智能防盗报警器的设计与制作分解

智能报警器的设计与制作

[摘 要]：随着我国的崛起，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各

种自行车，电动自行车，摩托车，汽车和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也

是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，

越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。

振动报警器能这种电路主要由振动放大电路、单稳态触发器电路、报警电路组成，设计利用

三极管放大后触发由NE555集成芯片构成的单稳态触发器,输出电压驱动报警器工作。

[关键词]：CK-9561，NE555，单稳态触发器

Design and production of intelligent alarm

Abstract：With China's rise, the rapid development of electronic appliances. People's living

standard has been greatly improved. All kinds of bicycles, electric bicycle, motorcycle, car and

valuables owned by many families. However, some unlawful elements are also more and more.

That is why most people see the security awareness is not strong enough, caused by the theft

phenomenon it is often seen. Therefore, more and more households are very concerned about

security issues on the property.

Vibration alarm can this circuit is mainly composed of a vibration amplifying circuit,

biostable trigger circuit, alarm circuit, design of the triode amplified to trigger a biostable

multivibrator is composed of a NE555 integrated chip, the output voltage driving.

Keywords：Passive infrared alarm; pyroelectric infrared (PIR); sensor; pyroelectric effect;

Fidel lens

目 录

第一章 绪论 .................................................................................. 1

1.1本课题的研究的背景以及方案 ............................................ 1

1.2 报警器的简介及发展趋势 .................................................. 1

1.3 方案确立及系统框图 ......................................................... 4

第二章 主要元器件介绍 ................................................................ 5

2.1 NE555 ................................................................................ 14

2.1.1 NE555简介 .................................. 错误！未定义书签。

2.1.2 NE555集成电路的框图及工作原理错误！未定义书签。

2.2 9014三极管 ......................................... 错误！未定义书签。

2.3 ck-9561集成语音电路 ........................ 错误！未定义书签。

2.4 水银开关 ............................................. 错误！未定义书签。

第三章 电路图及报警原理 ............................................................ 19

第四章 电路制作及调试 .................................. 错误！未定义书签。

4.1 电路板的制作 ................................................................... 19

4.1.1 元件清单 ................................................................. 20

4.1.2 实物图 ........................................ 错误！未定义书签。

4.2 报警器实物的焊接 ........................................................... 20

4.2.5 元器件的焊接要点 ...................... 错误！未定义书签。

4.2.6 烙铁使用的注意事项................................................ 21

5.3 电路测试 ......................................................................... 21

第五章 设计总结 ........................................................................ 22

5.1 功能分析 .......................................................................... 22

5.2 心得体会 .......................................................................... 22

5.3 未来展望 .......................................................................... 22

致 谢 ........................................................................................ 23

参考文献 ....................................................................................... 23

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第一章 绪论

1.1本课题的研究的背景以及方案

随着我国的崛起，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各

种自行车，电动自行车，摩托车，汽车和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一

些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成

偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。人

们因此发明了防盗报警器。

报警器是对用于发生警情、危险、紧急情况等状况下以声音、光线、电波

等形式发出警报的电子产品的统称。随着科技的进步，机械式报警器越来越多

地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医

疗救护、应急救灾等领域，与社会生产、生活密不可分。

防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内

的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能

采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一

旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，

使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、

访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统. 防盗报警系统通常

由探测器（又称防盗报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。报警探测

器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械

部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元

件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测

目的的报警探测装置。家用报警器主要利用现有的电话网络或则无线手机GSM

网络，通过无线或则有线的方式，连通主人电话，或则手机，实现远程防盗功

能的电子产品。目前市面上流行的产品主要有一个接受信号的防盗主机和一系

列警情探测器组成，如红外探测器。门磁，烟雾探测器，红外栅栏等。

本次主要是设计一个简单的振动报警器利用集成NE555芯片作为触发器，音乐

芯片CK-9561而制成，电路能使其利用物体的撞击、行人的脚步、车辆行驶的

震动作为触发信号，使报警器发出报警信号。电路尽量设计得简单明了，使用

的元器件尽可能的少，但是要求其功能明显，稳定性高，不易产生误报警。灵

敏度高，成本低廉。

1.2 报警器的简介及发展趋势

近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平

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有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不

