【文章內(nèi)容簡介】 器、拾振器等。振動傳感器目前廣泛應(yīng)用的報(bào)警檢測傳感器，它內(nèi)部用壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)檢測振動信號，并通過 LM358 等運(yùn)放器放大并輸出控制信號。當(dāng)檢測到振動大于一定幅度時(shí)，動作指示燈點(diǎn)亮，并發(fā)出報(bào)警，振動檢測的靈敏度可以通過靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，順時(shí)針靈敏度增加，逆時(shí)針靈敏度降低。振動傳感器并不是直接將原始要測的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，而是將原始要測的機(jī)械量作為振動傳感器的輸入量 Mi，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適合于變換的圖 24 振動傳感器機(jī)械量 Mt，最后由機(jī)電變換部分再將 Mt 變換為電量 E，如圖 24 所示。因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來決定的。振動傳感器具有成本低、靈敏度高、工作穩(wěn)定可靠，振動檢測可調(diào)節(jié)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片,應(yīng)用非常方便,可直接帶動小功率負(fù)載,用一只三極管進(jìn)行電流放大后,即可驅(qū)動繼電器或報(bào)警被大量應(yīng)用到汽車、摩托車、電動車的防盜系統(tǒng)上，目前 80％的車輛報(bào)警器都用這類傳感器。 圖 23 振動傳感器的性能特點(diǎn)符合本設(shè)計(jì)的需要，但在元件采購的過程中發(fā)現(xiàn)徐州電子市場找不到振動傳感器的銷售，給本設(shè)計(jì)的實(shí)物制作造成了困難。因此將在第 4 章音樂集成電路報(bào)警模塊設(shè)計(jì)中對信號觸發(fā)模塊的設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種，在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM” 、 “LB”、 “JD”等）表示。揚(yáng)聲器是一種把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，揚(yáng)聲器的性能優(yōu)劣對音質(zhì)的高低影響很大。揚(yáng)聲器的種類很多，按其換能原理可分為電動式（即動圈式） 、靜電式（即電容式） 、電磁式（即舌簧式） 、壓電式（即晶體式）等幾種；按其頻率范圍可分為低音揚(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器、高音揚(yáng)聲器。電動式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)和工作原理電動式揚(yáng)聲器應(yīng)用最廣泛為紙盆式1紙盆式揚(yáng)聲器紙盆式揚(yáng)聲器其結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。它由三部分組成：①振動系統(tǒng)，包括錐形紙盆、音圈和定位支片等；②磁路系統(tǒng)，包括永久磁鐵、導(dǎo)磁板和場心柱等；③輔助系統(tǒng)，包括盆架、接線板、壓邊和防塵罩等。當(dāng)處于磁場中的音圈有音頻電流通過時(shí)，就產(chǎn)生隨音頻電流變化的磁場，這一磁場和永久磁鐵的磁場發(fā)生相互作用使音圈沿著軸向振動，由于揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)簡單低音豐滿音質(zhì)柔和頻帶寬，但效率低。 圖 25 紙盆式揚(yáng)聲器其結(jié)構(gòu)就在商廠報(bào)警電路元件的選用時(shí)，無意中發(fā)現(xiàn)了音樂集成電路 [4]，它是一種樂曲發(fā)生器，它可以向外發(fā)送固定存儲的樂曲。它具有聲音悅耳、外接元件少、價(jià)格低、功能全面及使用方便等特點(diǎn)，因而音樂集成電路在家用電器，時(shí)鐘，玩具等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通過比較蜂鳴器﹑揚(yáng)聲器和音樂集成電路的外接元件數(shù)量、價(jià)格、功能全面性及使用方便等特點(diǎn)決定采用音樂集成電路作為本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路模塊，該模塊將在第 4 章音樂集成電路報(bào)警模塊設(shè)計(jì)中做詳細(xì)介紹。3 無線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)LRT15CTM4S 系列是紅外遙控接收模塊。它已轉(zhuǎn)移成型、體積小、重量輕和低電流消耗。該模塊的最大優(yōu)點(diǎn)就是即使在很弱的光源下也能可靠運(yùn)行、并保護(hù)、防止不受控制的輸出脈沖的干擾。 