陳婧瑤 中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院通信工程08級 100024

智能式可視門鈴的設(shè)計研究

陳婧瑤 中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院通信工程08級 100024

本次設(shè)計研究為基于兩片555觸發(fā)器的實用電路。所謂“智能式可視”門鈴即在主人手動控制的不同狀態(tài)下，客人按下門鈴時屏幕上會閃爍顯示不同的字母，以便客人了解主人當(dāng)前的情況。通過基于555觸發(fā)器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器及LED點(diǎn)陣來實現(xiàn)該功能。

555 觸發(fā)器；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；多諧振蕩器；LED點(diǎn)陣

1 前言

“可視”門鈴可分為兩部分，其一為開關(guān)部分，其二為狀態(tài)選擇及顯示部分。開關(guān)部分通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（觸摸開關(guān)），多諧振蕩器（秒脈沖）和NPN三極管開關(guān)實現(xiàn)，狀態(tài)選擇及顯示部分可通過開關(guān)控制的LED點(diǎn)陣實現(xiàn)。

當(dāng)客人用手觸摸門鈴開關(guān)（開關(guān)）時，發(fā)光二極管點(diǎn)陣可根據(jù)主人所設(shè)置的狀態(tài)閃爍顯示不同的字母。若“允許進(jìn)入”顯示“I” ；若“不便接待”，顯示“X”；若“已經(jīng)外出”顯示“O”。

2 總體方案設(shè)計

2.1 開關(guān)部分的方案選擇

方案一：(如圖1)

方案二：(如圖1)

方案三：(如圖1)

方案選擇：

圖1

圖3

方案一中，5 5 5觸發(fā)器的驅(qū)動能力有限，電流過大易導(dǎo)致器件發(fā)熱損壞，不能可靠地驅(qū)動多個并聯(lián)的LED。

方案二中，u A 741的最大輸出電流僅28m A左右，無法用于驅(qū)動LED點(diǎn)陣。

方案三中，三極管工作于開關(guān)狀態(tài)。由于秒脈沖的輸出信號為開關(guān)信號，接入NPN型三極管使其工作在開關(guān)狀態(tài)，即可完成LED的驅(qū)動電路。此時555觸發(fā)器的輸出接三極管的基極，工作電流滿足要求。

綜上所述，選擇方案三為設(shè)計方案。

2.2 顯示部分的方案選擇

方案一：

用5個3*3的LED點(diǎn)陣，若“允許進(jìn)入”顯示“come” ；若“不便接待”，顯示“n igh t”；若“已經(jīng)外出”顯示“no t in”。

com e效果示意：(如圖2)

n igh t效果示意：(如圖2)

not in效果示意：(如圖2)

方案二：

用一個4*4的LED點(diǎn)陣，若“允許進(jìn)入”顯示“I” ；若“不便接待”，顯示“X”；若“已經(jīng)外出”顯示“O”。

效果示意：

I效果示意：如圖3

X效果示意：如圖3

O效果示意：如圖3

方案選擇：

方案一與方案二相比，要顯示的內(nèi)容比較復(fù)雜，但發(fā)光管數(shù)量又相對太少，導(dǎo)致其實顯示效果不太理想，客人很難正確理解顯示內(nèi)容。而且方案一的二極管點(diǎn)陣遠(yuǎn)比方案二復(fù)雜，電路焊接困難更大，工作時耗能也比較大，不符合“節(jié)能環(huán)保”的新生活理念。

綜上所述，選擇方案二為顯示方案。

3 單元模塊設(shè)計

電路設(shè)計圖：

3.1 觸摸開關(guān)部分（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）

圖中右半部分為觸摸開關(guān)部分，箭頭處（U 1的2腳）連接金屬片；

如原理圖所示，U 1為由555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。當(dāng)手觸摸金屬片時相當(dāng)于輸入一負(fù)脈沖，555內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，使輸出變?yōu)楦唠娖郊碫 o=5V，直到電容C 1上的電壓為三分之二V c c。輸出高電平的時間為t=1.1RC=11s。[1]

此高電平輸出作為多諧振蕩器的工作電壓。

圖2

3.2秒脈沖部分（多諧振蕩器）

中間部分為秒脈沖，當(dāng)有人觸摸開關(guān)時，U 1輸出約為10s的高電平，U 3工作，發(fā)生秒脈沖；

如原理圖所示，U 3為由555組成的多諧振蕩器電路。

脈沖波的頻率為f=1.43/（R 4+2R 3）C=1H z。[2]