法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现

象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。

报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用

于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种

价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加

有效的作用。由于振动报警器体积小，灵敏度高具有很强的隐蔽性和保密性，

因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。振动报警器大多数采用国

外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括脚步触发报警器，汽车报警器等符

合现在人们提倡的节能意识的产品更是受到现代人的青睐。此外，其价格低廉、

技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。

红外线报警器：

红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当

感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。

图 1-1 红外线报警器

GSM报警器：

GSM防盗报警器是新型防盗报警器的一种。 就是利用防盗报警器主

机，内置GSM手机卡，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号

报警。通过无线或则有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。

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图 1-2 其它类型的防盗报警器

报警器在安防行业可谓元老。安防安防，最初在人们脑海中的观念就是防盗。

为了防盗，人们从最早安装防盗窗、防盗门，到其后的技能防卫如安装防盗报

警器或监控摄像头等本领，走过了多个春秋。在防盗报警器降生以来，人们对

它的有效性一直持猜疑立场，尤其是防盗报警器误报率高一直为人诟病。怎样

办理防盗报警器误报题目成为业内所存眷的题目。跟着技能的更新，最早的声

光报警器已经逐渐淡出人们的视线，取而代之的是报警更准，更隐蔽的报警器。

传统的一代防盗报警器首要通过线传导报警信号，声光阻吓入侵者来到达目标。

但新一代的技能将在这上面有所刷新，尤其是在防盗报警器的误报上。

报警信息的传输在防盗报警器中至关重要。窃案大大都产生在无人的环境

下，声光报警这时每每起不到上面浸染。传统的防盗报警器传输报警信号首要

通过毗连牢靠线，预设号码举办报警。但这存在的布线以及易被粉碎的题目。

今朝，由于互联网已经在家庭内遍及，使得无线收集报警成为大概。家庭用无

线收集报警器不需要成立专网，可直接和互联网对接。这可以让防盗报警器越

发机动，没有了布线，也不怕电线被粉碎等题目。由此可见，收集化必将是其

将来的成长趋势。同样，为了将来小区、构造等各个安防装备的集成化，收集

化的到来必将利便将来的集成，成为集成化的马前卒。

此刻的防盗报警器面对最大的题目就是误报题目。有时辰因为意外的声响，

宠物、小孩等不小心的碰触都大概导致误报。久而久之，误报和真报会让人难

以判别，且每次去人力核实报警的支出其实太大，于是，视频核实技能浮出水

面。在防盗报警器上加装一个摄像头可能集成联动其他摄像头举办视频核实已

经很是有须要。

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报警体系等子体系都是彼此独立的，不能满意安防整体打点的需要。用户要实

现安防体系的"一体化、集成化"打点，实现整个安防体系的彼此联动，使整个

安防体系成为一个有机的整体，就必需把安防体系中最重要、关联最细密的报

警子体系和视频复核子体系团结起来，这样才气充实进步企业级安防的技防程

度和打点程度。因此报警视频复核技能，也就是报警体系与视频体系的团结同

一。

1.3 方案确立及系统框图

本系统采用压电陶瓷片作为传感器采集震动信号，经三极管C9014两级放

大后触发一个NE555芯片构成单稳态触发器，通过音乐芯片驱动扬声器促使扬

声器和发光二极管工作，来达到震动报警的效果。

震动采集 放大电路

555单稳态9561音乐芯

触发器 片

扬声器

图 1-3系统框图

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第二章 主要元器件介绍

2.1 NE555

2.1.1 NE555简介

NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signet Corporation发布，在当时是唯

一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出

许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455

已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在

功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555生产厂家其中主要由此5家厂家、5大品牌技术商生产、NXP恩智浦、

TI德洲、NEC日电、ST意法半导体、FAIRCHILD仙童。

NE555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。它的作用

范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（biostable Multivibrator）及

无稳态多谐振荡器（Astable Multivibrator）。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 556/7556。

555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 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。

