声器是它的要紧组成部件，结构简单、利用方便、平安性能极佳是它的最大优势[1]。

随着我国经济的快速进展，各类先进技术被运用到现实生活中，其中防盗技术也不例外，技术不断更新、不断改良，从而令人民的生命财产有了更好的保障。

现今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。

但具有时刻操纵能力的门锁报警器却是其中最好的种类之一，它采纳了先进的传感技术和NE555按时触发电路，其性能优良，平安系数高，利用普遍，可谓门锁报警器中的精品。

课题研究方式

本设计要紧采纳触摸电极片和555时基电路，结合一些电阻电路产生报警信号，然后放大输出。

触摸式延时识别门锁报警器电路由报警触摸信号输入与报警声延续时刻操纵电路、报警声触发与开锁时刻按时电路和报警声发声与输出电路组成。

它们的组成元器件有：

传感器、NE555时基发生器、放大器和扬声器等[2]。

2门锁报警器的工作原理

触摸式延时识别门锁报警器电路由报警触摸信号输入与报警声延续时刻操纵电路、报警声触发与开锁时刻按时电路和报警声发声与输出电路组成。

图门锁报警器的工作原理图

ICl与Rl、Cl和触摸片组成触摸信号输入与报警声延续时刻操纵电路，其中ICl与Rl、Cl组成单稳态延时电路。

VTl，VT2组成下级电路的触发电路。

单稳态延时电路的延不时刻T=，将电路中Rl、Cl的数值代人后算得T=240s，这一时刻是自接触到门锁到报警声停止的整个延续时刻，其中也包括开锁定不时刻30s。

在平常，6V工作电源、加至VDl的负极，使其处于反偏状态，ICl的②脚被钳位于高电平，单稳态电路处于稳态，它的③脚输出低电平。

当有人开门接触到门锁时，ICl的②脚变成低电平，单稳态电路被触发，它的③脚输出高电平，这时VTl导通。

由于VTl的导通，它的集电极由高电平变成低电平，使VT2由导通变成截止。

VT2截止后，它的发射极变成低电平。

这一低电平作为下级报警声触发与开锁时刻按时电路的操纵信号。

IC2与C2、R4组成报警声触发与开锁时刻按时操纵电路，该电路的结构形式为施密特电路。

在平常，由于VT2处于导通状态，C2的两头均与电源端连接，为等电位，不能被充电，同时也使NE555的⑥、②脚处于高电平，因此它的③脚输出低电平。

当ICl被触发使VT2截止后，流过它的电流为OA，在R4上的电压降为OV。

这就使IC2的⑥、②脚由高电平变成低电平。

当IC2的⑥、②脚变成低电平后，由于C2两头形成了电位差，C2开始充电。

随着充电时刻的延长，C2两头的电位差慢慢增大，当充电终止时，那个电位差达到最大[3]。

通常关于电容的充电进程，老是说它的正极电压是随着时刻的延长在不断上升。

但在本电路中，电容C2的正极是和电源端相连的，因此它不可能再上升。

但C2两头形成的电位差在增大是一个事实，因此相关于正极来讲，它的负极电压实际是在不断下降。

当那个电压下降到

Voo后，通过②脚将施密特电路触发使其翻转，这时它的输出端③脚由低电平变成高电平，报警声发声电路IC3被触发，发出报警声。

从VT2截止C2开始充电到IC3被触发发出报警声，是开锁定不时刻，这一时刻是由C2的充电时刻决定的，约30s。

报警声发声电路采纳LC246，这是一种报警专用发声电路，当它受到触发后会发出“呜……呜……”的报警声，触摸式延时识别门锁报警器电路采纳了供电兼触发的工作方式。

3系统硬件的设计

触摸式传感器

