侵入报警器的改版

现在是时候为实验11结束时讨论的入侵报警器增强一些功能了。我将会向你展示，当你在家里的窗户和门口等部位安装了多个探测器的时候，该如何触发报警器。我也将向你展示，如何接线才能使线路具有自锁功能，即使在门或窗重新关闭以后，它也会连续地制造噪音。

这个实验将展示把面包板上的项目转换到模型电路板（如前面的图3-72所示）上的过程，这个电路板具有与面包板内部的铜条完全相同的铜连接的。并且你还需要把完成的电路装在一个项目盒中，把开关和连接器装在盒子的前面。

等我们讲完做完之后，你就可以成批制作电路了。本书剩余部分的解释将慢慢变得比较简洁，步伐也将加快。

在这个实验中，以下是你需要的东西。

□ 15 W 的笔式电烙铁。

□ 细焊丝（0.022 in 或者类似的）。

□ 剥线器和钢丝钳。

□ 蚀刻有跟面包板同样布局的铜连接的模型电路板。

□ 小台钳或钳子，用于固定模型电路板。

□ 跟实验11相同的元件，外加：

- 型号为2N2222 的NPN 晶体管。数量：1 个。

- 双刀双掷继电器。数量：1 个。

- 单刀双掷拨动开关。数量：1 个。

- 1N4001 二极管。数量：1 个。

- 红色和绿色的LED，5 mm 的。数量：各一个。

- 项目盒，6×3×2 in 的。

- 电源插头，N 型的，以及配套的电源插孔，N 型的。

- 接线柱。

- 22 号线规的绞线，需颜色不同的3 种线。

- 磁性传感开关，数量足够你家里用的。

- 报警网络线，长度足够你家里用的。

磁性传感开关

典型的报警传感器包括两个模块：磁性模块和开关模块，如图3-85和图3-86所示。磁性模块中仅仅包含一块永久磁铁，并无其他东西。开关模块中包含一个“磁簧开关”，它在磁铁的影响下（像继电器中的触点一样）建立或断开连接。当你让磁性模块靠近开关模块时，你可以隐约听到磁簧开关发出嘀嗒的声音，这是因为它从一种状态翻转到了另外一种状态。

图3-85 在这个简单的传感开关中，下方的模块中有一块磁铁，它可以打开和闭合安装在上部模块中的一个磁簧开关

跟所有的其他开关一样，磁簧开关可以是常开的或者常闭的。对于我们这个项目来讲，需要的是常开的开关，只有当磁性模块靠近它的时候，才闭合起来。

图3-86 这个剖面图显示了报警传感器内部的磁簧开关（下部）和给它激磁的磁铁（上部）。开关包含两个柔软的磁化条，上部磁化条的南极靠近一个电气触点，下部磁化条的北极靠近一个电气触点。当磁铁的南极靠近开关时，（虚线所示的）磁力排斥南极的触点，吸引北极的触点，导致它们闭合在一起。有两颗螺丝从外壳的外面连接到里面的磁化条

将磁性模块安装在门和窗户的运动部分，将开关模块安装在窗框和门框上。当窗或者门闭合时，磁性模块几乎是靠在开关模块上的。磁铁将使开关保持闭合状态，直到门或者窗户打开之后，开关才断开。

剩下的唯一问题是：我们怎样才能用这个元件来触发报警器呢？只要有一个小小的电流流过所有的磁性传感开关，报警器就应该是关闭的，但是如果电流停止流动，报警器就应该开通。

我们可以使用一个“常开”的继电器来使报警器保持报警状态。当电路被中断之后，继电器释放，它的另外一对触点闭合，来给报警噪音产生电路供电。

不过我不喜欢这个办法。因为继电器有比较大的功耗，并且还会发热。大多数继电器都不是用来“始终导通”的。我喜欢用晶体管来完成这个任务。

断路构成的晶体管电路

首先请回忆一下NPN型晶体管的工作原理。当基极电压不够正时，NPN型晶体管会阻断集电极和发射极之间的电流，而当基极电压相对正时，晶体管将导通电流。

请看图3-87的电路原理图，它是围绕着我们的老朋友——2N2222型NPN 晶体管搭建的。当开关闭合时，它通过一个1 kΩ 的电阻器把晶体管的基极连接到电源的负端。与此同时，基极还通过一个10 kΩ 的电阻器连接到电源的正端。由于电阻值的差别以及LED相对较高的开通电压，基极被强制在低于开通门槛的电压上，因此，晶体管中将不会有多少电流通过。LED至多是发出微弱的一点光。

现在我们打开开关，会发生什么事情呢？晶体管的基极没有了电压负极的供电，仅有电源正极的供电。它的电压变得更正了，高于晶体管的导通门槛电压，这告诉晶体管要降低自己的电阻，让更多的电流通过。现在LED发的光十分明亮。这就是说，当开关断开时，连接被断开，LED被开通。

