报警电路电子课程设计.doc

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1、题目： 医院病人呼喊器 班级： 学号： 姓名： 指导： 时间： 6.206.27 景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书设计课题： 非法入侵报警电路设计设计任务与要求1. 设计一种有线“呼喊”器，供医院病人“呼喊”医护人员时使用。2. 功能要求： (1)住院病人可通过按动自己的床位按钮开关向医护人员发出“呼喊”信号。 （2）一旦有病人发出“呼喊”信号，医护人员值班室设置的显示器即显示出该病人的床位编号，同时扬声器发出声响信号提示值班人员。3.设计“呼喊”其所需的直流稳压电源。设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；、依次对各部分分别给出单元

2、电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、列出标准的元件清单；5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。参考文献【1】彭介华；电子技术课程设计指导；高等教育出版社；2002【2】清华大学电子学教研组，阎石主编.数字电子技术基础.修订3版.北京：高等教育出版社；1989【3】李铁成；任红撰文.医院病人“呼喊”器.北京电子报.1995第28期【4】葛汝明；电子线路实验与课程设计.济南：山东大学出版社；2006.3【5】李健； 555定时器及其应用；沈阳师范大学物理科学与技术学院 辽宁 沈阳 110000【6】陈辉； 55

3、5定时器在定时控制电路中的应用研究； 西北师范大学物理与电子工程学院 甘肃 兰州 730070【7】杨宇 赵玉霞 徐刚 ；555 定时器功能及应用的探讨；陆军航空兵学院信息技术教研室， 北京101123 ；2007.5目录一、总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4二、五伏直流稳压电源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5三、5秒呼叫模块电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . .6四、呼叫显示模块电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9六、优化显示模块电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10七、总体电路原理相关说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14八、总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15九、元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . .16十、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17十一、设计心得体会 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 一、总体方案与原理说明用锁存器锁存，再用一个8线-3线优先编码器74LS148D对病房号编码，再用译码器74LS48D译出最高级的病房号。当有病房号呼叫时，通过译码器和逻辑门触发（由555构成的单稳触发器）从而控制蜂鸣器发出5秒钟的呼叫声。呼叫信号控制晶闸管从而控制病房报警灯的关亮

6、。若有多个病房同时呼叫，待医护人员处置好最高级的病房后，由人工将系统复位（手动）。系统工作流程图如图1所示。呼叫信号译码器数码管显示手动复位蜂鸣器逻辑门电路图1 工作流程图病房呼叫系统的逻辑门电路如图2所示。它由模拟开关、优先编码器、锁存器、数码管、逻辑门、信号灯、单稳态触发器、蜂鸣器组成。模拟病房号通过优先编码器显示优先级最高的病床号。并且通过锁存器储存起来，按清零键清除已处理的信号。呼叫显示模块5秒呼叫模块复位按扭锁存优先显示模块病房图2 病房呼叫系统的逻辑方框图二、 五伏直流稳压电源电路 图3稳压电源部分原理图 集成稳压器的典型应用电路如图3所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路

7、。 图中T1为电源变压器，它的作用是将交流电网电压U1变成整流电路要求的交流电压。四只整流二极管接成电桥的形式，在任意时刻都只有其中两只是导通的，其余两只截止，故能将输出信号变成脉动的直流电压.由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，从而起到滤波作用。经过滤波的电压输入到稳压管后，输出即可得到稳定的5V直流电压。滤波电容C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C4（数值为100F ），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端

8、电容C(100F)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应，当输出电较大时，稳压管应配上散热板。另外，XSC1用来观察电源输出电压的波形是否稳定。三、5秒呼叫模块电路 图4 5秒呼叫模块截图 5秒呼叫模块截图如图4所示。利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件，可将振荡时间准确的控制在要求的5秒钟。此电路由74LS20D双4输入与非门、74F02D或门、555构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。开关初始状态为全低电平，将开关的所有输入端经与非门后接入555的触发输入端，再由555的输出端接蜂鸣器。当无病房呼叫时，模拟开关无低电

9、平输入给逻辑门。由于由555构成的单稳态触发器是低电平触发，且无触发时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。只要有病房呼叫时，555将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。其输出5秒的高电平，则蜂鸣器呼叫5秒钟。呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间。由555构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得。Th=RCLn3 =4541031010-61.1=5 s这里取470k的标准电阻。 （1）555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，其电路原理图如图4。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556

10、/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。图5 555定时器 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比

11、较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。（2） 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子

12、玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的有以下几种，如图6所示。一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。图6 常见蜂鸣器外形（3）74LS20D74LS20D为双4输入与非门，由两组4输入端与非门（正逻辑）构成，其引脚图管脚图如图7所示。74LS20D的输入输出逻辑表达式为Y=。图7 74LS20D引脚图管脚图四、 呼叫显示模块电路 图8 呼叫显示模块截图 呼叫显示模块截图如图8所示。利用发光二极管的特性，使发光二极管串联在电源上，使用呼叫信号控制相应的发光二极管，当

13、有病房呼叫信号来时，二极管发光报警，直到人为复位清零。当无呼叫时，呼叫开关都处在断开状态，二极管不亮。当有呼叫时，相应的模拟开关会接通低电平，这时二极管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小灯发光报警，信号触发出稳定的报警输出，直到人为处理。该电路总共采用8路，分别代表8个病床，如果想要扩展，可在该基础上进行扩展。此处为了便于设计，采用8路按钮开关。另外，该开关电路优先级是不同的，代表着病人的病危程度，以便及时抢救，即优先级由07逐级递减，0级为最高级，病人病情最严重，病房级别最高。也就是说如果某一高级病床呼叫，在报警期间，其他较低级开关无效。我们设计的报警时长是

