无线防盗报警器设计.doc

武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： XX 专业班级： 通信0803 指导教师： 张小梅 工作单位： 信息工程学院 题 目: 无线防盗报警器设计 初始条件： (1)multisim仿真软件 (2)通信电子线路基础知识 (3)搜索的相关资料要求完成的主要任务: 无线防盗报警器包括发射机和接收机两部分，利用所学的高频知识设计一个能够自动报警的无线报警器。 参考书： (1)高频电子线路实验与课程设计，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社 (2)电子线路设计·实验·测试 第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社(3)通信电子线路 第二版 刘泉主编 武汉理工大学出版社 时间安排： 1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料； 2、 课程设计时间为1周。 (1)确定技术方案、电路，并进行分析计算， 时间1天； (2)选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天； (3)总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名： 2010年 12月1 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录目录1摘要IAbstractII1 设计要求12设计方案及论证22.1发射机22.2 接收机22.2.1 方案一22.2.2 方案二33单元模块电路设计及仿真43.1发射机模块43.1.1 LC三点式反馈振荡器43.1.1.1静态工作电流的确定53.1.1.2 确定主振回路元件53.1.1.3 保护电源电路63.1.2 缓冲级63.1.3 高频谐振功率放大器73.1.3.1 确定功放的工作状态83.1.3.2基极偏置电路计算93.1.3.2 计算谐振回路的参数93.1.4 发射机总体电路图及仿真结果93.2 接收机103.2.1 小信号谐振放大器103.2.1.1选定电路形式10 3.2.1.2 设置静态工作点11 3.2.1.3 谐振回路参数计算123.2.2 声光报警电路123.2.3 接收机总体电路图及仿真结果134 实物调试154.1 实物调试的结果154.2 小结165总结176元器件清单18参考文献19附录201无线防盗报警器设计摘要目前以计算机网络与通信为特征的信息技术正日新月异的快速发展，通信电子线路书中详细介绍了通信系统中电路的基本原理、分析方法和典型应用。按照线性电路、非线性电路以及频率变换电路来组织教材内容。介绍了高频小信号放大器，高频功率放大器，倍频器，高频振荡器，调幅电路，调频电路，混频电路等一些基本的电路，能够帮助我们学习通信原理。在此次课程设计中，我应用高频课上学的基本知识设计无线防盗报警器。在如今，居民财产安全得到越来越多的重视，防盗报警器能够帮助居民保护自己的财产。我用LC三点式反馈振荡器和高频发大器设计一了一中心频率为12Mhz的发射机，用高频小信号放大器的相关知识设计一个能够有声光报警的接收机，将高频课上所学的大部分知识都用到了，这对于我们学习高频这门课有很大的帮助，也是很有意义的。我对所有的电路都采用multisim仿真软件进行仿真，对仿真软件的使用也有了一个锻炼。AbstractCurrently with computer network and communication is the characteristic of information technology is changing fast development, the "communication electronic circuit" in the book introduces in detail communication system circuit, the basic principle of analysis method and the typical application. According to the linear circuits, nonlinear circuits and frequency conversion circuit to organize teaching material contents. Introduces the high frequency amplifier, small signal frequency power amplifiers, frequency multiplication device, high frequency oscillators, am circuit, FM circuit, frequency mixing circuit to some basic circuit, can help us learn communication principle.In this course design of high frequency lectures, I used the basic knowledge of design of wireless alarm system. In nowadays, citizens