555 的8 脚是集成电路从分压器上看出，上比较器6 脚A1 的５脚接在R1 和R2

之间，所以5 脚的电压固定在2UCC/3 上；下比较器A2 接在R2 与R3 之间，A2 的

同相输入端电位被固定在UCC/3 上。

NE555该型号，市场上比较常见，在各大网站上，搜索比较频繁。NE555

报价差异较大，主流品牌是TI、ST、NULL及国产品牌，国外品牌的价格一

直相对偏高，各商户报价在0.4-1元/PCS区间波动；国产品牌价格就非常低，

由于价格相对较低，利润已经压制很窄空间，因此降价空间小，有时候市

场还出现小幅度的涨价现象。

NE555 8脚是电源端，1 脚为地。2 脚为触发输入端；3 脚为输出端，输出

的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6 脚和下比较器2 脚的控制。当

触发器接受上比较器A1 从R 脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3 脚

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输出低电平；2 脚和6 脚是互补的，2 脚只对低电平起作用，高电平对它不起作

用，即电压小于1Ucc/3，此时3 脚输出高电平。6 脚为阈值端，只对高电平起作

用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2 Acc/3，称高触发端，3 脚输出低

电平，但有一个先决条件，即2 脚电位必须大于1Ucc/3 时才有效，功能表见表1。

3 脚在高电位接近电源电压Acc，输出电流最大可打200mA。4 脚是复位端，当4 脚

电位小于0.4V 时，不管2、6 脚状态如何，输出端3 脚都输出低电平。5 脚是控

制端。7 脚称放电端，与3 脚输出同步，输出电平一致，但7 脚并不输出电流，

所以3 脚称为实高（或低）、7 脚称为虚高，如图2-1所示。

图 2-1 NE555引脚图

NE555定时器的电路功能如表2-1所示

表2-1 555芯片电路功能表

2.1.2 NE555集成电路的框图及工作原理

NE555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。

但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速

等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电

路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使

用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十

个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比

较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图2-2所示。

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图2-2 555集成电路内部结构图

图2-3 NE555集成电路内部电路图

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NE555构成单稳态触发电路

单稳态触发器只有一个稳定状态，在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以

从一个稳定状态翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态。用

555定时器构成单稳态触发器如图2-4所示：

图 2-4 555定时器构成的单稳态触发器

如图2-4所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Ac

与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo'（7脚）相连。单稳态触发器输出

脉冲宽度opt=1.1RC。I、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负

脉冲宽度dpi限制在允许的范围内，一般dpi>5RiCi，通过微分环节，可使Vi'

的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度opt。若输入信号的负脉冲宽度

dpi本来就小于opt，则微分环节可省略。 定时器复位输入端（4脚）接高

电平，控制输入端Am通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触

发器的单稳信号输出端。

(1) 工作原理

当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi'由于I的存在而为高电

平Acc。此时，①若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使

电容C放电、Ac=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。

②若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Acc经R向C充电，

使Ac电位升高，待Ac值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。

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单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳

态触发器的输出Vo一定是低电平。

单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析，图2-5为其工作波形：

图 2-5 单稳态触发器工作波形

①触发翻转阶段：

输入负脉冲Vi到来时，下降沿经Ricci微分环节在Vi'端产生下跳负向尖

脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。由于稳态时Ac低于正向阀值（2/3Vcc），

固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发

器进入暂稳状态。

②暂态维持阶段：

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由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Acc通过R向C充电，Ac按指数

规律上升并趋向于Acc。从暂稳态开始到Ac值到达正向阀值（2/3Vcc）之前的

这段时间就是暂态维持时间opt 。

③返回恢复阶段：

当C充电使Ac值高于正向阀值(2/3Vcc）时，由于Vi'端负向尖脉冲已消

失 ，Vi'值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低电平，集电极

输出端（7脚）对地导通，暂态阶段结束。C通过7脚放电，使Ac值低于正向阀

值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。

2.单稳态触发器应用举例

利用单稳态触发器的特性可以实现脉冲整形，脉冲定时等功能。

①脉冲整形

利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输

入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。

如图2-6所示的不规则输入波形，经单稳态触发器处理后，便可得到固定宽

度、固定幅度，且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。

图 2-6 脉冲整形

②脉冲定时：

若将单稳态触发器的输出Vo接至与门的一个输入脚，与门的另一个输入脚

输入高频脉冲序列Cf。单稳态触发器在输入负向窄脉冲到来时开始翻转，与门

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开启，允许高频脉冲序列通过与门从其输出端VAND输出。经过opt定时时间后，