这似乎正是我们所要的。现在设想是许多开关串联而不是单独的一个开关，如图3-88所示。虽然开关散布在家里的各个地方，但由于连接开关的导线的电阻比起1 kΩ 的电阻器来是可以忽略不计的，因此这个电路仍然将按同样的方式工作。

我所画的开关是打开的，这是因为在电路原理图中，开关就是画成这种样子的，不过你要想象它们都是闭合的。晶体管的基极将通过由导线串联在一起的闭合的开关得到供电，LED将保持熄灭状态。现在如果有一个开关打开了，或者有人弄断了连接开关的导线，晶体管的基极将失去到电源负端的连接，因而晶体管将导通，LED将点亮。

图3-87 在这个示意性的电路图中，当开关断开时，会中断电源负端到晶体管基极的供电，导致晶体管降低其内阻，允许电流通过LED。因此，当开关断开时，LED开通

图3-88 串联连接的开关网络可以代替图3-87中的单个开关。现在任何一个开关都可以断开电路的联通，触发晶体管

由于在所有开关保持闭合的时候，电路通过的电流极小，也许只有1.1 mA，因此你可以用一个典型的12 V 的报警器电池给它供电。

现在假定我们移走LED，在相应的位置放一个继电器，如图3-89所示。我不介意把继电器放在这个地方，因为在这里继电器并不是“始终导通的”。它在正常情况下是断开的，只有当报警器触发之后才会消耗电力。

图3-89 如果移走图3-88中的LED和680Ω的电阻器，而用一个继电器来替换它们，当传感网络中的任何开关被打开时，继电器将被激磁

你以前使用过12 V 的继电器，从中选一个来试试。你应该可以发现，当你打开开关时，继电器就被激磁了。当你闭合开关时，继电器又回到原来的休眠状态了。请注意我去掉了电路中的680 Ω 的电阻器，这是因为在12 V 的供电电源下，继电器不需要任何保护。

自锁继电器

现在只剩下一个问题了：我们希望报警器继续发出报警声音，即使当某个人打开门窗后又很快将门窗关闭也应该继续发出报警声。换句话说，当其被激活之后，它必须能够自锁。

实现这个功能的一个办法是使用闩锁继电器，但唯一的问题是我们又需要另外一个电路来给它解锁。我更喜欢教你另外一个方法，利用这个方法，你可以让任何的继电器在受到哪怕是一瞬间的电力之后都可以继续保持自己的导通状态。这个方法对于本书后面的项目也是很有用的。

其诀窍在于通过继电器内部的两个常开触点给继电器的线圈供电。（注意这跟继电振荡器的情况正好相反，后者是采用常闭触点给自己的线圈供电的。该装置的继电器在几乎刚刚开通自己的同时又断开自己。而现在这个装置则只要被激活，就导致继电器一直保持导通。）

图3-90用4个电路原理图阐释了这个方法。你可以把它们想象成电影的一帧帧照片，照片之间的间隔是微秒级。在第一张图中，开关断开，继电器没有激磁，没有什么发生。在第二张图中，开关已经闭合，线圈被激磁。在第三张图中，线圈已经拉动了继电器内部的触点，使到达线圈的电力有两条路径。在第四张图中，开关已经断开，但是继电器通过它自己的触点继续得到供电。继电器将保持这种状态直到电源被切断。

图3-90 这一系列的电路原理图显示了继电器被激磁时发生的事情。开始时，开关断开。然后开关闭合，激活继电器。接下来继电器通过自己内部的触点给自己供电。在开关断开以后，继电器继续保持激磁状态。由继电器开通的电力可以从电路中的A点提取出来

应用这个方法时，我们所要做的就是用晶体管来代替图3-90中的开通/断开开关，并从A点引出抽头，从这里连线到噪音产生模块。

图3-91给出了相应的工作原理。当晶体管被传感网络中的任何开关激活时，如前面解释的那样，晶体管将把电力传给继电器。继电器将自锁，晶体管就变得不相干了。

由于已经在原始的噪音产生电路中增加了新的模块，因此我对图2-112的方块图进行了更新，以表明我们仍然可以将其分解成具有简单功能的各个模块。更新后的方块图如图3-92所示。

图3-91 图3-90 所述的自锁继电器已经被结合到报警器电路中，使得当开关网络中的任何开关被打开时，继电器能够继续给噪音产生电路供电，即使在开关重新闭合之后也不例外

图3-92 这个方块图是在图2-112的基础上，加入磁性开关网络和自锁继电器控制系统后升级而来的

阻断有害电压

现在还有一个小问题：在新版的电路中，当晶体管断开而继电器保持闭合的时候，来自继电器的电流可以回流到晶体管发射极的引线上，然后它将试图通过晶体管流回到基极去，这是因为基极是通过所有的磁性开关以及1 kΩ 的电阻器连接到电源的负端的，它具有相对“更负”的电压。