property safety get more and more attention, and alarm system can help people to protect his own possessions. I use the LC SanDianShi feedback oscillator and high frequent frivolity items designed a a center frequency for 12Mhz transmitter by high-frequency small signal amplifier related knowledge of design a sound-light alarm can have the receivers, will high-frequency learned in class most knowledge both use the high frequency, this to our learning this course will help a lot, also is very meaningful.I to all the circuit is adopted by the multisim simulation software, and simulation of simulation software use also had an exercise.21武汉理工大学高频电子线路课程设计1 设计要求 无线防盗报警器包括发射机和接收机两部分，当有人按下开关时，发射机会发出信号，接收机能够接收到信号，并发出声光报警信号。声光报警部分用发光二极管和蜂鸣器来代替。发射机和接收机的技术指标如下： (1)发射机 中心频率 输出功率 频率稳定度 最大频偏 (2)接收机 谐振频率：12MHz 谐振电压放大倍数： 通频带： 矩形系数：2设计方案及论证2.1发射机振荡电路主要是产生频率稳定且中心频率符合指标要求的正弦波信号，目前应用较为广泛的是三点式振荡电路和差分对管振荡电路。三点式振荡电路又可分为电感和电容三点式振荡电路，由于是固定的中心频率，因而采用频率稳定度较高的克拉拨振荡电路来作振荡级。缓冲级采用射极跟随器，减弱放大器与LC正弦波振荡器之间的影响，以保证频率的稳定性。放大器要做到功率与效率兼备，则采用工作于丙类状态的高频谐振功率放大器。图2-1-1发射机方框图2.2 接收机2.2.1 方案一 采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大，从而使电路发出声、光等报警信号。正常情况下，运算放大器不工作，直到有信号时才工作，将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器，输出音频信号使扬声器发声报警。此方案需要使用运算放大器，使电路变得复杂。图2-1-1-1 运放控制的发射机方框图2.2.2 方案二采用小信号放大器的输出信号与可控硅进行控制，小信号放大器没有接收到信号时，则被控器的声、光信号产生电路不工作；一旦发射机发射信号，小信号放大器也接收到信号，被控器的声、光信号产生电路产生声、光报警信号。这种方案更加节省能量，而且也更加方便。图2-2-2-1 可控硅控制的发射机方框图综上所述，采用方案二更加经济可靠，电路设计也更加方便。3单元模块电路设计及仿真3.1发射机模块3.1.1 LC三点式反馈振荡器正弦波振荡器的任务是在没有外加激励的情况下，产生具有某一频率的等幅正弦振荡。由LC回路引出三个端点分别与晶体管三个电极相连的振荡器。依靠电容产生反馈电压构成的振荡器则称为LC三点式振荡器。依靠电容产生反馈电压构成的振荡器为电容反馈三点式振荡器，依靠电感产生反馈电压构成的振荡器为电感反馈三点式振荡器。电容反馈振荡器与电感反馈振荡器相比，振荡器工作频率高，输出波形好。而且经过改进后的西勒振荡器，克服了电容反馈振荡器调整频率时会改变反馈系数的缺点，因此，我选用西勒振荡器来作为振荡器的主要组成部分。图3-1-1-1 LC振荡器电路图3.1.1.1静态工作电流的确定合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中： 选ICQ=2mA VCEQ=6V =100 则有为提高电路的稳定性R8值适当增大，取R8=1K则R32K 因：UEQ=ICQ·R3 则： UEQ =2mA×1K=2V 因： IBQ=ICQ/ 则： IBQ =2mA/100=0.02mA 一般取流过Rb2的电流为5-10IBQ , 若取10IBQ 因： 则： 取适当电阻5K。因： (公式3-1-1-1-1) 故： 为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由50K电阻与8.2K电位器串联构成。3.1.1.2 确定主振回路元件回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp远大于总的不稳定电容Cd原则，先选定Cp为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/81/2。因振荡器的工作频率为： 当LC振荡时，f0=12MHz L10H 本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C2、C7决定，即 (公式3-1-1-2-1) 有 。