超声波防盗报警装置设计图

① 电子毕业设计课题:(防盗报警器的设计)

具有遥控功能的客车防盗报警器的设计与实现
吴祖国
（解放军电子工程学院 安徽合肥 230037)

本文所介绍的多功能客车防盗报警器系为国内某高档客车所设计，采用超声波技术，利用PIC单片机作为核心控制器件。该防盗报警器在车门被非法打开、门窗玻璃被打碎、车体受外力撞击时通过汽车喇叭发出报警声。

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第一章 绪 论
1．1 前言
近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。为此，提出“双路防盗报警器”的设计任务。
该报警器适用于家庭防警、也适用于中小企事业单位。其特点是灵敏、可靠，一经触发，可以立即报警；也可以延时1～35S（秒）再报警，以增加报警的突然性与隐蔽性。报警时可以发出类似公安警车的报警声之外，两只警灯还可同时交替闪亮，增加了对犯罪分子的威慑气氛。

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摘 要：
本次设计介绍了利用超声波敏感器件作为发射头和接受头, 发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接收反射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化，接收电路检测到变化的信号控制电路做出反应即驱动报警。

目 录
1. 前言 ---------------------------------------------------------------------------------------1
2. 总体方案设计 -------------------------------------------------------------------------2
2.1. 方案比较 ------------------------------------------------------------------------------- 2
2.2. 方案选择与论证------------------------------------------------------------------------4
3. 单元模块设计 -------------------------------------------------------------------------4
3.1. 单元模块功能介绍及电路设计--------------------------------------------------------4
3.2. 单元模块的连接关系 ------------------------------------------------------------------15
4．参数计算 --------------------------------------------------------------------------------16
5．设计总结与体会----------------------------------------------------------------------- 17
参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------- 18
总设计图 ------------------------------------------------------------------------------------- 19

1 前言
可以探测活动物体的超声波探测器有着广泛的用途 。例如，自动开关门的检测 、控制器；电梯自动启动器；防盗报警探测器等。这种探测器的特点是可以判断被探测区域 内有无活动的人动物或其它移动的物体，控制围较大 ，可靠性高。
这种超声波探测器具有两种典型结构：其一是发射器和接收器相对放置，物体挡住超声波的传播路径时即被检测到物体的存在，这种结构类似于红外线防盗报警器的道理。另一种应用较广泛的结构是超声波发射器和接收器并排放在一起。发射器发射超声波，接收器接收反射回来的超声波，通过反射的超声波可以判断有无被探测物体的存在，及存在的距离等。本文介绍的是超声波移动物体探测器。测器的基本原理是：发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接受发射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化，接受电路检测到变化的信号控制电路做出反应即驱动报警。
本设计中的超声波防盗报警器具有以下功能和特点：侦测范围 10米；在有效范围内侦测到有物体移动时，延时约 2 0秒发出声、光报警，以便使用者进入时有切除警报的可能；发出声、光报警信号经2分钟后能自动撤除警报，以便重复侦测报警。

2总体方案设计
2.1 方案比较
2.1.1 方案一
该方案如图1所示，由51单片机产生40K频率信号，经过整形后送到超声波发射器驱动其发出超声波，反射器向被探测区域发出等幅超声波，接收器接收反射回来的超声波，当没有物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的；当有物体移动时，接收器接收到的超声波幅度不等，并且不断发生变化，接收电路接收到信号后，经过放大检波滤波后，又经过电平比较后，转换成电平信号，由单片机检测到后，进行延时处理，处理后驱动报警电路从而发生声光报警。

