智能式可视门铃的设计研究

2011-10-26陈婧瑶中国传媒大学信息工程学院通信工程08级100024

中国科技信息 2011年10期

陈婧瑶中国传媒大学信息工程学院通信工程08级 100024

智能式可视门铃的设计研究

陈婧瑶中国传媒大学信息工程学院通信工程08级 100024

本次设计研究为基于两片555触发器的实用电路。所谓“智能式可视”门铃即在主人手动控制的不同状态下，客人按下门铃时屏幕上会闪烁显示不同的字母，以便客人了解主人当前的情况。通过基于555触发器的单稳态触发器、多谐振荡器及LED点阵来实现该功能。

555 触发器；单稳态触发器；多谐振荡器；LED点阵

1 前言

“可视”门铃可分为两部分，其一为开关部分，其二为状态选择及显示部分。开关部分通过单稳态触发器（触摸开关），多谐振荡器（秒脉冲）和NPN三极管开关实现，状态选择及显示部分可通过开关控制的LED点阵实现。

当客人用手触摸门铃开关（开关）时，发光二极管点阵可根据主人所设置的状态闪烁显示不同的字母。若“允许进入”显示“I” ；若“不便接待”，显示“X”；若“已经外出”显示“O”。

2 总体方案设计

2.1 开关部分的方案选择

方案一：(如图1)

方案二：(如图1)

方案三：(如图1)

方案选择：

图1

图3

方案一中，5 5 5触发器的驱动能力有限，电流过大易导致器件发热损坏，不能可靠地驱动多个并联的LED。

方案二中，u A 741的最大输出电流仅28m A左右，无法用于驱动LED点阵。

方案三中，三极管工作于开关状态。由于秒脉冲的输出信号为开关信号，接入NPN型三极管使其工作在开关状态，即可完成LED的驱动电路。此时555触发器的输出接三极管的基极，工作电流满足要求。

综上所述，选择方案三为设计方案。

2.2 显示部分的方案选择

方案一：

用5个3*3的LED点阵，若“允许进入”显示“come” ；若“不便接待”，显示“n igh t”；若“已经外出”显示“no t in”。

com e效果示意：(如图2)

n igh t效果示意：(如图2)

not in效果示意：(如图2)

方案二：

用一个4*4的LED点阵，若“允许进入”显示“I” ；若“不便接待”，显示“X”；若“已经外出”显示“O”。

效果示意：

I效果示意：如图3

X效果示意：如图3

O效果示意：如图3

方案选择：

方案一与方案二相比，要显示的内容比较复杂，但发光管数量又相对太少，导致其实显示效果不太理想，客人很难正确理解显示内容。而且方案一的二极管点阵远比方案二复杂，电路焊接困难更大，工作时耗能也比较大，不符合“节能环保”的新生活理念。

综上所述，选择方案二为显示方案。

3 单元模块设计

电路设计图：

3.1 触摸开关部分（单稳态触发器）

图中右半部分为触摸开关部分，箭头处（U 1的2脚）连接金属片；

如原理图所示，U 1为由555组成的单稳态触发器。当手触摸金属片时相当于输入一负脉冲，555内部比较器翻转，使输出变为高电平即V o=5V，直到电容C 1上的电压为三分之二V c c。输出高电平的时间为t=1.1RC=11s。[1]

此高电平输出作为多谐振荡器的工作电压。

图2

3.2秒脉冲部分（多谐振荡器）

中间部分为秒脉冲，当有人触摸开关时，U 1输出约为10s的高电平，U 3工作，发生秒脉冲；

如原理图所示，U 3为由555组成的多谐振荡器电路。

脉冲波的频率为f=1.43/（R 4+2R 3）C=1H z。[2]

R 2：防止555的负载电流过大；

3.3 NPN三极管Q1

Q1起开关作用：B级输入为高电平时，开关接通，二极管点阵点亮；B级输入为低电平时，开关断开，二极管点阵不发光。

无人按门铃时，B级输入为低电平，二极管点阵不发光，有人按门铃时，U 3输出持续约10s的秒脉冲，二极管闪烁。

3.4 状态选择及显示部分（开关控制的LED点阵）

左半部分为状态选择及显示部分，LED处为发光二极管点阵。LED点阵根据不同的状态选择，按照脉冲波的频率闪烁显示不同的字母：闭合K 1显示“X”闭合K 1K 2显示“I”闭合K 2K 3显示“O”。

K 1，K 2，K 3分别控制不同的二极管：K 1控制（1,1）（1,4）（2,2）（2,3）（3,2）（3,3）（4,1）（4,2）显示为“X”，也是“I”显示所需部分；K 2控制（1,2）（1,3）（4,2）（4,3）为显示“I”“O”的公共部分；K 3控制（2,1）（2,4）（3,1）（3,4）为显示“O”所需部分；故闭合K 1显示“X”，闭合K 1K 2显示“I”，闭合K 2K 3显示“O”。

R6：防止二极管中电流过大。R6=（5-1.7-0.3）/（0.03*12）=82Ω