给晶体管施加反向的电力不是什么好事。因此，在这一系列的电路原理图的最后一个里多出了一个元件，这个元件你以前是没有见过的，就是二极管，标记为D₁。见图3-93。二极管看起来很像LED的心脏，确实，它是像心脏一样十分脆弱的东西（尽管有些二极管相当结实）。它只允许电流沿一个方向流入，就是从正到负，由其中的箭头符号表示。如果电流试图沿着相反的方向流通，二极管将阻断它。获得这个功能的唯一代价，就是当电流沿着正确的方向流通时，二极管会给电流施加一个小的电压降。

图3-93 添加了二极管D₁，以便在继电器得到激磁时对Q₁的发射极进行保护，避免其受到正电压的影响

好了，现在来自晶体管的正向电流可以通过二极管，到达继电器的线圈，让报警器报警了。然后继电器给自己供电，而二极管防止来自电源正端的电流沿着错误的方向回流到晶体管里。

解决这个问题的一个更加高明的方法也许是将继电器的常开引脚通过一个10 kΩ 的电阻器连接到晶体管的基极。当继电器没有被激磁时，常开引脚是不起作用的，其行为仅仅相当于节点上的一个寄生电容。当继电器被激磁时，常开引脚将10 kΩ 的电阻器并联在晶体管的基极与电源的+12 V 公共端之间。在以上配置中，晶体管从来不会暴露在潜在的有害电压之下，你也没有依赖非理想元件的漏电流来对设备进行保护。

只是由于我需要一个机会来向你介绍二极管的概念，所以才对使用二极管的方案进行了详细的介绍。你可以读读“基础要件：二极管”，来学习更多关于二极管的知识。

基础要件

二极管

二极管是很早的一类半导体。它允许电流沿一个方向通过，而阻止其沿相反的方向通过（发光二极管LED则是相对较近的发明）。跟LED一样，二极管也会被反向电压或者过高的电压所破坏，只不过大多数二极管在这方面的允许值通常要比LED的高得多。二极管阻断正向电压的一端总是有标记的，通常是一个圆环，而另一侧则没有标记。二极管在逻辑电路中特别有用，它也可以用来将交流转换成直流。

齐纳二极管是一种特殊的二极管（在本书中没有用到）。它彻底地阻断一个方向的电流，在达到门限电压之前，它也会阻断另一个方向上的电流——这很像PUT。

信号二极管有不同的电压和功率。在前面的报警器激活电路中，我推荐的是1N4001型二极管，这种二极管其实能够在高得多的电压下处理大得多的负载，我之所以使用它，是因为它具有比较小的内阻。我希望二极管产生的电压降尽可能小，以使继电器能够得到尽可能高的电压。

在低于二极管的额定容量的场合下使用它是一个良好的习惯。跟任何其他半导体一样，如果使用不当的话，它们也会过热和烧坏。

二极管的电路原理图符号只有一个重要的变种：其中的三角形有时是空心的，有时是完全填充的（见图3-94）。

图3-94 这里的两个电路原理图符号都可以用来表示二极管，不过右侧的符号要比左侧的更常用

在面包板上实现报警器电路

现在我们在面包板上实现报警噪音产生器的控制电路。图3-95给出了具体的做法。我这里假定你仍然保留着以前的噪音产生电路，并且它仍然能够像以前一样正常工作。我也假定你仍然保留着安装在面包板上半部分的该电路的有关元件。为了节省空间，在图3-95中，我仅仅显示了安装在同一块面包板下部新增加的那些元件。

图3-95 前面几页开发出来的电路原理图可以用面包板上的元件来实现，如本图所示。图中的S₁是一个双刀双掷继电器。在图中标示的相应位置上，必须添加导线来连接到开关网络和电源

需要特别记住的是，你再也不是直接去给面包板左边和右边的“轨道”供电了，你需要先给继电器—晶体管的那部分电路供电，然后当继电器的触点闭合时，由继电器来给“轨道”供电。然后“轨道”再给面包板的上半部分电路供电。因此，请你把电源从面包板的“轨道”上断开，并按照图3-95的样子重新连接。

由于我们使用的是双刀的继电器，我既用它来开关负端，又用它来开关正端。这就意味着当继电器的触点断开时，产生噪音的电路是完全与其余电路相隔离的。

面包板上搭建的继电器电路跟图3-93中的电路原理图是完全相同的。只是对元件的布局做了重新安排并压缩在一起，以便能够放在继电器的一侧。左下角的两根导线需要连接到报警器触发用的磁性传感器网络。从测试的角度来讲，你只需将这两根导线剥掉绝缘层的端部连在一起来模仿所有开关的闭合，分开这两根导线来模仿某个开关的打开。

在继电器的每侧各有一根导线将电源引入面包板，这就是在试验阶段连接电源的地方。另外，通过继电器上方左右两侧的小架空线，将继电器上方一对触点的输出连接到面包板的“轨道”上。不要忘记连接这两根小架空线！此外，在左下角还有另外一条小架空线（很容易被忽略的），它将左侧的“轨道”与继电器线圈的左端连接在一起，以便当继电器给噪音产生电路供电时，也顺便给自己供电。