取C2 =10pf，C7=12.6pf（5-20Pf的可调电容），因要遵循C3，C4>>C2,C7，C3/C4=1/81/2的条件，故取C3=150pf，则C4=270pf。3.1.1.3 保护电源电路直流电源不能承受交流电的冲击，用扼流线圈和旁路电容来分担交流电，扼流线圈的取值为330µH,旁路电容的取值为0.01-1µF。直流馈电电路图有串联馈电和并联馈电，我在此次设计中采用的是并联馈电，并联馈电的优点是回路一端处于直流电位，回路的L、C元件可以接地，方便安装。图3-1-1-3-1 电源馈电电路3.1.2 缓冲级因为本次实验对该级有一定的增益要求，而中心频率是固定的，因此在LC振荡器与功率放大器电路之间要加一个缓冲级，缓冲级一般为射极跟随器。射极跟随器为共集电极电路，由于其输入电阻大，输出电阻小。射极跟随器静态工作点的确定与LC正弦波振荡器的静态工作类似。缓冲级与振荡器相连时，中间有个耦合电容，滤除直流，只得到交流信号，可在1000 pf0.01uf之间选择。图3-1-2-1 振荡器和缓冲级电路图3.1.3 高频谐振功率放大器功率放大器实质上是一个能量转换器，把电源供给的直流能量转化为交流能量，能量转换的能力即为功率放大器的效率。谐振功率放大器通常用来放大窄带高频信号(信号的通带宽度只有其中心频率的1%或更小)，其工作状态通常选为丙类工作状态(qc90°)，为了不失真的放大，它的负载必须是谐振回路。图3-1-3-1 高功放电路图3.1.3.1 确定功放的工作状态对高频功率放大器的基本要求是,尽可能输出大功率、高效率，为兼顾两者，通常选丙类且要求在临界工作状态，其电流流通角在600900范围。现设=700。由右图可得，集电极电流余弦脉冲直流ICO分解系数，集电极电流余弦脉冲基波ICM1分解系数，。设功放的输出功率为0.05W。功率放大器集电极的等效电阻为： (公式3-1-3-1-1) 集电极基波电流振幅为： (公式3-1-3-1-2)集电极电流脉冲的最大振幅为： (公式3-1-3-1-3)集电极电流脉冲的直流分量为： (公式3-1-3-1-4)电源提供的直流功率为： (公式3-1-3-1-5)集电极的耗散功率为： (公式3-1-3-1-6）集电极的效率为： (公式3-1-3-1-7)设功率放大倍数为20倍则：输入功率：基极余弦脉冲电流的最大值（设3DA1的=10） 基极基波电流的振幅为：得基极输入的电压振幅为：3.1.3.2基极偏置电路计算 因 (公式3-1-3-2-1) 则有 ： 因 则有 ：(51的电阻与2K电位器串联)取高频旁路电容C13=0.1µF。3.1.3.2 计算谐振回路的参数因振荡器的工作频率为： 当LC振荡时，f0=12MHz L10H 本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C12、C20决定，即 (公式3-1-3-2-1)有 。取C12 =5pf，C7=12.6pf（5-20Pf的可调电容）3.1.4 发射机总体电路图及仿真结果 发射机是由LC反馈振荡器，中间缓冲级和功放机组成。其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号；缓冲级主要是对前后级起有一定的隔离作用，为避免后级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；功放级的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。图3-1-3-1 发射机总体电路图 图3-1-3-2 最终输出的波形 图3-1-3-3 输出频率3.2 接收机3.2.1 小信号谐振放大器3.2.1.1选定电路形式依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管调谐回路谐振放大器。 图3-2-1-1 单调谐高频小信号放大器电原理图图中放大管选用2N2222，该电路静态工作点Q主要由R3和R1、R2、R10与Vcc确定。利用和、的分压固定基极偏置电位，如满足条件：当温度变化，抑制了变化，从而获得稳定的工作点。由此可知，只有当时，才能获得恒定，故硅管应用时， 。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求，一般硅管取：。3.2.1.2 设置静态工作点由于放大器是工作在小信号放大状态，放大器工作电流一般在0.82mA之间选取为宜，设计电路中取 ，设。因为： 而 所以：因为：(硅管的发射结电压为0.7V) 所以： 因为： 所以：因为： 而 取则： 取标称电阻8.2K因为： 考虑调整静态电流的方便，用50K电位器与10K电阻串联。3.2.1.3 谐振回路参数计算1）回路中的总电容C因为： (公式3-2-1-3-1)则: (公式3-2-1-3-2)2） 回路电容 因有 (公式3-2-1-3-3) 取C为20Pf,与5-20Pf微调电容并联。3.2.2 声光报警电路声光报警电路是用双向可控硅来控制电路的通断，并用555定时器产生的方波来控制蜂鸣器的频率。图3-2-2-1 声光报警电路图用555定时器组成的多谐振荡器接通电源后，电容充电时将经历Vcc R4R8的上半部D1C9公共端。一直维持到C9两端的电压略超过Vcc。当C9两端的电压略超过Vcc时，晶体管导通，电容放电。电容放电时将经历C9R6D2R8的上半部三极管T公共端。这种情况一直维持到C9的两端电压略低于Vcc。