单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲序列输出。由此实现了高频脉

冲序列的定时选通功能，工作波形如图2-7所示：

图2-7脉冲定时

2.2 9014三极管

9014是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到

它，应用范围很广,它是Np型小功率三极管，

9014（TO-92封装）管脚图

三极管

１、发射极 ２、基极 ３、集电极

集电极最大耗散功率PCM＝0.4W（Camb=25℃）

集电极最大允许电流ICM=0.1A

集电极基极击穿电压BVCBO=50V

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集电极发射极击穿电压BVCEO=45V

发射极基极击穿电压BVEBO=5V

集电极发射极饱和压降VCE(sat)=0.3V (IC=100mA; IB=5mA)

基极发射极饱和压降VBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA)

特征频率T=150MHz

HFE： A=60~150; B=100~300; C=200~600; D=400~1000

主要用途：作为低频、低噪声前置放大，应用于电话机、VCD、DVD、

电动玩具等电子产品（与C9015互补）

2.3 ck-9561集成语音电路

CK9561是语音合成报警集成电路见图2-7所示，芯片内储存了四种声音可供

选用。CK9561集成电路芯片自右向左5个焊盘分别是：电源正端VDD（也为触发端）;

振荡端OSC应外接一只振荡电阻；输出端OUT；电源负端Ass。声音类别选择端TR1、

TR2。CK9561储存的声音及其对应接线如表3-2。

图 2-7 CK9561封装图

表 2-2储存的声音及其对应接线

TR1 TR2 模拟声音

不接 不接 警车声

VSS 不接 救护车声

VDD 不接 消防车声

不接 VDD 机枪声

2.4 水银开关

水银开关，又称倾侧开关，是电路开关的一种，以一接着电极的小巧容器储

存着一小滴水银，容器中多数为真空或注入惰性气体。因为重力的关系，水银水

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珠会随容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路

闭合，开启开关。

图 2-8 水银开关剖析图

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第三章 电路图及报警原理

一般来说，震动传感器在机械接收原理方面，只有相对式、惯性式两种，但

在机电变换方面，由于变换方法和性质不同，其种类繁多，应用范围也极其广泛。

在现代震动测量中所用的传感器，已不是传统概念上独立的机械测量装置，它仅

是整个测量系统中的一个环节，且与后续的电子线路紧密相关。

由于传感器内部机电变换原理的不同，输出的电量也各不相同。有的是将机

械量的变化变换为电动势、电荷的变化，有的是将机械震动量的变化变换为电阻、

电感等电参量的变化。一般说来，这些电量并不能直接被后续的显示、记录、分

析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器，必须附以专配的测量线路。

测量线路的作用是将传感器的输出电量最后变为后续显示、分析仪器所能接受的

一般电压信号。因此，震动传感器按其功能可有以下几种分类方法：

按机械接收原理分：相对式、惯性式；按机电变换原理分：压电式、压阻式、

电容式、电感式（电动式、电涡流式）以及光电式。按所测机械量分：位移传感

器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭震传感器、扭矩传

感器。以上三种分类法中的传感器是相容的。

(1) 相对式电动传感器，电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体

在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而

生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一

个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势

同被测震动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。

(2) 电涡流式传感器，电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通

过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的震动位移或幅值的。电涡

流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触

式测量等优点，主要应用于静位移的测量、震动位移的测量、旋转机械中监测转

轴的震动测量。

(3) 电感式传感器，依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把

被测的机械震动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二

种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。

(4) 电容式传感器，电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变

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公共面积式。可变间隙式可以测量直线震动的位移。可变面积式可以测量扭转震

动的角位移。

(5) 惯性式电动传感器，惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承

弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该

足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有

频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r，式中B为磁通密度，l为

线圈在磁场内的有效长度， r x&为线圈在磁场中的相对速度。

从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其

输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运

动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信

号来说，感应电动势是同被测震动速度成正比的，所以它实际上是一个速度传感

器。

(6) 压电式加速度传感器

压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利

用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英

晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中

查到。）在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电

荷产生，这种从机械能（力，变形）到电能（电荷，电场）的变换称为正压电效

应。而从电能（电场，电压）到机械能（变形，力）的变换称为逆压电效应。

因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在震动测量中，由于压电

晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正

比，所以压电式传感器是加速度传感器。

(7) 压电式力传感器，在震动试验中，除了测量震动，还经常需要测量对试

件施加的动态激震力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和

重量轻等优点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体

的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。

(8) 阻抗头，阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加

速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激震力的同时测量该点的运动响

应。因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，

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它的优点是，保证测量点的响应就是激震点的响应。使用时将小头（测力端）连