当你安装二极管时，请记住标记有圆环的一端是阻断正电流的一端。在这个电路图中，这应该是二极管靠下方的一端。

现在来试一试，以确保它能够工作。将传感器的导线短路，然后加上电源。这时报警器应该保持安静的不报警状态。你可以用万用表来检查两侧的“轨道”，会发现它们之间没用电压。现在分开传感器的导线，继电器会发出嘀嗒的声音，将电源加到侧面的轨道上，并激活噪音产生电路。即使你将传感器导线重新接在一起，继电器也继续保持闭锁状态。使其解除闭锁的唯一方法就是断开电源。

当电路激活以后，接上二极管的晶体管会使电压稍微有一点降落，但12 V 的继电器应该还可以工作。

在我的测试电路中，我试用了3 种不同的继电器，它们在9.6 V 时所吸收的电流在27 mA 到40 mA 之间。当晶体管处于“关闭”状态时，还是有一点电流通过晶体管漏掉了，不过这只有几个毫安，此时加在继电器上的电压只有0.5 V。这样小的电压远低于继电器开通的门槛电压。

在模型电路板上实现

如果电路能够工作，那么下一步就是在模型电路板上做出一个永久性的电路。请使用蚀刻有铜连线且连接模式跟面包板相同的模型电路板（见图3-72）。请参考接下来的“基础要件：模型电路板的焊接程序”，这是对焊接这种特殊焊点的一个最佳的指导，并参考随后的内容，它给出了一些最常见问题的解答。

只要你每次移动的元件数目不是太多，将元件从面包板移植到模型电路板就是一件相当简单的事情。请遵从“基础要件：模型电路板的焊接程序”中提出的建议，并时不时地停下来检查你的连接。在这类工作中，缺乏耐心几乎总是引发错误的原因。

基础要件

模型电路板的焊接程序

仔细看清一个元件在面包板上的位置，然后将其移到模型电路板上相对应的同样位置，并让其引脚穿过小孔到板的另一侧。

将模型电路板翻转过来，确保元件是装稳的，并检查引脚穿过小孔的情况，如图3-96所示。有一个铜的走线围绕着这个孔并连接到其他的孔。你的任务就是熔化焊锡，让它粘在铜焊盘和元件的引脚线上，在这两者之间形成坚固而可靠连接。

图3-96

一只手拿笔式电烙铁，另一只手拿焊丝。让烙铁头靠在元件的引脚线和铜焊盘上，送入一些细焊丝到它们的交叉点上。经过2 s～4 s之后，焊锡应该开始流动。

送入足够的焊锡以形成一个圆包，来封闭导线和铜焊盘之间的缝隙，如图3-97所示。等焊锡完全变硬之后，用尖嘴钳夹住导线并扭动，以判断连接是否牢固。如果没什么问题，再用钢丝钳剪掉突出的导线。见图3-98。

图3-97

图3-98 为了在模型电路板的铜焊盘和一段导线之间建立连接，将导线压入并穿过孔，由焊锡（为了说明方便，显示为纯白色）来完成连接。然后可以将导线剪短

由于很难对焊点进行照相，因此我使用示意图来显示导线焊好前后的情况，用纯白色来表示焊锡，并用黑线来表示焊锡的轮廓。

实际焊好的模型电路板照片如图3-99和图3-100所示。

图3-99 这幅照片是在将元件从面包板移植到模型电路板的过程中拍摄的。每次从板子的另一侧插入两个到三个元件，并将它们的引脚弯起来，以防止它们掉落出去

图3-100 在完成这几个元件的焊接之后，将引脚剪短，并在放大镜下面检查焊点的好坏。然后又可以插入另外的两个到三个元件，并重复这一过程

工具

焊接模型电路板时最常犯的4个错误

（1）焊锡太多

往往在你知道之前，焊锡就已经在板上蔓延，碰到另一根铜走线，并粘在上面了，如图3-101所示。当发生这种情况时，你必须等它冷却，然后用万用刀将连接切断。你也可以试着用吸锡橡胶球和吸锡带来将焊锡移除，但总会有一部分留在上面。

图3-101 如果使用了太多的焊锡，这将使板上一片混乱，并在其他导线之间产生不需要的连接

即使是在显微镜下才能看出来的一个焊迹也足以产生一个短路。请在放大镜下转动模型电路板，这样光线就可以从不同的角度照射到上面，用这种方式来检查导线的连接情况（或以这种方式用吸锡带将焊锡吸走）。

（2）焊锡不够

如果连接太细，那么在焊锡冷却的时候，导线可能会从焊锡上断开而变成活动的状态。即使是一个只能在显微镜下才能看到的裂缝也足以阻断电流的流通。在极端的情况下，导线上已经粘上了焊锡，导线周围的铜焊盘上也粘上了焊锡，但两者之间却没有建立起一个稳固的连接桥梁，结果是导线虽然已经被焊锡环绕了却没有连接到板子上，如图3-102所示。只有在放大镜下面进行观测才能发现这种难以检测的情况。

