题目: 声控报警器实验设计
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内容摘要及关键词 (3)
一、设计任务与要求
1.设计任务 (4)
2.设计要求 (4)
二、设计方案
1.资料查找 (4)
2.系统框图及整体设计思路 (4)
3.Multisim仿真原理图及电路实物图 (5)
三、电路功能模块分析
1.仿真阶段 (6)
（1）整体仿真结果 (6)
（2）分模块测试结果 (7)
2.实测阶段 (11)
四、故障分析及应对措施
1.仿真阶段 (13)
2.实测阶段 (13)
五、实现功能说明 (13)
六、实验总结 (14)
七、元器件及测试仪表使用清单 (14)
参考文献 (15)
内容摘要：报警电路在我们的日常生活中有着很广泛的应用，如小型电子产品、汽车防盗报警装置等。虽然它们的功能各不相同，但工作原理却较为简明易懂。因此，尝试设计一个小型声控报警电路，是提高动手能力和扩充知识储备的有效途径之一。这次的报告，主要涉及到该过程中的基本思路、实际调测、故障分析及心得体会等几个方面。
关键词：声控报警放大器比较器方波振荡
一、设计任务与要求
1.设计任务
（1）搭建一个声控报警电路，使之在感知到异常响动时，能发出持续时间大于5s的报警声。
（2）通过本实验，加深对理论知识的理解，学习调测电路的方法，掌握其中的设计规律和相应技能。
2.设计要求
（1）独立查找相关的资料及文献，自行设计电路结构，确定元器件的具体数值。（2）在面包板上搭建出电路，并对其进行调测，不符合要求的地方需做适当改动。
（3）撰写实验课程报告，包括电子版和纸质版各一份。
二、设计方案
1.资料查找
（1）在《电子测量与电子电路实验》（北京邮电大学电子工程学院电路中心）一书中，查找到集成运算放大器及电压比较器的相关设计思路。
（2）在《电路分析与电子电路基础》（高等教育出版社）一书中，查找到555定时器及其应用方面的具体知识。
（3）在《电子系统设计》（北京航空航天大学出版社）一书中，查找到在设计电路的过程中需要注意的一些事项，并使我对电路的整体与部分之间的联系有了更进一步的认识。
（4）关于不同型号的元器件之间的相关性与不同点，主要是通过百度搜索得到自己想要的解答。
2.系统框图及整体设计思路
图1系统组成框图
麦克捕捉到声音信号后，将其转变为微弱的电信号，进入放大器进行放大，之后与电压比较器设定的参考电压进行比较。若高于门限值，比较器输出电平翻转，控制振荡器产生方波信号，使蜂鸣器发声。为使蜂鸣器发声持续一段时间，要用一个延时电路保证比较器输出高电平维持一定的时长。
3. Multisim 仿真原理图及电路实物图
图2电路仿真原理图
麦克 放大器 比较器 方波振荡器 延时电路
蜂鸣器
注：Multisim的使用版本为13.0。
（1）在Multisim软件中，没有麦克和蜂鸣器。分别使用交流源和发光二极管来代替麦克捕捉到的声音信号和蜂鸣器的发声功能。
（2）仿真成功的标志是发光二极管在开关闭合后闪烁，且能在开关断开后继续维持一段时间。
图3电路实物图
三、电路功能模块分析
1.仿真阶段
（1）整体仿真结果：
图4 仿真测试图
使用万用表测得:
图5整体仿真结果
因此，在考虑到电路中某些元器件之间可能会存在相互影响的前提下，可认为仿真电路的整体架构是基本正确的。
（2）分模块测试结果：
①放大器：
图6两级放大器
图7XMM1显示结果
a. C1=10uF，主要作用是过滤掉直流成分，尽可能确保只有交流即声音信号通过。
b.U1A和U1B构成两级放大器。其中，U1A的放大倍数为R3/R2=20倍，U1B的放大倍数为R7/R6=10倍，即总的放大倍数为20×10=200倍。
c. R4、R5作为平衡电阻，分别对应于R5=R2//R3≈9.1kΩ，R4=R6//R7≈9.1kΩ。
②比较器：
图8电压比较器
a.二极管1N4007主要作用是防止因电流倒流而造成集成运放的损坏。
b. R9=10kΩ，R8=2kΩ，则所加的参考电压值为U=5÷ (10+2) ×10V≈4.17V。即是说：若输入电压大于4.17V，则输出高电平；反之，输出低电平。
③延时电路：
图9电阻-电容延时电路
a.开关闭合后，经LM358P放大的电压通过二极管直接给电容C2充电；断开开关，电容通过R11来放电，完成整个延时过程。
b.延时时长可近似表示为t=RC。在本设计中，选择R=500Ω，C=10uF，则时间跨度t=500×0.00001s=0.005s，仿真测得的数据为0.006s左右，故基本符合要求。
c.注意在实际搭建电路时，需对R11与C2的值做适当改动，以满足“延迟时间大于5s”的要求。
④方波振荡器：
图10555振荡电路
图11示波器结果显示
a.555定时器的输出端输出方波，其振荡周期T=0.7（R14+2R10）C=0.7×（1k+2k）×2.2×10^-9s=4.62×10^-6s
b.输出方波的振荡频率f=1/T=1/（4.62×10^-6 s）=2.16×10^5Hz
c.在振荡电路输出端，我使用三极管设计了一个射极输出器，存在等式关系I E=（1+β）I B，实现了对经过蜂鸣器的电流的放大，使蜂鸣器能发出较高功率的报警声。
2.实测阶段
按照仿真电路图在面包板上搭建好实际电路后，对应调测步骤如下：
（1）输入脉冲信号以模拟异常响声，并使用直流稳压源作为电路的外加信号源。
图12输入脉冲信号
图13输入直流电压
（2）将示波器的两端分别接在放大器的输出端和地，得到实验结果如下。
图14放大器输出端波形