容性触摸传感器识别电容量在以关闭一导电物体例如一手指发生的电极的转变。

关于capatitance有几种读出方式。

在电容计利用的这工程，综合方式被利用。

电容量Cx的转变相当小，给10pF在1pF周围，可是将能够被轻易发觉因为20fF数决议在这台电容计的acheved。

另外，识别的目标必然依照原那么着陆制造Cx周。

可是它正常工作，即令人体与地隔离。

它能够被作为以下缘故以为。

图触摸式传感器电路分析

有一度表面面积的导电的物体有自我电容量。

事实上，C=40r，在哪里在球形状，e0是permittivity真空，r是半径。

人体有近似。

100pF在自我电容量依照人模式给ESD测试。

这与Cx相较足够大。

因此那个人体可能被以为那时接地售票员更若是不着陆。

Ofcourse接地线或相当于人体的自我电容量也被需要到设备。

可是加上泥土或人体到各类各样杂散电容而且制造这Cx电路。

硬件检测器电极（接触地域）一10毫米广场薄铜板穿上PCB而且为所覆盖一绝缘涂上（Kapton带子）。

有1M欧姆停车处电阻器的一ATtiny2313用于检测器电路。

综合时刻在正规状态停车处的价值确信露出和杂散电容在口岸和电极上。

当用一只手指接触电极时，发觉触摸，综合时刻增加而且能够。

实际综合时刻成为几us到几10us。

第一，校验每一个点（由于Cs取得基准时刻），然后在恒定的时期开始扫描。

当综合时刻增加而且超过一个门坎时，它是被判定的“发觉”。

一个滞后偏向被需要到门坎，或生产将不在一半次触摸稳固。

每一个点的测量的时刻等于综合时刻，以便它能够被超级迅速地做。

电容计正在一台钟（100毫微秒）的决定里测量综合时刻由于模拟比较器和输入捕捉功能。

可是那个功能是不在全数I/O别针上可提供的那。

为了实现一台触摸任何I/O销钉上的传感器，软件轮询测量集成时刻，决定成为3台钟（375毫微秒）。

时刻计数的数量在正规状态是在80左右，这关于触摸swith足够。

放大电路

3放大电路的要紧内容

1、放大、静态与动态、直流通路与交流通路、静态工作点、负载线、放大倍数、输入电阻与输出电阻的概念；

2、用近似计算法估算共射放大电路的静态工作点；

3、用微变等效电路法分析计算共射电路、分压式工作点稳固电路的电压放大倍数Au和Aus，输入电阻Ri和输出电阻R0。

3常见的放大电路

1、共射接法的两个大体电路

共射放大电路和分压式工作点稳固电路是模拟电路中最大体的单元电路。

学习这两种大体电路的分析方式是学习比较复杂的模拟电路的基础。

2、两种大体分析方式——图解法和微变等效电路法

在“模拟电路”中，三极管是非线性元件，因此不能简单地采纳“电路与磁路”课中线性电路地分析方式。

图解法和微变等效电路法确实是针对三极管非线性的特点而采纳的分析方式。

3、放大电路的三种组态——共射组态、共集组态和共基组态

由于放大电路输入、输出端取自三极管三个不同的电极，放大电路有三种组态——共射组态、共集组态和共基组态。

由于组态的不同，其放大电路反映出的特性是不同的。

在实际中，可依照要求选择相应组态的电路。

4、两种放大元件组成的放大电路——双极型三极管放大电路和场效应管放大电路

一样来讲，双极性三极管是一种电流操纵元件，它通过基极电流iB的转变操纵集电极电流Ic的转变。

而场效应管是一种电压操纵元件，它通过改变栅源间的电压uGS来操纵漏极电流iD的转变；第二，双极性三极管的输入电阻较小，而场效应管的输入电阻很高，静态时栅极几乎不取电流。