图3-102 当焊锡太少（或加热不足）的时候，就会出现被焊接的导线与模型电路板上被焊接的铜焊盘之间仍然处于分离的状态。你要知道，即使是一根头发丝粗细的间隙也足以阻断电流的流通

你可以给焊锡不足的任何焊点加入更多的焊锡，但前提是要重新对焊点进行充分的加热。

（3）元件放置得不对

在插入元件时，插偏一个孔是很容易发生的事情。另外也很容易忘记进行连接。

我建议你将电路原理图打印一份，每次在模型电路板上完成一个连接时，就在你的打印的图上用突出的颜色删除相应的连接线。

（4）碎片

当你剪短导线时，你剪下来的小碎片不会消失得无影无踪。它们会混杂在你的工作区里，其中的任何一个都很容易被你的模型电路板粘上，并可能在不需要电气连接的地方建立电气连接。

这也是在工作中要将某种柔软的东西（譬如聚氨酯泡沫）放在项目板下面的另一个原因。它能够吸收或固定小块的碎片，降低在连线中粘上这种碎片的风险。

在你给板子上电之前，先用一个旧的干牙刷清洁板子的下侧，并尽可能地保持你的工作区整洁。你越小心，后面遇到的问题就越少。

再强调一遍，要用放大镜检查每一个焊点。

图3-103所示为模型电路板上的噪音产生电路，其元件的布置已经非常紧密。图3-104所示是加入继电器及其相关元件之后的模型电路板。一对黑色的线将连接到扬声器，一对红一黑色的线将电源接入到模型电路板上，而那对绿色的线将连接到磁性传感开关。每根线都是插在板子上的，通过其剥掉绝缘层的端部被焊接在下面的铜焊盘上。

图3-103 噪音产生电路已经从面包板移植到模型电路板，没什么需要增加或改变了

图3-104 继电器—晶体管控制电路也已经加入。连接到外部设备的导线已经剥掉绝缘层，插在模型电路板上正确的位置，并已经焊接好。其中绿色的导线连接传感器网络，黑色的一对线接往扬声器，红—黑的一对线提供电源

基础要件

实际的故障跟踪

以下是对故障跟踪过程的真实描述。

将噪音产生电路与继电器电路一起组装在模型电路板上之后，我检查了自己的作品，并加上了电源——尽管继电器发出了嘀嗒的声音，但是扬声器中却没有声音发送出来。当然，面包板上的所有东西都工作得很好。

我首先检查了元件的位置，因为这是最容易检查的项目。我没有找到错误。然后在施加电源的情况下，我轻轻地弯曲板子，这时扬声器发出了一声短暂的“哔噗”声。每次当你遇到这种情况时，应该可以肯定的是某个焊点存在微小的缝隙。

下一步是将万用表的黑色引线固定在电源的负端，然后接通电源，用万用表的红色引线在板子上从上到下一点一点地检测各点的电压。在这样一个简单的电路里，每点都至少显示出一些电压。

但是，当我检测到第二个2N2222晶体管（它是给扬声器供电的）时，它完全没有输出。这要么是我在焊接的时候将这个晶体管熔断了（不太可能），要么是焊出了一个坏焊点。我用放大镜检查这个晶体管下面的板子，发现晶体管有个引脚的周围都是焊锡，但是实际上焊锡却没有粘到引脚上。这个间隙可能小于千分之一英寸，但已经足以阻断电流。这个问题有可能是由灰尘或油污引起的。

当一个电路不工作时，你所需要的就是这样一种耐心的检查。检查你的元件是否放置正确，检查你的供电电源，检查板子上的电源，检查电路每一级的电压，只要坚持下去，你就能够发现故障所在。

报警器的开关及输入

现在你的任务是让这个系统易于使用。图3-105的方块图在靠近顶部的位置添加了一个方框：用户控制，这些将包括开关、LED，以及连接到外部的连接线。为了计划好这一块的工作，首先我需要总结一下我们这个报警系统目前的工作机制。

图3-105 这是报警器项目改进到目前阶段的最终方块图，它显示了在这个结构的功能流程中，用户控制所在的位置

一个功能完善的家用报警器系统通常有两种工作模式，即在家模式与离家模式。

□ 在家模式中，你在家时报警器开关会合上，有入侵者打开门或窗时报警器就会报警。

□ 离家模式中，你通常需要输入一个代码，然后你有30 s 的时间离开和关门。当你返回时，你的开门会触发报警器，但是你有30 s 的时间走到控制屏再次输入你的代码来阻止报警器发出声音。

到目前为止，你建好的报警器系统只有一个在家模式。不过，有很多人认为这个功能已经够用，很能够让人安心了。在本书后面的内容中，我将建议一个方法，让你可以对我们目前的电路进行修改，加入离家模式。不过就目前来讲，将家用模型实用化就已经是一个很大的挑战了。