LRT15CTM4S紅外接收遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)模塊介紹本小節(jié)將詳細(xì)介紹 LRT15CTM4S 紅外遙控接收模塊（見圖 31）的主要特性、引腳特征、光電特性、 、 ，外部尺寸等物理特性。 主要特性（1）供電電壓 V～ 之間 ；（2）光電檢測器及前置放大器封裝在一起；（3）PCM 頻率的內(nèi)部過濾器；（4）對不同種干擾光源的免疫力較強(qiáng)；（5）低效輸出（6）低功率消耗； 圖 31 LRT15CTM4S因 LRT15CTM4S 紅外遙控接收模塊具有上述的主要特性，所以其應(yīng)用范圍也是比較廣泛的。大致有①AV 設(shè)備（如：電視，DVD 播放機(jī)，音響，CD 播放機(jī)，機(jī)頂盒等） ；②家電（如：電腦，空調(diào)，照相機(jī)等） ；③紅外遙控器控制玩具。LR 系列紅外遙控接收模塊的引腳配置和載波頻率如表 31 所示。表 31 LR 系列引腳配置和載波頻率 工作原理發(fā)射裝置輸出波形 紅外模塊輸出波形 圖 32 輸出波形LRT15CTM4S紅外遙控接收模塊工作原理方框圖如圖31所示。當(dāng)無線發(fā)射裝置有信號輸入后，通過自動增益控制器保證通道內(nèi)的信號同步放大穩(wěn)定動態(tài)工作點(diǎn),以達(dá)到更高的傳輸效率。通過限制器將突發(fā)的信號、過強(qiáng)的信號、誤操作所產(chǎn)生的大信號和聲反饋，按一定的比例進(jìn)行壓縮或限幅，解決了功率放大器過載問題，從而保護(hù)了昂貴的功率放大器和揚(yáng)聲器。通過濾波器過濾掉不理想的信號，得到單一頻段的理想信號，保證了信號傳輸?shù)恼_。通過高峰活塞和比較器比較電壓，然后根據(jù)比較結(jié)果，把輸出電壓設(shè)定在數(shù)字高態(tài)。通過積分器將前后信號疊加。最后通過施密特觸發(fā)器對脈沖邊緣進(jìn)行整形和產(chǎn)生輸出方波脈沖，如圖32所示。 外部應(yīng)用電路（1）該元件的外部應(yīng)用電路 [5]如圖 33 所示。圖 33 外部應(yīng)用電路輸入輸出 外部特征 注意事項(xiàng)（1）在不會造成其變型或變質(zhì)的地方儲存和使用。 （2）在非很濕的地方儲存和使用。 （3）為了防止靜電的損害，在使用前確保人體和烙鐵間接地。 （4）電源和地線之間接入解耦冷凝器（47μf470μf）以減少供電線路噪音影響。（5）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的表現(xiàn)取決于環(huán)境條件和周邊元件的能力。因此，這里強(qiáng)烈推薦該接收模塊與周邊元件如電阻器，冷凝器，繼電器等共同使用。 材料配置表 1 LRT15CTM4S 系列材料配置規(guī)格 配置 備注集成電路 硅(99%)光電二極管 硅(99%)引線框架 鐵（%），銀（%）環(huán)氧樹脂 樹脂（%），固化劑（%）銀環(huán) 銀（80%）樹脂（10%），固化劑（10%）導(dǎo)線 金（%）盾狀盒 鐵（99%），錫（1%） 內(nèi)部 無線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)無線接收模塊的設(shè)計(jì)如圖 34 所示，LRT15CTM4S 紅外接收遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)模塊的 Vcc 腳接+5V 電壓，GND 腳接地，Vout 腳接 AT89C51 單片機(jī)的 P00 口。當(dāng) LRT15CTM4S 紅外接收頭收到彩色電視遙控器的脈沖信號后，就能通過其內(nèi)部電路給單片機(jī)P00 口一個(gè) 高電平，完成無線收發(fā)模塊的工作環(huán)節(jié)。圖 34 無線收發(fā)模塊4 音樂集成電路模塊設(shè)計(jì)音樂集成電路報(bào)警模塊是該設(shè)計(jì)的信號觸發(fā)模塊和報(bào)警電路模塊的組合模塊，將彈簧開關(guān)作為信號觸發(fā)模塊，音樂集成電路作為報(bào)警電路模塊。下面將對該部分的設(shè)計(jì)做詳細(xì)的介紹。 音樂集成電路音樂集成電路是一種樂曲發(fā)生器，它可以向外發(fā)送固定存儲的樂曲。它具有聲音悅耳、外接元件少、價(jià)格低、功能全面及使用方便等特點(diǎn)，因而音樂集成電路在家用電器，時(shí)鐘，玩具等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 音樂集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理音樂集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 41 所示，它由振蕩電路、音調(diào)發(fā)生器、包絡(luò)發(fā)生器、驅(qū)動電路、速度控制、節(jié)奏發(fā)生器、存儲器（ROM）和前置放大器等組成。圖 41 音樂集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖下面將圖中各電路的功能作以簡要介紹。