此后重新回到上述的充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲波输出。可控硅97A6是双向导通的，当G,K两端的电压达到一定值时，可控硅就会导通，A，K之间的电压近似为0V。电路就会导通。3.2.3 接收机总体电路图及仿真结果 接收机由小信号谐振放大器和中间缓冲级，声光报警电路组成。图3-3-3-1 接收机总体电路图仿真结果表明，小信号放大器能够接收到50mv的12Mhz的信号，并将其放大到2V左右。 图3-3-3-2 射极跟随器输出波形 图3-3-3-3 555定时器输出波形图3-3-3-4 输入信号的频率和幅值4 实物调试4.1 实物调试的结果 1)发射机 在经过调试后，发射机的各个三极管静态工作点是正常的。电路图中从左至右，依次将各个三极管标为VT1，VT2，VT3，则其静态工作点如下： 表4-1-1 发射机各静态工作点三极管VBVCVEVT1-1.51V10.22V1.02VVT21.93V11.99V1.53VVT31.99V12V1.98V 振荡频率可以达到11.98Mhz,可是振荡的幅度很小。2)接收机接收机的工作很正常，二极管也会发光，蜂鸣器可以发声，小信号放大器也能正常放大信号。调试过程是输入70mv的电压信号，输出幅值为1.72V。下图为蜂鸣器的输入波形图。图4-1-1 555定时器输出波形 4.2 小结 在这次实物调试的过程中，我遇到过很多问题，后来又慢慢的一步一步的解决了这些问题，最终的到正确的结果。 在调试发射机的时候，我将电源和地短接了，在爆了三个电感之后，我终于发现了这个问题，还好我们有多的电感，能够做备用。在调试的过程中，还发现了焊接时，有些连线忘了焊，有些地方没焊好之类的问题，这都是粗心大意犯的错误，在以后一定会注意克服这些小毛病。接收机的调试过程还算比较顺利，只是有些小问题，在更正之后，接收机就能正常工作了。5总结 在这次课程设计中，我学到了很多东西。这次课程设计无疑是对我们焊工的又一次锻炼。我在调试的过程中犯过将电源短接的错误。是电源接上去之后，电源指示灯就灭了，同学告诉我这是把电源和地短接了，我在仔细检查线路后发现真的是有一根线短接了。把那根线取下来后，电路还是不正常工作，还有一股很奇怪的气味。我立刻拔掉电源，仔细检查电路板后发现我的芯片用错了，换了正确的芯片后，电路基本上就能正常工作了，这个小小的电路给了我一些经验教训。在后面的焊接工作中，我也更加小心，再没有犯过这种粗心大意的错误。 在后面的焊接中还遇到过很多问题，芯片底座的管脚不正确，导致又得重新焊上正确的芯片底座，还要将错误的芯片底座取下来，这是一个很麻烦的事。由于我们的板子上连线很多，所以数码管显示很不稳定，有时候可以正常工作，有时候又会出问题。通过这次焊电路板，让我知道仔细认真是多么的重要，有很多的问题都是可以避免的，而且一旦出现某一个很小的问题，都可能会导致很严重的后果。在这次课程设计中，我们同样的用到了仿真软件multisim，我对这次仿真软件并不陌生，在做过那么多次课程设计之后，对仿真软件的基本操作都掌握了。遇到的一点小问题就是可控硅，以前都没接触过它，刚开始对它有一种畏惧心理，在通过到网上搜搜资料后，对它也就有点了解了。我做仿真的时候，并没有一开始就将可控硅接入到总电路上去，而是对它的基本功能用一个简单的电路来实现，看是否能都打到预期标准。这样慢慢的一步一步，就对可控硅的很多基本性能了解的差不多了。在这次课程设计中，我了解了一块电路板的制作过程所需要的能力。虽然这次课程设计结束了，但是我还有好多东西要学习的。尤其是关于仿真软件的运用，在我们将来的工作中这是比不可少的。6元器件清单元件名称型号个数备注电容10µf1极性电容电容100nf4电容30pf3可变电容电容1.5nf2电容20pf2电容47nf1电容10pf2电容10nf3电容5pf3电容270pf1电容150pf1电容24nf1电容110pf1电感330µH2电感4.5µH1电感1µH2电感10µH2电阻50k3电位器电阻10k4电阻6.2k1电阻2k5电阻50k1电阻6802电阻5k1电位器电阻1k3电阻8.2k1电阻5k1电阻511电阻2k1电位器稳压管二极管IN40013发光二极管LED1可控硅97A61NE5551蜂鸣器15V三极管2N22225 参考文献1通信电子线路（第2版）.刘泉.武汉理工大学出版社.20052高频电子线路（第4版）.张肃文.西安电子科技大学出版社3电子线路设计 实验 测试（第3版）.谢自美.华中科技大学出版社.20064通信电子线路.钱聪.人民邮电出版社.2003年版5电子线路设计指导.李银华.北京航空航天大学出版社.20056通信电路与系统实验教程.李晋矩.北京理工大学出版社.20067高频电子线路辅导.曾兴雯.西安科技大学出版社8高频电子线路指导.戴俊浩.国防工业出版社9张新喜主编. Multisim10电路仿真及应用. 机械工业出版社出版，2010年2月.附录实物图片本科生基础强化训练成绩评定表姓 名 鄢婷性 别 女 专业、班级通信0803题 目：无线防盗报警器设计答辩或质疑记录：1 电容反馈三点式振荡器与电感反馈三点式振荡器相比有什么优点？输出波形好，工作频率高2 接收机为什么要采用可控硅来进行控制？可控硅的一个性能是一旦导通后就会一直导通，适合防盗报警器设计的要求3 缓冲级的作用缓冲级能够减弱前后级电路的相互影响，提高频率稳定性成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日