1、吐京彳密大苓題目:聲控報警器實驗設計學院班級姓名學號所屬組號目錄 TOC o 1-5 h z 內容摘要及關鍵詞3一、設計任務與要求 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 設計任務4 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 設計要求4一、設計方木： HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 資料查找4 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 系統框圖及整體設計思路4 HYPERLINK l bookmark59 o Cur

2、rent Document Multisim仿真原理圖及電路實物圖5三、電路功能模塊分析 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 仿真階段6（1）整體仿真結果6（2）分模塊測試結果7 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 實測階段11四、故障分析及應對措施 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 仿真階段13 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 實測階段13 HYPERLINK l bookmark101 o Cu

3、rrent Document 五、實現功能說明13 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 六、實驗總結14 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 七、元器件及測試儀表使用清單14 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document 參考文獻15內容摘要：報警電路在我們的日常生活中有著很廣泛的應用，如小型電子產 品、汽車防盜報警裝置等。雖然它們的功能各不相同，但工作原理卻較為簡明易 懂。因此，嘗試設計一個小型聲控報警電路，是提高動手能力和擴充知識儲備的 有效途徑之一。

4、這次的報告，主要涉及到該過程中的基本思路、實際調測、故障 分析及心得體會等幾個方面。關鍵詞：聲控報警放大器比較器方波振蕩一、設計任務與要求設計任務（1）搭建一個聲控報警電路，使之在感知到異常響動時，能發出持續時間大于5s的報警聲。（2）通過本實驗，加深對理論知識的理解，學習調測電路的方法，掌握其中的 設計規律和相應技能。設計要求（1）獨立查找相關的資料及文獻，自行設計電路結構，確定元器件的具體數值。（2）在面包板上搭建出電路，并對其進行調測，不符合要求的地方需做適當改 動。（3）撰寫實驗課程報告，包括電子版和紙質版各一份。二、設計方案資料查找（1）在電子測量與電子電路實驗（北京郵電大學電子工程

5、學院電路中心）一 書中，查找到集成運算放大器及電壓比較器的相關設計思路。（2）在電路分析與電子電路基礎（高等教育出版社）一書中，查找到555 定時器及其應用方面的具體知識。（3）在電子系統設計（北京航空航天大學出版社）一書中，查找到在設計電 路的過程中需要注意的一些事項，并使我對電路的整體與部分之間的聯系有了更 進一步的認識。（4）關于不同型號的元器件之間的相關性與不同點，主要是通過百度搜索得到 自己想要的解答。系統框圖及整體設計思路圖1系統組成框圖麥克捕捉到聲音信號后，將其轉變為微弱的電信號，進入放大器進行放大， 之后與電壓比較器設定的參考電壓進行比較。若高于門限值，比較器輸出電平翻 轉，控

6、制振蕩器產生方波信號，使蜂鳴器發聲。為使蜂鳴器發聲持續一段時間， 要用一個延時電路保證比較器輸出高電平維持一定的時長。Multisim仿真原理圖及電路實物圖.vcc.虱:VCCR5：:：9 1矗VCCR1：lOkQ C1-1II-她呻 何口 -LM35W： ：20flkD15面4: ig岫卯 VCClLMM.vcc.虱:VCCR5：:：9 1矗VCCR1：lOkQ C1-1II-她呻 何口 -LM35W： ：20flkD15面4: ig岫卯 VCClLMMVGCT -5V-R7VA:looko :：:L-VCC - l-L 558 P . 5.偵.VCCR9：:10kQ跚5551 TH.4Ev