图1 基于单片机控制的超声波报警

2.1.2 方案二
本超声波防盗报警器是采用敏感元件T40-16,R40-16作为超声波发射、接收传感器，利用该传感器的特殊性能来控制报警电路。这种传感器具有良好的温度特性和耐振动、抗冲击等特点 。反射器向被探测区域发出等幅超声波，接收器接收反射回来的超声波，当没有物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的；当有物体移动时，接收器接收到的超声波幅度不等，并且不断发生变化，接收电路接收到信号后经过放大、检波、电平比较、电平检测、执行机构，使报警电路产生声、光报警。其整个电路的方框图见图 2 。发射器由时基电路555和4069构成，组成40kHz的频率发生器。接收器的组成是：接收到的信号经过RC滤波后，再经过运算放大器作为前级放大；放大的信号经过二极管进行幅度检波后，在所探测的区域没有物体移动时输出为零，当存在活动的物体即有电压信号，再经过滤波和运放放大，经二极管整流后得到比较平滑的直流电平； 得到的直流电平延时1S后送至一个由运算放大器组成的比较器，进行电平比较检测 ，有物体移动时输出为低电平，产生一个负脉冲触发后级的单稳电路等延时器件 。当有物体在探头前移动时，报警系统延时约 2 0秒报警，以便使用者自己能通过按键关闭系统。系统的声、光报警设置在两分钟左右，两分钟后 ，系统自动撤除报警，以便重复监测。

图 2 超声波防盗报警装置

2.2 方案论证与选择
方案一是采用单片机进行控制，这样电路复杂程度将会增加，而且还要进行软件设计，成本将会增加，工作量将会加大。鉴于此，我选用方案二，这样可以使电路比较简单实用，而且也不会涉及到软件设计，不但可以节约成本，而且实现起来简单方便。
3. 单元模块设计
下面我将对我设计的各个摸块电路进行详细地叙述
3.1 单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1超声波发射模块
发射器采用通用的 NE55时基集成电路，它的晟大优点是电路较简单、调整方便，而且频率稳定。在时基电路的输出端接了反相器，为的是提高时基电路带负载的能力，同时也起到对输出波形整形的作用。经这两极反相器驱动超声波发射头，通过发射头内部的陶瓷激励器和谐振片转换成机械振动信号 ，经锥形辐射口将40kHz的方波信号以最大的声压能级向空间辐射出去。
采用敏感元件T40-16,R40-16作为超声波发射、接收传感器；其详细介绍如下：这种传感器具有良好的温度特性和耐振动、抗冲击等特点。超声波发射器和接收器并排放在一起，发射器发射超声波，接收器接收反射回来的超声波，通过反射的超声波可以判断有无被探测物体的存在，及存在的距离。发射器向被探测区域发射等幅超声波，接收器接受发射回来的超声波，在没有移动物体进入被探测区域时，反射回来的超声波是等幅的。当有活动的物体进入探测区域时，反射回来的超声波幅度不等，并且不断变化。其性能参数见表1所示：
表1：超声波传感器电性能参数：

我采用NE555构成多谐振荡器，来产生40KHZ方波信号。
下面我首先介绍555集成定时器的工作原理和使用：
555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等。
TTL集成定时器555定时器的内部原理框图和引脚图如图3、4所示。它是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的同相输入端⑤接到由三个5 kΩ电阻组成的分压网络的2/3Vcc处，反相输入端⑥为阀值电压输入端。比较器C2的反相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，同相输入端②为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端④，当复位端处干低电平时，输出③为低电平。控制电压端⑤是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O．01μF的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5～+18V，输出电流可达100～200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。CMOS集成定时器CC7555的功能和TTL集成定时电路完全一样，但驱动能力小一些，内部结构也不同，555定时器的功能表见表2。

图3 555 内部结构图

图4 555 引脚图
表2 555 功能表

触发
阈值
复位
放电端
输出
H 导通 L
H 原状态
H 截止 H
L 导通 L

然后我再介绍一下由555定时器构成的几种常见的多谐振荡器。
(1) 构成基本多谐振荡器
如图5-（a），由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端 Ct 放电，使电路产生振荡。电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电，其波形如图5-(b)所示。输出信号的时间参数是
T＝tw1＋tw2， tw1＝0.7(R1＋R2)C ， tw2＝0.7R2C
555电路要求R1 与R2 均应大于或等于1KΩ ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。
外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获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。

