畢業(yè)論文通信工程

1、南 京 工 程 學 院畢業(yè)設計說明書(論文)作 者： 葉佳佳 學 號： 240072241 系 部： 康尼學院 專 業(yè)： 通信工程 題 目： 光電保護控制的設計與實現(xiàn) 指導者： 魏 峘 講師 評閱者： 2011 年 6 月 南 京optical design and implementation of protection and controla dissertation submitted tonanjing institute of technologyfor the academic degree of bachelor of sciencebyjiajia yesupervised

2、byprofessor huan weicollege of communication engineeringnanjing institute of technologyjune 2011摘要隨著社會經(jīng)濟的日益發(fā)展，防盜成了人們越來越關心的問題。鐵門鐵窗等已經(jīng)不能給人們帶來太多的安全感，社會對報警器材的需求日益迫切。智能防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來的技術防范系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代物理和電子技術及時發(fā)現(xiàn)侵進入破壞行為、產(chǎn)生聲光報警阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當?shù)姆婪洞胧?。室?nèi)防盜智能控制系統(tǒng)作為一種新型的電子防盜設備廣泛應用于家庭住宅區(qū)。目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單

3、一的住宅，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜器進一步完善和提高。關鍵字：紅外線；聲光報警；邏輯處理；光電控制abstractwith the increasing development of social economy,security has become a growing concern. iron bars and so much has been unable to bring a sense of security, the needs of society increasingly urgent alarm equipment. s

4、mart anti-theft system, is established for the purpose of safety of the technical protection system. he includes a modern physical and electronic technology to detect intrusion into the destruction, produce sound and light alarm to remind the staff on duty to deter criminals and to take appropriate

5、preventive measures.intelligent control room security system as a new type of electronic security equipment is widely used in family residential areas. families currently on the market have electronic anti-theft alarm, only for a single residence, not conducive to the unified management, and it can

6、not meet the requirements of the development of modern residential areas, so it is important for home electronics devices to further improve and enhance security.key words: infrared ;sound and light alarms; logic; photoelectric control顯示對應的拉丁字符的拼音目錄第一章 緒論11.1 、引 言11.2 、選題背景與意義11.3 、紅外對管的基本概念21.4 、le

7、d光源的發(fā)展趨勢31.5 、論文章節(jié)安排4第二章 報警器相關元件介紹62.1、紅外射線原理62.2、二極管原理及特性72.2.1 、二極管的工作原理72.2.2 、二極管的特性82.2.3 、二極管的應用82.2.4 、二極管的導電特性92.2.5 、二極管的主要參數(shù)102.2.6 、二極管的識別112.2.7 、本次設計用到的幾種二極管112.3、三極管原理及特性122.3.1 、三極管工作原理122.3.2 、三極管的主要參數(shù)132.3.3 、三極管的三種工作狀態(tài)142.3.4 、三極管的基本放大電路142.4、電容特性及參數(shù)152.4.1、標稱電容量和允許偏差162.4.2、額定電壓16

8、2.4.3、絕緣電阻162.4.4、損耗172.4.5、頻率特性172.5、設計中使用到的相關電子芯片性能及參數(shù)172.5.1、四2輸入與非門cd4011172.5.2、三端穩(wěn)壓集成電路7805202.5.3、音樂集成電路tq956121第三章 設計思路223.1 、設計思路與方案論證223.2 、設計思路23第四章 系統(tǒng)模塊化設計及整合實現(xiàn)244.1 、各部分模塊電路圖244.2 、報警電路原理介紹274.3 、電路元器件的規(guī)格與材料清單28第五章 系統(tǒng)安裝與調(diào)試295.1 、電路的制作與安裝295.2 、裝置的功能調(diào)試325.3 、裝置功能擴展32第六章 總結與展望33致謝34參考文獻35

9、附錄36第一章 緒論1.1、引 言隨著現(xiàn)代電子技術、計算通信技術的迅速發(fā)展，有關防盜報警方面的產(chǎn)品愈來愈豐富.尤其紅外技術得到了迅猛的發(fā)展，紅外探測技術已滲透到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)和人們生活的方方面面.作為紅外防盜的一種新技術，它已越來越得到社會各界的重視和廣泛應用。本設計介紹的就是這么一種功能實用、價格低廉、使用方便的防盜系統(tǒng)。它基于紅外線基礎理論并結合了國內(nèi)外同類系統(tǒng)的優(yōu)點，采用了紅外對射作為輸入、接收，信號經(jīng)邏輯處理電路從而實現(xiàn)報警功能。1.2 、選題背景與意義進入21世紀以來，光電控制技術正在迅速取代常規(guī)電氣控制技術，從而在運動控制、工程監(jiān)控系統(tǒng)等領域得到廣泛的應用。光電傳感器由于具有響