基于日常需要，考虑一下应该怎样使用这个报警器。它自然应该有一个启动/关闭开关。当其启动时，任何一个磁性传感器开关都可以触发报警器。但是，如果在有一个窗户没有关闭的情况下开通这个开关，将发生什么事情呢？显然，这时候报警器是不应该报警的。这时你实际上需要的是一个电路测试功能，让这个测试告诉你是不是所有的门和窗都关好了。如果都关好了，那你就可以启动报警器了。

我认为可以用一个按钮来测试报警电路。当你按下它时，让一个绿色LED发光，以告诉你电路是正常的。在看到绿光之后，你就释放按钮，并打开电源开关，它再让一个红色LED发光，提醒你报警器现在已经启动，并准备报警。

另一个功能，即报警噪音产生器的测试功能也十分有用，它可以让你确信系统在需要报警的时候确实能够发出报警的声音。

图3-106的电路包含了所有这些功能，其中S₁是单刀双掷开关；S₂是ON-（ON）型的双刀双掷短暂按钮。在原理图中，按钮显示为未按下时的“释放”模式。

图3-106 这个电路原理图给出了一个方便的方法，来给报警器增加一个启动/ 关闭开关、一项开关网络连续性的测试功能，以及一项噪音产生电路的测试功能

D₁是一个红色LED，D₂是一个绿色LED，J₁是电源输入的插座（和一个12 V 的外部供电电源相连），R₁是一个680 Ω 的电阻器，用于保护LED。请注意，J₁遵从通常的惯例，即由其中心触点来供应正电压，而由环绕中心的圆壳来供应负电压。

当S₁处于关闭位置时，它仍然会通过其上部触点给按钮S₂供正电压。当按钮按下后，它进入“测试”位置，S₂的刀将与电源相连，并通过门和窗上面的传感开关将电源送出。连接到这些开关上的导线接在一对接线柱上，在这里用两个圆圈表示。如果所有传感开关都是闭合的，电源将从第二个接线柱返回，通过S₂下部的一组触点，点亮代号为D₂的绿色LED。这是因为S₁并没有将电源送往报警器的电路板，所以报警器不会发声。

现在，如果将S₁切换到启动位置，它将把电力送到模型电路板上的元件。晶体管电路会将电力沿着绿色导线送往S₂，只要按钮没有按下，电力就会沿着开关网络走下去，最后再通过S₂返回到晶体管，使晶体管的基极具有相对较负的电压。因此报警器会保持安静状态。不过，一旦某个传感器开关打开，电流就断开，报警器就会报警。其实中断其报警的唯一办法就是将S1切换到关闭位置。

最后，如果你在S₁处于启动模式下按下按钮S₂，那么由于你中断了开关网络，因而将激活噪音产生器。这样一来，S₂就起到了双重的作用：当S₁关闭时，按钮S₂起到测试传感网络连续性的作用；当S₁处于启动位置时，S₂可以测试噪音产生器，确保其能够产生噪音。我认为这是实现这些功能的最简单的办法。

开关的安装

如果你是从RadioShack公司购买的项目盒，那么它也许有两个可选的盖子（顶板），一个是金属的，另一个是塑料的。我希望你使用塑料的，因为在金属上钻孔更为困难。RadioSahck公司使用的是ABS塑料，用我推荐的工具可以很容易对这种塑料进行形状加工。

你必须为那些需要共享项目盒顶板的开关和元件选择一个布局。我喜欢整洁的布局，因此我不厌其烦地使用画图软件来绘制布局图，不过使用铅笔绘制的1：1草图也是几乎一样好的。只是你要保证有足够的空间放得下元件，并且尽量保持跟电路原理图中的位置一致，以减少混乱的风险。

将草图贴在顶板的内侧，如图3-107所示，然后使用一个尖头的工具，例如凿之类的东西，在每一个孔的中心位置压穿图纸，并在塑料上做好标记。在钻孔时，这些刻痕将帮助你放正钻头的位置。请记住，你需要钻多个孔来传递扬声器的声音，因为扬声器将安装在项目盒的顶板下面。结果如图3-108所示。

图3-107 打印一张开关、LED 以及其他元件的布局图贴在项目盒的盖子内侧。在盖子上每个需要钻孔的位置的中心，用锥子将纸刺穿，作出标记

除了电源输入插座装在项目盒的一端外，我将其余的元件都装在顶板上。自然，每个孔都应该有足够的空间来匹配相应的元件。如果你有游标卡尺的话，可就派上用场了，可以用它来进行测量，并帮助选择适合的钻头。否则的话，尽可能估计得精确一点吧，过小要比过大好。可以用打磨工具来将孔稍微扩大一点，以便能很好地匹配元件。如果你钻的是0.1875 in的孔，要放置的却是5 in 的LED，那么就必须打磨。将孔稍微扩大一点，LED应该可以很严实地压入孔中。