7、r-Wv:： ：C3L_ 2.2nF 46 IbnF 5.-hLED1-GND-1：頃555 甲圖2電路仿真原理圖注：Multisim的使用版本為13.0。（1）在Multisim軟件中，沒有麥克和蜂鳴器。分別使用交流源和發光二極管來 代替麥克捕捉到的聲音信號和蜂鳴器的發聲功能。（2）仿真成功的標志是發光二極管在開關閉合后閃爍，且能在開關斷開后繼續 維持一段時間。圖3圖3電路實物圖三、電路功能模塊分析仿真階段（1）整體仿真結果:圖4仿真測試圖圖4仿真測試圖使用萬用表測得:圖5使用萬用表測得:圖5整體仿真結果因此，在考慮到電路中某些元器件之間可能會存在相互影響的前提下，可認為仿 真電路的整體架構

8、是基本正確的。（2）分模塊測試結果:放大器:60HzO60HzOR2一 .L-VCC1圖6兩級放大器圖7XMM1顯示結果a. C1=10uF,主要作用是過濾掉直流成分，盡可能確保只有交流即聲音信號通過。b.U1A和U1B構成兩級放大器。其中，U1A的放大倍數為R3/R2=20倍，U1B的放大倍數為R7/R6=10倍，即總的放大倍數為20 x10=200倍。C. R4、R5 作為平衡電阻，分別對應于 R5=R2/R3=9.1kQ，R4=R6/R7=9.1kQ。比較器:二極管1N4007主要作用是防止因電流倒流而造成集成運放的損壞。b. R9=10kQ, R8=2kQ,則所加的參考電壓值為U=5（

9、10+2） x10V=4.17V。即是說:若輸入電壓大于4.17V，則輸出高電平；反之，輸出低電平。圖9電阻-電容延時電路a.開關閉合后，經LM358P放大的電壓通過二極管直接給電容C2充電；斷開開關， 電容通過R11來放電，完成整個延時過程。b延時時長可近似表示為t=RC。在本設計中，選擇R=500Q，C=10uF，則時間跨度t=500 x0.00001s=0.005s，仿真測得的數據為0.006s左右，故基本符合要求。C注意在實際搭建電路時，需對R11與C2的值做適當改動，以滿足“延遲時間 大于5s”的要求。方波振蕩器：圖10555振蕩電路圖11示波器結果顯示圖10555振蕩電路圖11示波

10、器結果顯示555定時器的輸出端輸出方波，其振蕩周期T=0.7(R14+2R10)C=0.7X (1k+2k)X2.2X10-9s=4.62X10-6S輸出方波的振蕩頻率 f=1/T=1/ (4.62X10-6 s)=2.16X105Hzc在振蕩電路輸出端，我使用三極管設計了一個射極輸出器，存在等式關系IE=（1+0） IB, 實現了對經過蜂鳴器的電流的放大，使蜂鳴器能發出較高功率的報警聲。實測階段按照仿真電路圖在面包板上搭建好實際電路后，對應調測步驟如下: （1）輸入脈沖信號以模擬異常響聲，并使用直流穩壓源作為電路的外加信號源。圖12輸入脈沖信號圖13輸入直流電壓（2）將示波器的兩端分別接在放

11、大器的輸出端和地，得到實驗結果如下。圖14放大器輸出端波形分析：由圖12可知，輸入的脈沖信號頻率為60Hz，峰峰值是20mVpp；由圖14 可知，輸出的脈沖信號頻率測量值約是60.00Hz，峰峰值約為4Vpp。因此放大倍 數是4/0.02=200倍，與理論設計基本相符。（3）撤去函數發生器，在面包板的對應位置插上麥克。進入實際模擬階段。并 將示波器的兩端分別接在電壓比較器的輸出端和地，得到實驗結果如下。圖15存在異常響動時比較器的輸出波形分析：在沒有異常響動時，比較器的輸出端顯示為零電平；在麥克風近處擊掌模 擬異常響動后，得到的比較器輸出波形如圖15所示，即跳變為高電平。與理論 設計基本相符。