R 2：防止555的負(fù)載電流過大；

3.3 NPN三極管Q1

Q1起開關(guān)作用：B級輸入為高電平時，開關(guān)接通，二極管點(diǎn)陣點(diǎn)亮；B級輸入為低電平時，開關(guān)斷開，二極管點(diǎn)陣不發(fā)光。

無人按門鈴時，B級輸入為低電平，二極管點(diǎn)陣不發(fā)光，有人按門鈴時，U 3輸出持續(xù)約10s的秒脈沖，二極管閃爍。

3.4 狀態(tài)選擇及顯示部分（開關(guān)控制的LED點(diǎn)陣）

左半部分為狀態(tài)選擇及顯示部分，LED處為發(fā)光二極管點(diǎn)陣。LED點(diǎn)陣根據(jù)不同的狀態(tài)選擇，按照脈沖波的頻率閃爍顯示不同的字母：閉合K 1顯示“X”閉合K 1K 2顯示“I”閉合K 2K 3顯示“O”。

K 1，K 2，K 3分別控制不同的二極管：K 1控制（1,1）（1,4）（2,2）（2,3）（3,2）（3,3）（4,1）（4,2）顯示為“X”，也是“I”顯示所需部分；K 2控制（1,2）（1,3）（4,2）（4,3）為顯示“I”“O”的公共部分；K 3控制（2,1）（2,4）（3,1）（3,4）為顯示“O”所需部分；故閉合K 1顯示“X”，閉合K 1K 2顯示“I”，閉合K 2K 3顯示“O”。

R6：防止二極管中電流過大。R6=（5-1.7-0.3）/（0.03*12）=82Ω

4 軟件仿真

4.1 M u ltisim仿真實驗

電源：5V

觸摸開關(guān)輸出高電平：5V

秒脈沖輸出高電平：5V

仿真實驗結(jié)果圖如圖4。

圖4

5 功能測試

5.1 面包板測試數(shù)據(jù)

測試方法：暫不接入LED點(diǎn)陣，測試觸摸開關(guān)及秒脈沖的輸出信號。

測試結(jié)果：電源：6V

觸摸開關(guān)輸出高電平：4.3V

秒脈沖輸出高電平：4V

5.2 焊接電路板實驗測試

實物圖5。

圖5

測試方法：

依據(jù)設(shè)計電路將各元件焊接在電路板上，接入5V的開關(guān)電源，測試電路功能。

測試結(jié)果及效果圖：(如圖6)

閉合K 1K 2：觸摸金屬片，出現(xiàn)閃爍的“I”；

閉合K 1：觸摸金屬片，出現(xiàn)閃爍的“X”；

閉合K 2K 3：觸摸金屬片，出現(xiàn)閃爍的“O”。

6 設(shè)計總結(jié)

6.1 設(shè)計之前需要對所用器件及所要實現(xiàn)的功能有清楚地認(rèn)識，能夠?qū)⑺獙崿F(xiàn)的功能分層實現(xiàn)，確定各子模塊的功能及各子模塊之間的關(guān)系及連接，再具體設(shè)計各子模塊。

6.2 設(shè)計階段需要注意各個器件的主要參數(shù)，避免出現(xiàn)想當(dāng)然的情況（例如由于器件額定電流的限制無法正常驅(qū)動LED點(diǎn)陣），考慮到相關(guān)參數(shù)以后更全面的論證設(shè)計方案，力求設(shè)計方案更加安全，簡潔，有效。

6.3 設(shè)計階段盡量使設(shè)計方案易于實現(xiàn)，用更簡潔的方法達(dá)到更好的效果（例如本設(shè)計中LED點(diǎn)陣的方案選擇），設(shè)計方案時需要考慮實施過程難易程度（例如LED點(diǎn)陣中導(dǎo)線的焊接）及表達(dá)效果，避免太過理想化，復(fù)雜化。

6.4 在電子設(shè)計中需要學(xué)會高效運(yùn)用仿真軟件，通過軟件來保證設(shè)計的可實現(xiàn)性，從而完善設(shè)計，避免器件的浪費(fèi)。

6.5 焊接電路之前應(yīng)該考慮好電路的布線，從而保證電路的穩(wěn)定及美觀，同時提高電路布線焊接的效率。

焊接電路之前需要先檢查器件是否正常，避免在實驗板上焊接性能不良或已損壞的器件而造成的調(diào)試?yán)щy和返工的麻煩。

圖6

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社.493頁

[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社.494頁

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.090