超聲波防盜報警裝置

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)超聲波防盜報警裝置摘 要： 本次設(shè)計介紹了利用超聲波敏感器件作為發(fā)射頭和接受頭, 發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射等幅超聲波，接收器接收反射回來的超聲波，在沒有移動物體進入被探測區(qū)域時，反射回來的超聲波是等幅的。當有活動的物體進入探測區(qū)域時，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化，接收電路檢測到變化的信號控制電路做出反應(yīng)即驅(qū)動報警。關(guān)鍵詞： 超聲波 防盜 報警Abstract：The design introduces a way to use the ultrasonic T/R head ，the launcher launches the same rat

2、e of ultrasound into the detecing area, and the receiver receives the reflection of the ultrasound back, in the absence of moving objects enter the detecing area, the rate, which the reflection of ultrasonic back, was the same.When the activities of detecting objects into the region, the return rate

3、 of ultrasonic is ranging and constantly changing, and the receiving circuitry is to detect changes which is in the control circuit to respond to signals that drive alarm. Keywords：Ultrasonic Intruder Alarm前言可以探測活動物體的超聲波探測器有著廣泛的用途 。例如，自動開關(guān)門的檢測 、控制器；電梯自動啟動器；防盜報警探測器等。這種探測器的特點是可以判斷被探測區(qū)域 內(nèi)有無活動的人動物或其它移動的

4、物體，控制圍較大 ，可靠性高。這種超聲波探測器具有兩種典型結(jié)構(gòu)：其一是發(fā)射器和接收器相對放置，物體擋住超聲波的傳播路徑時即被檢測到物體的存在，這種結(jié)構(gòu)類似于紅外線防盜報警器的道理。另一種應(yīng)用較廣泛的結(jié)構(gòu)是超聲波發(fā)射器和接收器并排放在一起。發(fā)射器發(fā)射超聲波，接收器接收反射回來的超聲波，通過反射的超聲波可以判斷有無被探測物體的存在，及存在的距離等。本文介紹的是超聲波移動物體探測器。測器的基本原理是：發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射等幅超聲波，接收器接受發(fā)射回來的超聲波，在沒有移動物體進入被探測區(qū)域時，反射回來的超聲波是等幅的。當有活動的物體進入探測區(qū)域時，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化，接受電路檢測

5、到變化的信號控制電路做出反應(yīng)即驅(qū)動報警。本設(shè)計中的超聲波防盜報警器具有以下功能和特點：偵測范圍 10米；在有效范圍內(nèi)偵測到有物體移動時，延時約 2 0秒發(fā)出聲、光報警，以便使用者進入時有切除警報的可能；發(fā)出聲、光報警信號經(jīng)2分鐘后能自動撤除警報，以便重復(fù)偵測報警。 一、實驗?zāi)康模?、用超聲波設(shè)計出報警裝置。2、掌握信號的檢波放大方法。3、掌握報警裝置的設(shè)計方法。二、實驗任務(wù)：1、單片機產(chǎn)生40K頻率信號，經(jīng)過整形后送到超聲波發(fā)射器驅(qū)動其發(fā)出超聲波。2、設(shè)計接收器接收反射回來的超聲波。3、接收信號后經(jīng)過放大檢波濾波后，又經(jīng)過電平比較后，轉(zhuǎn)換成電平信號。4、延時處理，處理后驅(qū)動報警電路從而發(fā)生聲光

6、報警。5、設(shè)計報警電路。三、電路總設(shè)計：超聲波發(fā)射超聲波接受整形方波發(fā)生器放大電平檢測延時控制檢波濾波電平比較驅(qū)動聲光報警 圖1 總設(shè)計圖四、單元電路設(shè)計：4.1.1超聲波發(fā)射模塊 發(fā)射器采用通用的 NE55時基集成電路，它的晟大優(yōu)點是電路較簡單、調(diào)整方便，而且頻率穩(wěn)定。在時基電路的輸出端接了反相器，為的是提高時基電路帶負載的能力，同時也起到對輸出波形整形的作用。經(jīng)這兩極反相器驅(qū)動超聲波發(fā)射頭，通過發(fā)射頭內(nèi)部的陶瓷激勵器和諧振片轉(zhuǎn)換成機械振動信號 ，經(jīng)錐形輻射口將40kHz的方波信號以最大的聲壓能級向空間輻射出去。采用敏感元件T40-16,R40-16作為超聲波發(fā)射、接收傳感器；其詳細介紹如下

