一、前言

随着传感技术、信号处理以及通信技术的逐渐发展，报警器设计的功能性也越来越高。能否准确的、可靠的、及时的探测意外情况，有效进行报警，减少损失，保护生命财产安全，是衡量一个报警器性能优劣的重要指标。本文对基于NE555单稳态触发模块的多传感器声光电报警器进行了设计和研制，生活中报警器数据链较为单一，会造成错误报警、一维被动报警，多传感器的提出能有效地进行多维的综合预判报警，以便该报警器能够准确、可靠、及时地探测意外情况，采取措施。

报警器具有体积小，便于安装，造价低的特点，因此其在很多场景的安全技术防范系统中得到了广泛的应用。目前市场上的报警器产品的性能有很大的改进与提高，目前国内报警器主要性能包括智能化程度提高、无声报警功能、无线传输技术、报警判误功能及扩充功能等，目前市场的报警器种类虽然繁多,但它们基本都是独立传感器，只能检测单一信号的，不能同时进行多信号的控制。

本设计正是基于这种现状，把传统的单一功能报警器融为一体，实现多传感器的自动报警器系统。为了解决生活中报警器数据链单一造成的一维被动报警、错误报警，不能有效地进行综合多维的预判报警，提出多传感器融合报警器，以便于准确的、可靠的、及时的发现意外情况，有效进行报警，减少损失，保护生命财产安全。

二、设计框图及原理介绍

NE555声光电报警器主要包括NE555单稳态触发模块，光控、磁控和温控信号检测转换电路，信号放大模块以及声光报警模块。系统整体结构设计如下：

• NE555单稳态触发模块

555定时器主要是依靠内部对于逻辑电平的判断来完成定时和作为触发器的工作，是一种通用的集模拟与逻辑功能为一体的中规模集成电路。采用555定时器有很多的好处，其最大的一个好处就是稳定性相对较强，可以应用于较为复杂的环境当中，另外555定时器正常工作起来其电流较大，可以提高整体系统抗干扰的能力。并且555定时器的电源电压范围较宽，可以在4.5V~16V工作，它能提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3，两个基准电压是整个系统实现触发的一个关键参考标准。

555单稳态触发电路稳态输出时，555单稳态触发器输出低电平；当光、磁、温度信号作为输入量，并且达到了一定值时，555单稳态触发器得到负窄脉冲的触发信号，电路即进入暂稳态，此时输出翻转为高电平，驱动报警控制电路。

• 光信号检测模块

红外报警器检测工作的原理是红外热释电，使用具有高灵敏度的探头能够实现光敏控制且具有高可靠性低能耗的优点，还能够具备温度补偿能力，是报警探头的首选。

通过调制电源提供给红外发射二极管以确定规律变化的调制电流，使发光管发出红外调制光，在一定距离以外用红外光电二极管接收调制光，转换后的信号经放大后控制报警器。红外传感器对管由发射管和接收管组成。当发射管和接收管之间没有遮挡时，反向电压会起作用，接收管反向的饱和漏电流迅速增加形成了光电流，当光电流通过与三极管连接的电阻时，在电阻两端将会产生随入射光变化的电压信号，此时输出高电平，报警电路处于正常状态。当发射管和接收管之间有物体遮挡时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，此时相当于光敏二极管截止，此时输出低电平，三极管也导通，此时报警电路处于触发状态，蜂鸣器响起，绿LED闪烁。

• 磁控、温控电路

磁控、温控电路将干簧管、温度开关的信号接入555单稳态触发器的触发输入信号，干簧管可选用常开型，平常时，保持开离状态。施加外部磁场时，接点闭合，为555单稳态触发器提供触发输入信号。温度开关原始状态为断开状态，当温度升高至动作温度值时，触点会闭合接通电路，为555单稳态触发器提供触发信号。温度降到设定温度时触点会自动断开，恢复到正常工作的状态。

• 报警控制模块

报警控制电路由声光报警电路和被控电路两部分构成。声光报警电路由LED发光二极管和蜂鸣器构成，在555单稳态触发器有负窄脉冲的触发时，电路进入暂稳态，此时输出为高电平，点亮LED和蜂鸣器发声，实现声光报警。被控电路利用了继电器的自动开关特性：小电流控制大电流，当555单稳态触发器输出高电平时，触发继电器工作，就可以使用对应工作的开关来控制被控对象。

三、原理图及芯片介绍

整体电路原理图初步设计如下，我使用了FastBond活动中要求的一家厂商的芯片：Texas Instruments公司的NE555P芯片

Scheme-it绘制框图分享链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/detail/9cc66068d6114d5f917e126c74839832

原理图使用Scheme-it网页绘制

Scheme-it网站界面简洁，操作简单，功能及原件都很齐全，很适合新手用来学习进步，也很适合电子电路爱好者DIY创作。

NE555的作用范围很广，多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器，它是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。NE555芯片的内部结构与管脚定义见下图：

四、结语及心得体会

以上便是FastBond活动阶段一的内容，其他数值计算、原理图细节修缮、成品效果等将留在阶段二中展现。这次大赛自由度很高，给出了实用的方向和工具供参与者选择，在自己设计制作的过程中我也探索获得了很多知识，希望FastBond越办越好。

五、参考文献

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[5] 陈真真. 家用危险气体报警器的研究与设计[D].郑州大学,2016.

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