（1）振蕩電路振蕩電路與外接電阻 R 構(gòu)成完整的振蕩器，其振蕩頻率與 R 阻值的大小有關(guān)，一般振蕩頻率為 5OkHz 或 10OkHz，振蕩頻率是音調(diào)發(fā)生器和節(jié)奏發(fā)生器的時(shí)間基準(zhǔn)，該頻率用作音調(diào)、節(jié)奏、速度的時(shí)間基礎(chǔ)，它直接影響樂曲的質(zhì)量。（2）音調(diào)發(fā)生器音調(diào)發(fā)生器按存儲器（ROM）的數(shù)據(jù)分配產(chǎn)生不同音調(diào)的代碼。音調(diào)頻率范圍一般包括兩個(gè)八度音音階。（3）包絡(luò)發(fā)生器包絡(luò)發(fā)生器的功能是產(chǎn)生包絡(luò)信號，包絡(luò)信號的形狀決定著樂曲的音色。音調(diào)信號和節(jié)奏信號經(jīng)包絡(luò)發(fā)生器形成合成音樂信號后輸送給驅(qū)動電路。（4）驅(qū)動電路不同的集成電路驅(qū)動電路各不相同，有的在輸出端輸出電流，可直接驅(qū)動壓電蜂鳴器，有的集成電路內(nèi)還設(shè)置有前置放大器。（5）速度控制速度控制可提供與放音速度相匹配的速度，這種速度已按編好的程序固化在集成電路內(nèi)，不能由外部選擇。（6）節(jié)奏發(fā)生器節(jié)奏發(fā)生器按存儲器（ROM）的數(shù)據(jù)分配，可提供八種節(jié)拍去控制 ROM 地址時(shí)鐘，如1/1/3/3/4 拍?！　。?）存儲器存儲器(ROM)的存儲容量有 64 字七位的，也有 512 字七位的不等，其中四位用于控制音調(diào)發(fā)生器，三位用于控制節(jié)奏發(fā)生器，同時(shí)也提供自停信號。 音樂集成電路報(bào)警模塊設(shè)計(jì)該模塊用到了整流二極管 [7]、晶體三極管、直流繼電器及音樂集成電路等電器元件，下面將對各個(gè)元件的工作原理及型號的選用做詳細(xì)的介紹。 整流二極管的選用 整流二極管的工作原理 晶體二極管為一個(gè)由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形成的 pn 結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于 pn 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑制作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流 I0。 當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，pn結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為整流二極管的擊穿現(xiàn)象。 整流二極管的導(dǎo)電特性二極管最重要的特性就是單向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通過簡單的實(shí)驗(yàn)說明二極管的正向特性和反向特性。（1）正向特性 在電子電路中，將整流二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式稱為正向偏置。當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，整流二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓” ，鍺管約為 ，硅管約為 ）以后，整流二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為 ，硅管約為 ） ，稱為二極管的“正向壓降” 。 （2）反向特性 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。整流二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)整流二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單向?qū)щ娞匦裕@種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。在本設(shè)計(jì)中對整流二極管并沒有太多的性能要求，只要具備了二極管的單向?qū)щ娦跃涂梢粤?，在電路中起到保護(hù)電子元件的作用。所以本設(shè)計(jì)將采用 IN4007 型鍺二極管。 晶體三極管的選用 三極管放大電路的基本原理晶體三極管 [8]是一種電流放大器件，有集電極 C，基極 B，發(fā)射極 E 三個(gè)極。晶體三極管按材料分常見的有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有 NPN 和 PNP 兩種結(jié)構(gòu)形式，使用最多的是硅 NPN 和 PNP 兩種，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的。我們僅以 NPN 型硅三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。圖 42 NPN 型硅三極管引腳圖如上圖 42 所示，我們把從基極 B 流至發(fā)射極 E 的電流叫做基極電流 Ib；把從集電極 C 流至發(fā)射極 E 的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所