由于它们性能和特点的不同，可依照要求选用不同元件组成的放大电路。

5、多级放大电路的三种耪合方式——阻容耦合、直接耦合和变压器耦合

将多级放大电辟连接起来的时候，就显现了级与级之间的耦合方式问题。

通过电阻和电容将两级放大电路连接起来的方式称为阻容耦合。

由于电容的作用，使各级放大电路的静态工作点相互独立，分析估算比较方便。

但它不能放大转变缓慢的信号和直流信号，也不便于集成化；将前级输出与后级输入直接相连的方式称为直接耦合。

它能传递相放大转变缓慢的信号和直流信号，便于集成，但由于是直接耦合，各级静态工作点互不独立，分析计算比较麻烦。

另外，还存在着电平偏移和零点漂移现象；通过变压器的低级和次级把前级输出与后级输入连接起来的方式称为变压器耦合。

它能够实现阻抗变换，以便在负载上取得最大的功率输出，各级静态工作点也相互独立。

但由于变压器比较笨重，消耗有色金属，也不适于集成化[4]。

6、放大电路的频率响应

当将不同频率的信号输入放大电路时，由于晶体管极间电容和电路中电抗性元件的阻碍，放大电路的放大倍数要随之转变并产生必然的相位移。

因此，放大电路的电压放大倍数和相位是频率的函数，称之为放大电路的频率响应。

把放大倍数与频率的关系称之为幅频特性，相位与频率的关系称之为相频特性。

3重要概念

本章涉及到的一些重要概念有：

放大的本质、静态和动态、直流通路和交流通路、工作点、负载线、非线性失真、放大倍数、输入电阻、输出电阻、频率特性等。

现简述如下：

1、放大——放大的实质能够从两个方面来看：

一是其能量的操纵作用，即用一个能量比较小的信号去操纵另一个能量，使负载上取得较大的能量；二是放大作用必需针对转变量而言，即输入信号有一个比较小的转变量，那么在输出端取得一个比较大的转变量。

2、静态和动态——静态是指当放大电路没有输入信号（Ui=0）时，仅在外电源VCC作用下电路的工作状态。

为了表示其工作状态，求出现在的IB、IC和UCE值，它在特性曲线上是一个确信的点，通常叫静态工作点。

动态是指放大电路加入交流输入信号（Ui≠0）时电路的工作状态。

为了表征动态特性，一样引用负载线、动态范围、放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标来表示。

动态讨论的转变量往往是在某个特定的静态基础上转变的，因此可将它们二者的关系形象地以为是在静态工作条件下“驮”上了一个动态的工作信号。

3、直流通路和交流通路——由于电路中存在着一些电抗性元件，故直流信号与交流信号的通路是不同的。

因此要相应地将电路区分为直流通路和交流通路两个方面。

直流通路用以分析电路静态时的工作情形，交流通路用以分析电路动态时的工作情形。

4、静态工作点——在电路参数必然的情形下，三极管总有一个确信的静态工作状态，咱们用一个点来表示，叫静态工作点。

一样用IBQ、ICQ和UCEQ的数值来描述。

五、负载线——在直流负载线和交流负载线。

前者用于确信静态工作点，后者那么表示加入交流输入信号后，电路交流工作状态时的运动轨迹。

六、非线佳失真——在放大电路的核心元件是双极型三极管或场效应管，由于它们本身是非线性元件，其输入、输出特性电压、电流间的关系都是非线性的，因此输出波形总会显现或多或少的失真，尤其当工作点设置不合理或输入信号幅度过大时，这种失真更为严峻。