12、其中，在實際調測過程中，將R8、R9的值分別改換為27 kQ和20 kQ。實測比 較電平值約為2.87V左右。（4）將示波器的兩端分別接在555多諧振蕩器的輸出端和地，得到實驗結果如 下。圖16存在異常響動時振蕩電路的輸出波形分析：由圖16可知，輸出的方波幅值約為4V，頻率約為2.06kHz，在人耳 能聽到的聲波范圍內。因此，與理論設計基本相符。其中，在實際調測過程中，將C4的值改換為0.22uF。、故障分析及應對措施仿真階段（1）在設計兩級放大器時，我對平衡電阻并沒有太重視，直接忽略掉了它。結 果發現仿真運行會不時出現錯誤，這時我才意識到它對電路的穩定有著很大貢獻。（2）在設計延時電路時，我

13、發現若將延時時長設計在5s左右，就需要花費相當 長的時間來等待發光二極管熄滅。所以我就直接選定了 R=500Q，C=10uF，來設 計一個較短暫的時間。在不影響其它模塊的功能的前提下，對電路進行測試。（3）在設計電壓比較器時，我最初設置的比較電平值較小，以至于開關鍵沒有 閉合時，發光二極管就開始閃爍。在對電阻值作了適當修改后，這一問題得到解 決。（4）555多諧振蕩電路的部分是我自行查找資料，從零學起的，因此花費了不 少時間。但在這個過程中，我的信息歸類能力得到了很大提高，并且學到了很多。實測階段（1）在第一次進行實際電路調測時，我剛剛加上5V的直流電壓源，蜂鳴器就 開始發出尖銳的報警聲。最初

14、我認為可能是電路出現了故障，后來才知道這是處 于非穩定狀態的電路在逐漸進入穩定狀態時所要經歷的必然階段。（2）因為有一段時間沒有使用過實驗室里的調測設備，我對它們的操作熟悉度 不免有些降低。但在多使用了幾次之后，終于還是在儀器操作方面有了很大的提 高。（3）最初我把電路插得很是隨便，導線和元器件只是以實現功能為前提，幾乎 沒有考慮到整體電路的簡潔性與美觀性。但最后又做了適當的調整，具體實物圖 請詳見圖3。五、實現功能說明通過運算放大器、電壓比較器和多諧振蕩器的組合，我成功制作了一個小型 聲控報警裝置。當在麥克風附近擊掌時，蜂鳴器會發出報警聲，持續時間在5s 以上。其中，我完成了第二個提高要求，

15、增大了蜂鳴器的輸出功率，加強了電路 報警時的威懾力。注：關于主要的測試數據和相應的測試方法，請詳見“三、電路功能模塊分析”部分。六、實驗總結在獨立設計小型聲控報警裝置的過程中，我的思維能力與邏輯能力都得到了 很大的提高。而且我學到的知識在實驗中得到了具體應用，令我增加了信心，也 收獲了很大的樂趣。這次實驗不僅幫助我培養了嚴謹治學的科學態度，也大大加 深了我對電路設計的理解和掌握。回顧整個設計過程，我還認識到實驗前做好充足的準備是非常有必要的。并 且實驗的過程不可能是順順利利的，總會遇到各種不同的困難，其中難免有一些 問題不能被輕松解決。這時就需要較強的實驗變通能力，不能一味地鉆牛角尖， 要嘗試

16、著通過新的思維模式重新做一次知識的梳理，學會從不同的角度去觀察問 題。總的來說，這次實驗還是比較成功的。雖說在整個過程中遇到了不少問題， 也花費了許多的時間和精力，查閱了相當一部分資料，但我在其中學到了很多知 識，而且鍛煉了自己的能力。在以后的學習中，我會繼續保持著對實驗的熱情， 注意開拓進取，努力地提高自己的能力，吸收更多的知識。七、元器件及測試儀表使用清單元件序列號元件名稱及規格個數1NE555P12LM358P23蜂鳴器141N4007型二極管158050型三極管16麥克1710uF的電容1847uF的電容190.22uF的電容1100.01uF的電容11151Q的電阻112220Q的電阻1131kQ的電阻2142kQ的電阻1159.1kQ的電阻21610kQ的電阻31720kQ的電阻11827kQ