(b)
图 5 多谐振荡器

(2) 组成占空比可调的多谐振荡器
电路如图6，它比图5所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。D1、D2 用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1 导通，D2截止；放电时D2导通，D1 截止）。
占空比 P＝
可见，若取RA＝RB 电路即可输出占空比为50％的方波信号。
(3) 组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器
电路如图15所示。对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1；放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1＝R2、RW2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50％，此时调节RW1 仅改变频率，占空比不变。如RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1 的值。

图6 占空比可调的多谐振荡器 图7 占空比与频率均可调的多谐振荡器

该模块的原理图见图8

图8 超声波发射模块原理图

3.1.2 超声波接收放大与检波滤波电路
接收到的信号经过R6,C4滤波后，经过运算放大器作为前级放大,放大倍数为A1=R7/R5=47,又经过A2=R9/R8=47,总的增益A=47*47；放大的信号经过二极管D1,D2进行幅度检波后，在所探测的区域没有物体移动时输出为零，当存在活动的物体即有电压信号。运算放大器采用的是TL082,首先介绍一下其有关资料：TL082 宽带高速运算放大器，其管脚图如图9所示，其性能参数见表3

图9 TL082运放管脚图

表3 TL082性能参数

该模块原理图如图10所示：

图10 超声波接收放大与检波滤波电路

电平比较与检测电路
当存在活动的物体即有电压信号，再经过滤波和运放放大，经二极管D3,D4整流后得到比较平滑的直流电平； 得到的直流电平延时1S后送至一个由运算放大器组成的比较器，进行电平比较检测 ，有物体移动时输出为低电平，产生一个负脉冲。该模块的运放用的是LM358,介绍其相关资料：
其管脚如图11

图11 LM358管脚图

其性能参数见表4
表4 LM358性能参数表

该模块原理图见图12

图12 电平比较与检测电路

延时控制电路
当有物体移动使会产生一个负脉冲触发后面的单稳电路。该模块采用555定时器构成单稳电路来实现延时和定时的目的。采用两个555定时器分别实现定时20S和140S，然后将，将IC2 NE555的3脚输出20S的脉冲信号取反后与IC3 NE555 3脚输出的140S脉冲信号相与，就可以实现20S延时后，2分钟的定时报警。在IC3的4脚接按键，当需要切除警报时，按下该键复位即可实现。先介绍下555构成单稳电路的原理，见图13

图13 555构成单稳电路
接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo＝0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为ui＜VCC/3，使C2＝0，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo＝0T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。脉冲宽度tp=1.1RC.
该模块的时序图如图14：有人进入时产生一个负的触发脉冲，触发定时器产生20S延时，在20S内若未解除警报，则产生2分钟定时报警；若在20S内按复位键解除警报，则不会触发声光报警电路。

Vtk

Vo2

Reset

Vo3

图 14延时控制电路的时序图

该模块的原理图如图15所示：

图15 延时控制电路

3.1.5 声光报警电路
该模块用555构成多谐振荡器来产生一定频率的方波信号来驱动发光二极管和扬声器，从而实现声光报警。555的复位脚时由2分钟的定时信号来控制的，当2分钟未到时，复位脚未高电平正常工作，当时间到后，复位脚为低电平，停止工作。

该模块的原理图如图16所示：

图16光报警电路
3．2 单元模块的连接关系
将模块2，模块3依次相连，将模块3的输出作为模块4触发脉冲输入端的的信号，将模块的最后输出信号连接到模块5的4脚复位端即可。

4.参数计算与调试
根据555定时器产生的单稳脉冲宽度为tp=1.1RC,定时20S和120S，通过计算可知，模块4中的电阻在IC2中R=200K,C=100Uf,在IC3中R=1.2M,C=100Uf.而模块1和模块5中用到的多谐振荡器的频率有公式：F=1.433/(RA+RB)*C 计算。
超声波发射器和接收器在安装上必须 注意 ，它们之间必须保持弹性联接 ，而不要钢性固定。避免发射波直接通过钢性联接传到接收器件 。电路中有3个电位器 VR，VR1用来调节发射电路的振荡频率，调节 VR1 ，使其达到最大值，此时VR1最好应停在中间位置 。