10、應速度快，無接觸，低耗能，體積小，安裝簡便等優(yōu)點而被廣泛應用于自動化系統(tǒng)；可編程控制器由于編程方便，適應性強，抗干擾，可進行網(wǎng)絡通信等，已經(jīng)奠定了在控制系統(tǒng)應用中的主導地位。隨著控制技術的發(fā)展和更新，了解和掌握光電控制技術與系統(tǒng)的原理、結構和應用是非常必要的。隨著時代的不斷進步，人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時刻留意那些不速之客?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng)，因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。為了防止各種偷盜和暴力事件的發(fā)生和危害,

11、確保大廈的安全,生命和財產(chǎn)不受損害,智能保安系統(tǒng)的設置是必要的?？萍嫉陌l(fā)展,新的犯罪手段對保安系統(tǒng)也提出了新的要求,在信息時代的今天,對錢、財物、人身安全的保護是一方面,而對儲存在計算機里的大量的重要文件、數(shù)據(jù),更需要保護。在一個智能化大廈內(nèi),不僅對外部人員要防范,對內(nèi)部人員也需要加強治理;對某些重要的地點、物品,以及重要的人物也需要非凡的保護。因此,對現(xiàn)代化的大廈,需要設置多層次、立體化的保安系統(tǒng)。防盜報警器的作用防盜報警系統(tǒng)就是用探測器對建筑物內(nèi)外重點區(qū)域、重要地點布防,在探測到非法入侵者時,信號傳輸?shù)綀缶刂破?聲光報警,顯示地址,有關值班人員接到報警后,根據(jù)情況采取措施,以控制事態(tài)的發(fā)

12、展。智能建筑的防盜報警系統(tǒng),負責建筑內(nèi)各個點、線、面和區(qū)域的偵測任務。探測器負責探測人員的非法入侵,有異常情況發(fā)出聲光報警,同時向區(qū)域報警器發(fā)送信息。目前用得較多得是紅外對射式,它由紅外線發(fā)射器和接收器組成。只要有人入侵，人體將紅外信號擋住，報警系統(tǒng)便會被啟動。在實際運用中，經(jīng)常會將多束紅外光裝于一套系統(tǒng)中，形成長的一排，即常說的“紅外柵欄”。同時為了提高抗干擾性，將發(fā)射的紅外信號進行編碼加密，而在接收端則進行解碼以區(qū)分是有用信號還是干擾信號。本次設計一個紅外對射防盜報警器，這對于我們的平時生活的家庭，小區(qū)，一些重要的場所等形成一個安全監(jiān)控，從而保護人們的財產(chǎn)，這個意義對于個人或者集體還是挺大

13、的。1.3 、紅外對管的基本概念紅外對管是在led行業(yè)中命名的，是專門用來接收和感應紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線光線的。紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱。光敏接收管，它是一個具有光敏特征的pn結，屬于光敏三極管，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此時光敏管不導通。當光照時,飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流，在一定的范圍內(nèi)它隨入射光強度的變化而增大。紅外線接收管功能與光敏接收管相似只是不受可見光的干擾，屬于光敏二極管，只對紅外線有反應。紅外線接收頭就是在紅外線接收管的基礎上進行放大的信

14、號的作用，類似與三極管的放大效果 。1.4 、led光源的發(fā)展趨勢1.大功率的高亮led增勢迅猛，逐漸成為主流產(chǎn)品。 2008年，全球led市場規(guī)模達到80億美元，所占整個led產(chǎn)品的市場比例由2001年的40%增長到2005年的70%以上，其中高亮度led在1995-2004年間長率達到46%。美國市場研究公communications in-dustry researchers(cir)預測，全球led的市場規(guī)模年均增長率超過30%，2009年市場規(guī)模將超過100億美元。近年來，隨著led在照明、小尺寸面板背光源以及室內(nèi)照明等新應用領域逐漸擴展，高亮度led過去數(shù)年一直