14、5s。我们此处设计的是简易装置，如果需要优先级或者可查询，可在此基础上进行软硬件的扩展，实现所需功能。五、优化显示模块电路 图9 优先显示模块截图优先显示模块截图如9。本设计采用各个呼叫信号通过优先编码器进行采集输入信号并编码再通过锁存器进行锁存再送入译码器的方法。此方法简单实用，易于实现。用可编程逻辑控制电路，在应用中能非常方便有效的控制，而且对于以后附加功能的实现、电路功能的扩展很方便，只是需要掌握一定的编码优先位及相应电路的应用，在熟悉可编程控制电路的应用的情况下也是可行的，而且对于实用来说更有意义。此电路由模拟开关、优先编码器74LS148D，74F02D、译码器74LS48D、数码管

15、等组成。 一、 74LS48优先编码器74LS48 为有内部上拉电阻的BCD七段译码器/驱动器，共有54/7448、54/74LS48 两种线路结构型式。其逻辑图和功能表分别如图10和表1所示。 图10 74LS48逻辑图表1 74LS48功能表二、 74LS1488 线3 线优先编码器 简要说明：148为 8 线3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式，148 将 8 条数据线（07）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。其管脚图和功能表分别如11图和表2所示。图11 74LS148管脚图表2 74LS148

16、功能表三、数码显示器在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由

17、一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过译码器对其A.B.C.D.E.F.G段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图12所示。 图12 七段数字显示器显示数字六、 总体电路原理相关说明此电路我们需要调试的东西不多，首先将各个模块连接到一起后,注意检查各个部分是否连接正确和连接端是否连接好。 注意我们所需要的芯片参数是否

18、正确，电解电容的极性是否连接正确，在测试看看各管脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。各模块连接好之后就可以对电路进行调试了。首先触发一个病人信号，看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示对应的病人编号；直到完成了此功能，进行下一向调试。下一向调试触发多个病人信号，同样看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示最优先的病人编号；如能完成此功能那么它是正确的。在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清零，观察系统是

19、否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。或者在原有呼叫信号的基础上再输入一个最高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最高呼叫信号优先呼叫。此设计是用于医院病人的紧急呼叫，它的功能如下：1.当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。2.按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。3.当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其他病人编号。七、总体电路原理图： 图13 总原理电路图八、 元件清单名称位号型号数量电阻R1、R2、R11、R12、R13、R14、R16、R18 680

20、8R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10 6108电容C11mF1C2100nF1C3100uF1C410nF1C610uF1开关S1-8蜂鸣器U1030NALERT1555定时器U8555_TIMER_RATED1散热板U1220V、100W1光电二极管U5-9变压器TF1-1整流器D1-D4IB4B42174LS148DU3、U4-274LS20DU9-174F02DU7AU8AU11A-3显示器U6-1九、 参考文献【1】彭介华；电子技术课程设计指导；高等教育出版社；2002【2】清华大学电子学教研组，阎石主编.数字电子技术基础.修订3版.北京：高 等教育出版社；1989【3】

21、李银华；电子线路设计指导；北京航空航天大学出版社；2005.6【4】李铁成；任红撰文.医院病人“呼喊”器.北京电子报.1995第28期【5】葛汝明；电子线路实验与课程设计.济南：山东大学出版社；2006.3【6】 李健； 555定时器及其应用；沈阳师范大学物理科学与技术学院 辽宁 沈 阳 110000【7】陈辉； 555定时器在定时控制电路中的应用研究； 西北师范大学物理与电子工程学院 甘肃 兰州 730070【8】杨宇 赵玉霞 徐刚 ；555 定时器功能及应用的探讨；陆军航空兵学院信息技术教研室， 北京101123 ；2007.5十、设计心得体会 一个星期很快就过去了，虽然只有短短的一周，但

22、我知道了非法入侵报警电路是怎样设计出来的，并知道了它的原理，现在我可以自豪的说给我原件我可以自己做一个非法入侵报警电路。刚开始找到题目并从网上找到了相关要实现的内容和基本的原理，经过一周的时间我不断从网上、图书馆、课本查找相关的内容，不断扩充我的知识，加强了我的薄弱的知识点，从中学到了很多知识，概而言之，主要可以归纳为以下几点： 第一，加深了对课本知识的理解。激发了学习的积极性。我以前上理论课时，总是不太重视，以为这些书本上的东西离现实太远了。其实，这些知识正是我们在日常生活中经常用到的，电子技术的知识无处不在。通过这次课程设计，我真正认识到了学好专业知识的重要，相信以后会在这方面我会更加重视

23、的。第二，这次实验设计使我对555定时器的原理及其应用有了更深的认识，知道了它的作用。第三，通过课程设计，加深对相关课程基础知识与基本理论的理解和掌握，培养学生综合运用所学知识的能力，并增强解决实际问题的能力。增强理论分析、设计计算、制图标准与规范、查阅设计手册与资料的能力，同时加强我们的计算机的应用能力，使我的动手能力有了很大的提高。 最后，也是很重要的一点，就是要理论联系实际。任何理论，只要脱离了现实，都是空洞无说服力的。实现一个设计目的往往有多种方案，要从环境和条件、工艺和成本、稳定性和可靠性、操作的便利性和响应的快速性等方面全面比较、综合考虑，从中优选出最佳方案。电路基本原理图绘制好后，对于元件的选择，一定要考虑实际工作情况。