北邮模电实验（下）－声控报警电路设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：14.86M 资料格式：doc 举报版权申诉

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声控报警电路设计学院: 信息与通信工程学院 1

一、摘要本文介绍了简易的声控报警器的构成、功能以及工作原理。本电路主要由声控放大电路、比较电路、延时电路以及方波震荡电路构成，利用麦克风获得声音信号并将其转换为电信号，先经过 LM358 两级放大后，再由另一个 LM358 以及二极管 1N4148 构成的比较器，然后再经过一个简易的 RC 延时电路输出至 CD4011 形成方波震荡，使得蜂鸣器发出声音，报警灯亮起，起到警报作用。通过多次调试，最终达成实验要求。本电路整体简洁，制作方便，性能可靠。关键词：LM358、1N4148、RC 延时电路、CD4011 二、设计任务要求 1、基本要求在麦克风近处击掌（模拟异常响动），电路能发出报警声，持续时间大于 5s。声音传感器用驻极体式咪头，蜂鸣器用无源压电式蜂鸣器。 2、提高要求增加报警灯，使其闪烁报警。三、设计思路、总体结构框图 1、设计思路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。为了使蜂鸣器发声持续一段时间，要用一个延时电路保持比较器输出电平维持相应的时长。 2、总体结构框图麦克放大器比较器方波振荡器四、分块电路和总体电路的设计 1、麦克输入部分电路延时电路蜂鸣器 2

麦克风有两个管脚，与外壳相连接的是负极。麦克正极通过一个滑动变阻器连接到 Vcc＝10V。通过反复调试变阻器的阻值，使得麦克在相应电压下可以正常工作（拍掌有电信号输出）。电容 C1 的作用是滤掉麦克的直流分量，使得麦克输入只有由声音信号转变而来的交流信号。R1 是将电容 C1 上的多余的电荷放掉，使得 C1 可以正常工作。 2、放大器部分电路首先，要先来介绍一下 LM358 的构造，下图是它的结构图。 LM358 是由两个运算放大器构成，分别是 1、2、3 和 5、6、7，8 口接 Vcc＝10V， 4 口接 VEE＝－10V。下面来介绍一下我设计的两级放大电路。（如下图）将麦克输入的微弱的电信号进行放大，电路从 2 口输入，7 口输出。一级放大倍数 K1=R4/R2=10，二级放大倍数为 K2=R7/R5=10，最终的放大倍数为 K＝ K1*K2=100。也就是说经过两级放大后的麦克信号应该为原先的 100 倍。一般麦克从声音信号转变而来的电信号，大概在几十毫伏左右，经放大电路放大后，可达到几伏，甚至十几伏左右。管脚接法在图中已经标出。 3

下图为二级放大的输出波形，即当输入接函数发生器时的波形，输入为 1kHZ，峰峰值为 100mv 的正弦波，经 100 倍放大后输出。此处由声音信号转变而来的电信号图像十分复杂、紊乱，调试放大器的时候采用函数信号发生器来作为输入。 4

3、比较器比较器是由一个 LM358 和一个 1N4148 二极管构成，本图采用反相电压比较器，其门限电压 Uth 大概在 4V 左右（我测的是 4.2V），当输入大于门限电压时输出为负电平，输入小于门限电压时输出为正电平，此处电压比较器起到一个开关的作用。电压比较器后面那一级相当于放大一倍，保持输出。下图为比较器的波形，输出为一个正向电平，表示开始的输入低于门限电压 Uth。 5

4、延时电路延时电路电路图如左图所示，延时主要体现在电容的充放电的过程，利用电容这个性质来延时，右图是延时时间的推导。通过 t 的函数关系，调整电容和电阻的大小来控制延时时间。 5、方波振荡器下图为 CD4011 的管脚图，CD4011 由四个与非门构成，其中 14 管脚接 Vcc＝10V， 7 管脚接地，从 1 口输入。 6

由于 Vcc 接 10V，经查阅资料，所用高电平电压大概在 7V 到 10V 之间。此电路相当于音频振荡器，它能否产生震荡完全取决于 1 口的输入信号。当 1 输入为低电平“0”时，3 口为“1”，4 口为“0”，10 口为“1”，11 口为“0”，并且保持下去，不会发生震荡。而输入为高电平“1”时，通过反馈电阻和电容可以形成自激震荡，蜂鸣器发出声响，报警灯亮起。实际电路中应注意，在输出端要串上一个小电容，作用是滤掉多余的高频分量，使波形更完美，声音杂音更少。同时此电路接线距离小，容易发生接触不良，插线时要尽量使导线的金属头略长一些。下图为方波的输出波形，输出频率接近于 2kHZ，幅值大约在 10V 左右。 6、整体电路 7

如上图所示整体电路图，麦克接两级放大，接比较延时电路，再接方波震荡电路，蜂鸣器和发光二极管输出。实物电路图如下图 8

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