图3-108 钻孔之后的盖子外表面。只要小心地将孔标记好，利用一把普通的手钻就可以得到很整洁的效果

如果你的扬声器没有安装孔，那么你得把它粘贴到相应的位置上。我的扬声器就是用环氧黏合剂黏贴的。注意不要用得太多，尤其是不能让任何胶水粘到扬声器的锥体上。

在项目盒的薄而软的塑料上钻大口径的孔会很成问题。钻头会钻进去并且弄得一团糟。有3个方法解决这个问题。

（1）如果有平底钻头的话，可以采用平底钻头。它钻出的孔很干净整洁。

（2）钻一系列尺寸越来越大的孔。

（3）钻一个比所要的孔小的孔，然后再用打磨工具将孔扩大。

无论使用哪种方法，你都必须将项目盒顶板的外侧朝下，使它靠在一片无用的木板上，并夹紧或握紧它。然后从内侧往外侧钻，以使钻头通过塑料，进入木头。

最后，将元件安装在顶板上，如图3-109所示，并把注意力放在项目盒内侧的部件上。

图3-109 将元件添加在项目盒（见下层）的控制板上。扩音器黏好了。以防万一，备用胶被轻轻地涂在了LED上。单刀双掷on/off开关放在右上角，双刀双掷按钮放在左上角，连接磁传感器开关的接线柱放在底部

电路板将放在盒子的底部，并用4个带垫圈和带尼龙嵌入的锁紧螺帽的4号机器螺丝（螺钉）来固定。之所以要用锁紧螺帽，是为了消除螺帽在工作中松动以及掉在元件之间因而引起短路的风险。

你必须切割模型电路板使其能够放在项目盒中，请注意在切割时不要损坏上面的任何元件。在完成切割之后，还要检查板子下侧松动的铜走线碎片。

如果需要，可以在板子上钻螺栓孔，同样要注意不要损坏任何元件。然后通过这些孔在塑料盒子的底部做上标记，并在盒子上钻孔。用锥头钻在孔口扩孔（即让孔口的边沿有一定的斜度，以便平头螺丝能够紧靠孔的四周插入孔中），将小螺栓从下往上压入，并装上电路板。需要特别小心的是，不要让电路板跟项目盒靠得太紧，那样的话，会给板子施加一个弯曲应力，有可能导致板子上的焊点或铜走线断裂。

我喜欢在板子下面放一片软塑料来吸收任何的应力。因为你将使用锁紧螺母，它不会松动，所以没有必要弄得特别紧。

以防万一，在装好电路板之后，再测试一下电路。

开关的焊接

图3-110显示了实际的开关应该如何连接在一起。请记住S₁是拨动开关，S₂是双刀双掷按钮。你的第一步是要决定它们的哪一边应该朝上。翻转开关或者按下按钮，用万用表找出哪一端是连接的。你也许希望当拨杆（键）翻转到上部时，开关处于开通状态。要特别注意按钮的方向，因为如果你将它接反的话，将导致报警器始终处于“测试”模式，这可不是你所需要的。

图3-110 为了实现图3-106 的电路，可以以本图的方式来焊接各个元件。图中红色和绿色的圆圈代表LED，小的实心圆圈表示导线之间的连接

请记住，几乎所有双掷开关的中心端子都是开关的刀，它是直接连接到紧邻它的上方端子和下方端子的。

可以采用绞线来连接电路板和顶板上的元件，因为绞线易于弯曲，对焊点施加的应力也较小。将每对线扭绞在一起将有助于减少混乱。

请记住在安装LED时，要将它们较短的那个（即负的）引脚连接到电阻器上。这里需要进行一些导线之间的焊接。你也许需要用热缩管来保护其中某些裸露的引线和焊点，以防止在你把所有东西放入盒子中时产生短路。

当你将导线或元件与开关的连接片相接时，笔式电烙铁也许无法提供足够的热量来产生良好的焊点。在这种场合可以使用高功率的电烙铁，不过当电烙铁接触LED时，你绝对需要使用一个良好的热宿来保护LED，并且要将电烙铁与任何东西接触的时间限制在10 s以内。时间太长将导致绝缘层很快熔化，甚至会损坏开关内部的部件。

在比较复杂的项目里，将顶板与电路板更加整洁地连接在一起是一个很好的做法。为实现这个目的，理想的选择是采用多彩的扁平电缆，以及安装在板子上的插销接头。对于我们这个入门性质的项目来讲，我就不去费这个事了。因此导线四处蔓延，有点杂乱，如图3-111所示。

图3-111 电路板已经安装在项目盒的底板上，电源输入插孔已经旋在盒子的一端。成对扭绞的导线已经完成点对点的连接，这里没有过多地考虑整洁的问题，因为这是一个相对比较小的项目。前屏右上角的白色绝缘是热缩管，它里面封闭有一个焊点和680 Ω 的电阻器。在焊接按钮开关的连线时，要格外小心并保证精度，因为其触点彼此靠得很紧