向结构，大头（测量加速度）与激震器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激

震力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。

注意，阻抗头一般只能承受轻载荷，因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及

材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头，其信号转换元件都是压电晶体，

因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。

(9) 电阻应变式传感器，电阻式应变式传感器是将被测的机械震动量转换成

传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见

的是电阻应变式的传感器。

电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原

长变化，从而应变片阻值变化，实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电

阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。

3.1 压电陶瓷片

压电陶瓷片，俗称蜂鸣片，压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片

铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音

频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。

压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩

具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。实物如图3-1。

当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。

另一方面，当震动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给

由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的震动器，所谓叫双压

电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲震动发射出超声波。相反，

当向双压电晶片元件施加超声震动时，就会产生一个电信号。基于以上作

用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。

介电常数是反映材料的介电性质，或极化性质的，通常用ε来表示。不同用

途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。例如，压电陶瓷扬声器等

音频元件要求陶瓷的介电常数要大，而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常

数要小。介电常数ε与元件的电容C，电极面积A和电极间距离t之间的关系为

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ε= C·t/ A （1-1）

式中，各参数的单位为：电容量C为F，电极面积A为m 2，电极间距t为m，

介电常数ε为F/ m。

有时使用相对介电常数εr（或κ），它与绝对介电常数ε之间的关系为

εr= ε/εo (1-2)

式中，εo为真空（或自由空间）的介电常数，εo= 8. 85×10 - 1 2（F/m），而

εr则无单位，是一个数值。

图3-1压电陶瓷片

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图3-2 振动报警器电路图

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第四章 电路制作及调试

4.1 电路版的制作

在插放元件前先用电工刀将电路板的外型设计好，是否与它的外壳相匹配。

先插小元件，再焊大元件。

在插放元件的时候，最好对个元件的性能进行检测，我们所购买的都不是军

用元件，存在一定的误差。不同的三极管引脚排列顺序不一样，对电阻、电容、

电解电容、二极管、三极管、可控硅、稳压二极管 、集成电路等的识别及检测

焊接的时候应注意烙铁的温度，最好不要在电风扇下面，以免风扇影响烙铁头的

温度。同时要注意焊接技术，不要出现尖角，剪除引脚的时候，引脚不要留的太

长，避免不必要的干扰。手工走线要横平竖直，避免交叉，跳线的情况。

4.1.1

元件清单

表 4-1 元器件清单

名称 规格 数量

2M

电阻 各10个

1M

500K

1K

180K

47K

270

4.7uf

0.1u

220u

47uf

电容

各3个

变压器 12V 1个

NE555 1个

CK9561 1个

稳压二级管 5V 1个

发光二极管 1个

电位器 500K,2M 1个

喇叭 8欧0.5瓦 1个

三极管 VT9014 3个

振动传感器 1个

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4.1.2 实物图

图 4-1 实物图

4.2 报警器实物的焊接

4.2.1 元器件的焊接要点

用电烙铁焊接元件是基本的装配工艺，它对保证电子产品的质量起着关键的

作用。下面介绍一些元器件的焊接要点。

1. 焊接最好是松香、松香油或无酸性焊剂。不能用酸性焊剂，否则会把焊

接的地方腐蚀掉。

2. 焊接前，把需要焊接的地方先用小刀刮净，使它显出金属光泽，涂上焊

剂，再涂上一层焊锡。

3. 焊接时电烙铁应有足够的热量，才能保证焊接质量，防止虚焊和日久脱

焊。

4. 在焊接晶体管等怕高温器件时，最好用小平嘴钳或镊子夹住晶体管的引

出脚，焊接时还要掌握时间。

5. 烙铁在焊接处停留的时间不宜过长,元器件的焊接时最好控制在2～3

秒。

6. 烙铁离开焊接处后，被焊接的零件不能立即移动，否则因焊锡尚未凝固

而使零件容易脱焊。

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7. 半导体元件的焊接最好采用较细的低温焊丝，焊接时间要短。