7、：這種傳感器具有良好的溫度特性和耐振動、抗沖擊等特點。超聲波發(fā)射器和接收器并排放在一起，發(fā)射器發(fā)射超聲波，接收器接收反射回來的超聲波，通過反射的超聲波可以判斷有無被探測物體的存在，及存在的距離。發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射等幅超聲波，接收器接受發(fā)射回來的超聲波，在沒有移動物體進入被探測區(qū)域時，反射回來的超聲波是等幅的。當有活動的物體進入探測區(qū)域時，反射回來的超聲波幅度不等，并且不斷變化。其性能參數(shù)見表1所示： 表1：超聲波傳感器電性能參數(shù)：型號用途中心頻率帶寬靈敏度（40kHz）電容量（Pf）絕緣電阻（M）最大輸出電壓(MV)UCM-40T發(fā)射40KHZ96KHz/db110dB1700>10

8、020UCM-40R接收40KHZ-73KHz/db-65 dB1700>100采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生40KHZ方波信號。下面介紹555集成定時器的工作原理和使用：555集成定時器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等。TTL集成定時器555定時器的內(nèi)部原理框圖和引腳圖如圖1、2所示。它是由上、下兩個電壓比較器、三個5k電阻、一個RS觸發(fā)器、一個放電三極管 T以及功率輸出級組成。比較器 C1的同相輸入端接到由三個5 k電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的2/3Vcc處，反相輸入端為閥值電壓輸入端。

9、比較器C2的反相輸入端接到分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的1/3Vcc處，同相輸入端為觸發(fā)電壓輸入端，用來啟動電路。兩個比較器的輸出端控制RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器設(shè)置有復(fù)位端，當復(fù)位端處干低電平時，輸出為低電平?？刂齐妷憾耸潜容^器C1的基準電壓端，通過外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時可將它與地之間接一個O01F的電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍是+4.5+18V，輸出電流可達100200mA，能直接驅(qū)動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器。CMOS集成定時器CC7555的功能和TTL集成定時電路完全一樣，但驅(qū)動能力小一些，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不同，555定時器的功能表

10、見表2。 圖2 555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3 555 引腳圖表2 555 功能表觸發(fā)閾值復(fù)位放電端輸出H導(dǎo)通LH原狀態(tài)H截止HL導(dǎo)通L(1) 構(gòu)成基本多諧振蕩器如圖4，由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端 Ct 放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放電，其波形如圖5-(b)所示。輸出信號的時間參數(shù)是 Ttw1tw2， tw10.7(R1R2)C ， tw20.7R2C 555電路要求R1 與R2 均應(yīng)大于或等于1K ，但

11、R1R2應(yīng)小于或等于3.3M。 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很圖4 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形 該模塊的原理圖見下圖5圖5 超聲波發(fā)射模塊4.1.2超聲波接收放大與檢波濾波電路接收到的信號經(jīng)過R6,C4濾波后，經(jīng)過運算放大器作為前級放大,放大倍數(shù)為A1=R7/R5=47,又經(jīng)過A2=R9/R8=47,總的增益A=47*47；放大的信號經(jīng)過二極管D1,D2進行幅度檢波后，在所探測的區(qū)域沒有物體移動時輸出為零，當存在活動的物體即有電壓信號。運算放大器采用的是TL0

12、82,首先介紹一下其有關(guān)資料：TL082 寬帶高速運算放大器，其管腳圖如圖6所示。圖6 運算放大器管腳圖該模塊原理圖如圖7所示：圖7 超聲波接收放大與檢波濾波電路4.1.3電平比較與檢測電路當存在活動的物體即有電壓信號，再經(jīng)過濾波和運放放大，經(jīng)二極管D3,D4整流后得到比較平滑的直流電平； 得到的直流電平延時1S后送至一個由運算放大器組成的比較器，進行電平比較檢測 ，有物體移動時輸出為低電平，產(chǎn)生一個負脈沖。該模塊的運放用的是LM358,介紹其相關(guān)資料： 其管腳如圖8 圖8 LM358管腳圖該模塊原理圖見圖9 圖9 電平比較與檢測電路4.1.4延時控制電路 當有物體移動使會產(chǎn)生一個負脈沖觸發(fā)后