最后测试

当你完成了这个电路以后，一定要测试一下！如果你还没有磁性传感开关网络的话，那么也可以用一段导线来连接相应的两个接线柱。请确保S₁处于关闭状态，然后将正确的插头焊接到12 V 电源上，再将其插入电源插孔中。当你按下按钮时，绿色的LED应该亮起，表明两个接线柱之间是连通的。接下来断开接线柱之间的连线，并再次按下按钮，这时绿色的LED会保持熄灭状态。

重新将接线柱连接在一起，将S₁翻转到启动位置，红色LED应该亮起。按下按钮，报警器就响起来。将S₁拨到关闭位置使报警器复位，之后再拨到启动位置，然后断开接线柱之间的连线。这次报警器再次响起，并且它应该连续作响，即使你重新连好接线柱也不会停止。

如果一切都能按照预定的方式运转，就可以把导线放在盒子里面，将盒子的顶板用螺丝固定到位了。由于你使用的是一个大盒子，应该不会出现金属部件彼此碰在一起的危险，不过还是要小心行事。

报警器的安装

在安装磁性传感器开关之前，你应该移动磁性模块，使其靠近开关模块然后再远离开关模块，同时用万用表来测量开关端子之间的连续性，用这样的方法来对每一个磁性传感器开关进行测试。当磁铁靠近开关时，开关应该闭合；而当磁铁离开之后，开关应该断开。

接下来考虑如何安装这些开关，画一个草图。始终需要记住的是，它们必须串联连接，而不能并联！图3-112从理论上说明了这个概念。串联后的两个端口就是你的控制盒上的接线端（在图中以绿色显示），暗红色的矩形块代表窗户和门上的磁性传感开关。由于这种安装方式往往有两根导线，你可以按照我示意的样子进行布线，但是需要将导线切断并进行焊接，以产生支路。焊点用橙色的点表示。请注意电流是如何以串联的方式走遍各个开关，最后再返回到控制盒的。

图3-112 可以用具有双导线的白色绝缘线来连接报警器控制盒上的端子与磁性传感器开关（显示为暗红色）。由于传感器必须串联，因此在标记有橙色点的位置将导线剪断，再进行焊接

图3-113显示了在有两扇窗户和一扇门的场合安装磁性传感开关网络时的实际情况。其中的蓝色矩形是激活开关模块的磁性模块。

显然，你需要大量的导线。用于门铃或火炉恒温控制器的白色绞线就很不错。这通常是20号线规或者更粗的导线。

在你装好开关之后，将万用表的探针夹在本来需要接在报警盒子上的那两个导线端部。将万用表设置在连续性测试档，每次打开一扇门或一扇窗，检测是否破坏连续性。如果一切如愿，再将报警器的导线接在项目盒的接线柱上。

图3-113 在有两扇窗和一扇门的安装场合，可以如图所示来安装传感器的磁性模块（蓝色矩形），而将开关模块（暗红色）靠在它们的旁边安装

现在来处理电源。使用你那个交流适配器，将其设置在12 V，并插入N型的电源插孔，或者将电源插孔接到一个12 V 的报警器电池上。

若使用的是电池，那你要特别小心，一定要让连接到电源插孔中心端子的导线为电源的正端！12 V的电池可以产生相当大的电流，如果接错方向的话，可能会烧坏你的元件。在最后一步毁掉自己的整个项目可是一件十分丢人的事情哦！

现在仅剩的一件事情就是给报警器盒子上的开关、按钮、电源插座以及接线柱贴上标签。你自己明白开关是用来开通和断开电源的，按钮是用来测试电路和噪音产生模块的，但是别人不知道，而你有可能希望你不在家的时候某个客人能够使用你的报警器。此外，几个月或者数年以后，你自己也有可能忘记某些细节。那时你还能记得这个装置的电源应该是12 V 吗？

贴标签确实是一个好主意。不过如你在图3-114所见，我自己做的这个盒子都还没有来得及贴标签呢。

图3-114 已经完成并装在项目盒中的侵入报警器

总结

报警器这个项目带领你经历了开发任何其他电子项目都要经历的基本步骤，具体如下。

（1）绘制电路原理图，并确保自己理解它。

（2）修改电路原理图，使其跟面包板的导线布局相适应。

（3）将元件装在面包板上，测试基本功能。

（4）修改或增强电路，再次测试。

（5）转移到模型电路板上，测试，并在必要时跟踪故障。

（6）添加开关、按钮、电源插孔、插头或插座，来实现电路与外界的连接。

（7）将所有东西装入盒子（并加上标签）。

在经历这些程序的同时，我希望你还学到了电子学的一些基本原理、一些简单的电气理论，以及电子元件的一些基础知识。这些知识将使你可以朝更为强大的集成电路的王国前进——这将是我们第4章要讲的内容。