7、放大倍数、输入电阻和输出电阻——它们是反映放大电路性能好坏的重要指标。

放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，概念为输出信号与输入信号的转变量之比。

它有电压放大倍数和电流放大倍数。

当输入信号为正弦波时，电压放大倍数Au为输出电路的有效值U0与输入电压的有效值Ui之比，表示为：

电流放大倍数Ai为输出电流约有效值IO输入电流Ii的有效值之比，可表示为：

输入电阻Ri是衡量放大电路向信号源索取电流大小的指标。

概念为输入电压Ui与输人电流的有效值之比，可表示为：

输出电阻Ro是衡量放大电路带负载能力的指标。

概念为当输入端信号电压Us等于零0（保留信号源内阻Rs）、输出端开路（RL=∞）时,外加输出电压Uo与输出电流IO之比，可表示为：

八、频率特性——随着输入信号频率的不同，放大电路电压放大倍数的模和相角都要随之变比。

把幅度随频度的转变叫幅频特性，相位随频率的转变叫相频特性，统称为放大电路的频率特性。

NE555时基电路

3.3.1NE555的特点

555集成电路开始是作按时器应用的，因此叫做555按时器或555时基电路。

但后来通过开发，它除作按时延时操纵外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种操纵及计量检测。

另外，还能够组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等[5]。

由于它工作靠得住、利用方便、价钱低廉，目前被普遍用于各类电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、大体R-S触发器、放电管缓和冲器等，电路比较复杂，是NE555参数模拟电路和数字电路的混合体。

一、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等逻辑闸配合，也确实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。

3、其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动操纵的负载。

4、它的计时精准度高、温度稳固度佳，且价钱廉价。

555触摸按时开关

集成电路IC1是一片555按时电路，在那个地址接成单稳态电路。

平常由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。

当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。

同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，这确实是按时的开始。

当电容C1上电压上升至电源电压的

时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，按时终止。

按时长短由R一、C1决定：

T1=*C1。

按图中所标数值，定不时刻约为4分钟。

D1可选用1N4148或1N4001。

3NE555电路的内部结构

55时基集成电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分普遍。

它是一种产生时刻延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准利用了三个3K电阻，故取名555电路。

一、555电路的工作原理

由于555内部比较器灵敏度较高，而且采纳差分电路形式，这时振荡频率受电源的温度转变的阻碍较小。

故只需通过调剂R1的阻值来改变f来使其为1Hz的秒脉冲信号，作为闸门信号。

如下图555电路的内部电路含有两个电压比较器，一个大体RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器组成份压器提供。

它们别离使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为Vcc和Vcc。

A1与A2的输出端操纵RS触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；并输入信号自2脚输入并低于Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止[6]。

图555按时器内部框图及引脚排列

RD是复位端，当RD=0，555输出低电平。

平常RD端开路或接Vcc。

Vc是操纵电压端（5脚），平常输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种操纵，在不接外加电压时，通常接一个的电容器到地，起滤波作用，以排除外来的干扰，以确保参考电平的稳固。

二、由按时器组成的多谐振荡器

555按时器主若是与电阻、电容组成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确信输出电平的高低和放电开关管的通断[7]。

这就很方便地组成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地组成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

外部元件的稳固性决定了多谐振荡器的稳固性，555按时器配以少量的元件即要取得较高精度的振　荡频率和具有较强的功率输出能力。

因此这种形式的多谐振荡器应用很广。

（a）（b）

图多谐振荡器

图（a）为由555按时器和外接按时元件R、C组成的单稳态触发器。

触发电路由C一、R一、D组成，其中D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。

并使2端电位瞬时低于Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态进程，电容C开始充电，Vc按指数规律增加。

当Vc充电到Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出V0从高电平返回低电平，放电开关管T从头导通，电容C上的电荷专门快经放电开关管放电，暂态终止，恢复稳态，为下一个触发脉冲的来到作好预备[8]。

波形图如图（b）所示。

暂稳态的持续时刻tW（即为延时刻）决定于外接元件R、C的大小。

tW=通过改变R、C的大小，可使延不时刻在几个微秒到几十分钟之间转变。

当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并能够利用复位端（4脚）接地的方式来中止暂态，从头计时。

另外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

报警电路

报警电路由LC24六、电阻、放大电路和扬声器组成如图所示。

图报警电路

当LC246接收到NE555输出的高电平常产生报警信号，再通过9013放大电路对信号进行放大，最后由扬声器把电号信号转化为警报信号。

若是NE555输出的是低电平那么LC246可不能产生报警信号，进而扬声器也可不能产生警报信号[9]。

4门锁报警器电路PCB板制作

制作元器件封