8. 对接的元件接线最好先绞和后再上锡。

9. 焊接完成后，剪掉多余的引脚。

4.2.2 烙铁使用的注意事项

1. 新买的烙铁在使用之前必须先给它蘸上一层锡（给烙铁通电，然后在烙

铁加热到一定的时候就用锡条靠近烙铁头），使用久了的烙铁将烙铁头部锉亮，

然后通电加热升温，

并将烙铁头蘸上一点松香，待松香冒烟时在上锡，使在烙铁头表面先镀上一层

锡。

2. 电烙铁使用一段时间后，可能在烙铁头部留有锡垢，在烙铁加热的条件

下，我们

可以用湿布轻檫。如有出现凹坑或氧化块，应用细纹锉刀修复或者直接更换烙铁

头。

3. 电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上，不用时应放在烙铁架上，但较

长时间不用时应切断电源，防止高温“烧死”烙铁头（被氧化）。要防止电烙铁

烫坏其他元器件，尤其是电源线，若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安

全事故。

4. 不要把电烙铁猛力敲打，以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。

4.3 电路测试

通电前，先仔细检查已焊接好的电路板，确保焊接无误。然后，用万用表的

电阻挡测量正负极之间有无短路和开路现象，若不正常，应排除故障后再通电。

在电路无可调试元器件，只要元器件无损，连接无误，一般都能正常工作。

在实验室测试时，可以不必加菲涅透镜，直接用KP506B检测人体的运动。

将传感器背对人体，用手臂在传感器前移动（注意传感器的预热时间），观察发

光二极管的亮暗情况，即可以知道电路的工作情况。

如电路不工作，在供电电压正常的前提下，可由前级至后逐级测量各级输出端有

无变化的电压信号。以判断电路各级工作状态。在传感器无信号输出时，A1的

静态输出电压为0.4～1V之间，A2的静态输出电压为2.5V，A3、A4静态输出均

为低电平。若那一级有问题，排除故障。

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第六章 设计总结

6.1设计功能分析

打开开关，指示灯亮，延时15秒，给报警器一个外界振动，发生报警，报

警延时30秒，关闭开关，指示灯灭，警报解除！说明报警器设计及组装都很成

功！

6.2 心得体会

实验过程中碰到的刚开始不能发声的情况完全是粗心导致的，如果当时认真

点的话，可能一下子就完成了。所以，通过实验意识到要从开始就养成那种细心

地好习惯。这对以后的课程设计甚至是毕业设计都非常有帮助。再者通过这次实

习锻炼了我们的动手及查资料能力。也体会到了成功带来的喜悦，可以说是受益

匪浅。

再次反过来思考这个电路，整个电路简单明了，可以根据此电路图应用到实

际中去。555电路应用十分广泛，在以后的学习时间中会对它有更加深入得了解，

将其灵活运用。

在老师的精心指导和同学的帮助下，我们基本完成了此次任务。期间，我们

深刻体会到团结就是力量，并认识到理论知识应该通过实践来更好的掌握。

6.3 产品进一步升级方案

本产品在设计较为简单,制作方便,所以它有很大的发展空间。可以在电路板

上添加红外线传感器使它变为复合型报警器,也可以调整它的精度与外壳材料,

使它能够适应不同位置的报警工作。

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致 谢

时间如梭，转眼毕业在即。回想在大学求学的四年，心中充满无限感激和留

恋之情。感谢母校为我们提供的良好学习环境，使我们能够在此专心学习，陶冶

情操。谨向我的论文指导老师王副教授致以最诚挚的谢意！王老师不仅在学业上

言传身教，而且以其高尚的品格给我以情操上的熏陶。本文的写作更是直接得益

于他的悉心指点，从论文的选题到体系的安排，从观点推敲到字句斟酌，无不凝

聚着他的心血。滴水之恩，当以涌泉相报，师恩重于山，师恩难报。

我只有在今后的学习、工作中，以锲而不舍的精神，努力做出点成绩，以博恩师

一笑。

另外，我必须感谢我的父母。焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报。

作为他们的孩子，我秉承了他们朴实、坚韧的性格，也因此我有足够的信心和能

力战胜前进路上的艰难险阻；也因为他们的日夜辛劳，我才有机会如愿完成自己

的大学学业，进而取得进一步发展的机会。

最后，我必须感谢我的朋友，正是因为他们在电脑技术上的无私指引，我才

能得以顺利完成该论文。

参考文献

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[1]陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006；

[2李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社2006.10

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[6]张大明.《单片微机控制应用技术》. 北京：机械工业出版社. 2006.04；

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