13、面的單穩(wěn)電路。該模塊采用555定時器構(gòu)成單穩(wěn)電路來實現(xiàn)延時和定時的目的。采用兩個555定時器分別實現(xiàn)定時20S和140S，然后將，將IC2 NE555的3腳輸出20S的脈沖信號取反后與IC3 NE555 3腳輸出的140S脈沖信號相與，就可以實現(xiàn)20S延時后，2分鐘的定時報警。在IC3的4腳接按鍵，當需要切除警報時，按下該鍵復(fù)位即可實現(xiàn)。先介紹下555構(gòu)成單穩(wěn)電路的原理，見圖10圖10 555構(gòu)成單穩(wěn)電路接通VCC后瞬間，VCC通過R對C充電，當uc上升到2VCC/3時，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，uo0。這時Q=1，放電管T導(dǎo)通，C通過T放電，電路進入穩(wěn)態(tài)。ui到來時，因為uiVCC/

14、3，使C20，觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。由于此時Q=0，放電管T截止，VCC經(jīng)R對C充電。雖然此時觸發(fā)脈沖已消失，比較器C2的輸出變?yōu)?，但充電繼續(xù)進行，直到uc上升到2VCC/3時，比較器C1輸出為0，將觸發(fā)器置0，電路輸出uo0T導(dǎo)通，C放電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。脈沖寬度tp=1.1RC.該模塊的時序圖如圖11：有人進入時產(chǎn)生一個負的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)定時器產(chǎn)生20S延時，在20S內(nèi)若未解除警報，則產(chǎn)生2分鐘定時報警；若在20S內(nèi)按復(fù)位鍵解除警報，則不會觸發(fā)聲光報警電路。VtkVo2ResetVo3圖 11 延時控制電路的時序圖該模塊的原理圖如圖12所示： 圖12 延時控制

15、電路原理圖4.1.5 聲光報警電路該模塊用555構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生一定頻率的方波信號來驅(qū)動發(fā)光二極管和揚聲器，從而實現(xiàn)聲光報警。555的復(fù)位腳時由2分鐘的定時信號來控制的，當2分鐘未到時，復(fù)位腳未高電平正常工作，當時間到后，復(fù)位腳為低電平，停止工作。該模塊的原理圖如圖13所示：圖13 聲光報警原理圖42 單元模塊的連接關(guān)系將模塊2，模塊3依次相連，將模塊3的輸出作為模塊4觸發(fā)脈沖輸入端的的信號，將模塊的最后輸出信號連接到模塊5的4腳復(fù)位端即可。五.參數(shù)計算與調(diào)試 根據(jù)555定時器產(chǎn)生的單穩(wěn)脈沖寬度為tp=1.1RC,定時20S和120S，通過計算可知，模塊4中的電阻在IC2中R=200K,C

16、=100Uf,在IC3中R=1.2M,C=100Uf.而模塊1和模塊5中用到的多諧振蕩器的頻率有公式：F=1.433/(RA+RB)*C 計算。超聲波發(fā)射器和接收器在安裝上必須 注意 ，它們之間必須保持彈性聯(lián)接 ，而不要鋼性固定。避免發(fā)射波直接通過鋼性聯(lián)接傳到接收器件 。電路中有3個電位器 VR，VR1用來調(diào)節(jié)發(fā)射電路的振蕩頻率，調(diào)節(jié) VR1 ，使其達到最大值，此時VR1最好應(yīng)停在中間位置 。 六.設(shè)計總結(jié)與體會通過對這次超聲波防盜報警裝置電路的設(shè)計，我感受頗多，總結(jié)起來大致有以下幾個方面在：首先，我學(xué)會了綜合運用課堂之中所學(xué)的模擬電子和數(shù)字電子的理論知識獨立完成了一個設(shè)計。我們在平時的上課學(xué)習(xí)過程中，接觸到的大多是一些理論的東西，一直感覺很抽象，不知道怎樣與實際相聯(lián)系。而這次的課程設(shè)計正好給了我這樣一個機會，讓我學(xué)著將理論的東西與實踐結(jié)合起來。其次，通過查閱手冊和文獻資料，我開始學(xué)著獨立思考核解決問題。在查閱的過程中，也學(xué)到了很多平時課堂上沒有涉及到的知識。而在設(shè)計的過程中，通過與同學(xué)的討論發(fā)現(xiàn)解決問題的方法是多種多樣的，每一種思維都有它的可取之處，都有值得自己學(xué)習(xí)的地方。在交流學(xué)習(xí)的過程中