5.设计总结与体会
通过对这次超声波防盗报警装置电路的设计，我感受颇多，总结起来大致有以下几个方面在：
首先，我学会了综合运用课堂之中所学的模拟电子和数字电子的理论知识独立完成了一个设计。我们在平时的上课学习过程中，接触到的大多是一些理论的东西，一直感觉很抽象，不知道怎样与实际相联系。而这次的课程设计正好给了我这样一个机会，让我学着将理论的东西与实践结合起来。
其次，通过查阅手册和文献资料，我开始学着独立思考核解决问题。在查阅的过程中，也学到了很多平时课堂上没有涉及到的知识。而在设计的过程中，通过与同学的讨论发现解决问题的方法是多种多样的，每一种思维都有它的可取之处，都有值得自己学习的地方。在交流学习的过程中，不仅学到了很多有关芯片的知识，更是学到了各种各样的思维方式，这不仅对我的课程设计大有帮助，甚至对我今后的学习和工作都有一定的帮助。
再次，在设计的过程中我也学会了写课程设计报告，为自己以后从事这方面的工作打下了基础。次设计虽然达到了设计的基本要求，可仍然存在着不足，就是在元件参数的选择上有些问题。
最后，我想说的是在黄勇老师的指导下，我完成了这次设计。能够顺利完成这个设计与老师的耐心指导是分不开的。衷心感谢老师的指导！

【参考文献】
[1] 康华光.华中理工大学《电子技术基础 数字部分（第四版）》高等教育出版社.2000.6
[2] 彭介华.湖南大学《电子技术课程设计指导》高等教育出版社.1997.10
[3] 吴慎山.《电子线路设计与实践》电子工业出版社.2005.9
[4] 周常森.《电子电路计算机仿真技术》山东科学技术出版社.2001.9
[5] 谢自美.《电子线路设计.实验.测试》华中科技大学出版社.2000.7
[6] 孙梅生.《电子技术基础课程设计》高等教育出版社.1997
[7] 陈兆仁.《电子技术基础实验研究与设计》电子工业出版社.2000
[8] 毕满清.《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社.1995
[9] 孟贵华.《电子技术工艺基础（第四版）》电子工业出版社.2005
[10] 梁宗善. 《电子技术基础课程设计》华中理工大学出版社.1995

附一：总设计图

⑤ 超声波传感器在防盗中的应用

超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：
（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。
在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。

⑥ 想做一个利用光电传感器的一个简易的家庭防盗报警装置，求设计电路图和所需要的元器件

一套简单的家庭报警器就实现了，一套不到一百块钱 加个门磁 遥控器 也就一百多点，科技专市场一般都属有卖的，可以实现你说的功能。晚上关上门之后，设置布防，如果有人打开门，报警主机会鸣笛报警。如果没什么警情，第二天记得用遥控器撤防。是相当简单的。一套设备包括一个报警主机，一个门磁，一个遥控，如果还需要在窗口那布防的话，就还需要个幕帘探头。希望对你有用....

⑦ 超声波报警器的原理图

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⑧ 防盗报警器的基本结构

防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，便于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。
防盗报警器
防盗报警系统通常由：探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。
报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。

本地防盗报警器http://www.yl007.com/proct_sc_12_69_1.html
利用主机，通过无线或则有线连接各类探测器，警号报警实现报警功能。

电话拨号
利用主机，通过无线或则有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。主机连接固定电话线，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。

GSM
利用主机，通过无线或者有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。主机内置GSM手机卡，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。

彩信报警器
主机通过GPRS将报警图片传输到接警中心或者相关人员手机上或邮箱里
按照探测器与报警主机之间的通信方式来分
1、总线制报警主机
2、分线制报警主机
3、无线防盗报警器
4、汽车防盗报警器
用于汽车防盗报警

⑨ 求、基于单片机控制的红外防盗报警器原理图和仿真图

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