15、處于高速增長階段，在led中的比重將逐步加大，已成為led主流產(chǎn)品。 2.通用照明實現(xiàn)技術突破，照明升級工程產(chǎn)業(yè)機會巨大 通用照明占照明領域的90%的市場份額。半導體照明作為繼白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈后，具有革命性意義的第四代新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點。但目前l(fā)ed的應用領域主要在特種照明，目前美國、日、韓、歐洲、中國及中國的臺灣地區(qū)在led科技攻關方面都已啟動專項規(guī)劃，如果用于通用照明的技術一旦成熟，將面臨一個對500億美元照明市場份額的重新瓜分，因此照明升級工程產(chǎn)業(yè)機會巨大。 3.中國led照明產(chǎn)業(yè)應該向封裝高檔產(chǎn)品和光源產(chǎn)品升級方向努力 在led領域，主要有三個

16、環(huán)節(jié)，即發(fā)光半導體外延片的生長、芯片和封裝。目前國內(nèi)三個環(huán)節(jié)都有，在中低端的應用領域還有一定基礎。但是在關鍵環(huán)節(jié)，尤其是外延片的生長環(huán)節(jié)，與世界一流水平還有較大的差距。 目前我國的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢主要在封裝，從封裝產(chǎn)值區(qū)域分布來看，我國在2008年封裝產(chǎn)值約25億美元，已經(jīng)超越日本、臺灣成為全球最大的封裝地區(qū)，并具備市場與技術核心競爭能力。但是國家和政府對此的重視卻不多，如果臺灣和日本等國家地區(qū)從經(jīng)濟危機中緩解或走出，隨時可能會形成日本獨大、臺灣地區(qū)與美國齊進、歐韓中“平分秋色”的分布格局，我們將再一次失去主導權和先機。因此我們應在已有的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢上升級，向封裝的高檔產(chǎn)品努力，同時在通用照明技術方向上多

17、下功夫，突破led產(chǎn)業(yè)的技術專利壁壘，培育新興市場的競爭優(yōu)勢。 (1)目前國家對于整個led產(chǎn)業(yè)鏈的重點工作放在上游外延、芯片及下游燈具應用這兩部分。上游投資陸續(xù)資金已經(jīng)很大，但是收效甚微，反而與國際上游龍頭的差距越來越大。下游產(chǎn)品又因為產(chǎn)品質(zhì)量問題，參差不齊，難以保證穩(wěn)定的長壽命使用效果。這樣會造成使用者對我國led產(chǎn)品產(chǎn)生懷疑并多持保守和負面的態(tài)度。這樣各方面的意見反饋到政府領導，然后國家才重視整頓led市場，最后的結果又是一次“叫停”，導致需要國家花費大量的人力和資源，引進國外龍頭企業(yè)的先進封裝技術來指導國內(nèi)的下游產(chǎn)品，這樣我們將又一次失去與對整個led行業(yè)的話語權，國內(nèi)的市場渠道也會以

18、oem等形式被占領。 (2)到現(xiàn)在為止，因為四大龍頭企業(yè)(cree、philps、osram、日亞化工)各有不同的技術路線和專利壟斷保護，以及其封裝技術的不成熟等原因，所以目前整個行業(yè)內(nèi)尚未有一個關于led光源的標準。如果我們先進的led光源企業(yè)和單位，尤其是具有核心技術先進性的大功率led光源企業(yè)和單位，在政府的支持和推動下，組織科研人員，對此進行全新的技術標準的設計與制定，堅持科學實踐和創(chuàng)新發(fā)展的基本原則，將會在全球led行業(yè)至少是中上游這一塊取得實質(zhì)性的突破。如果能在國際上參與和指導最后國際標準的制定，將會是中國科學技術力量繼航天科學技術之后又一次的科學創(chuàng)舉，從而直接使我國在led行業(yè)的

19、國際影響力得到根本認識的改觀，達到一個新的高度。1.5、論文章節(jié)安排為了使讀者方便、快速地了解本論文的主要內(nèi)容，這里從總體上簡要介紹一下論文的章節(jié)安排及內(nèi)容。本論文全文共包括六個部分：第一章為緒論部分，主要介紹設計的目的、意義、現(xiàn)狀、論文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排。第二章主要介紹了報警器相關的元器件和所用到的有關芯片，包括紅外的產(chǎn)生，波段的原理以及應用，光學器件的原理以及半導體元件：如二極管、三極管等的原理基礎及應用情況，cd4011、9561、7805芯片功能介紹。第三章主要介紹了本次的設計思路，通過對比兩個方案的可行性，結合自身的條件，選出一個較為好的方案進行設計。第四、五章，電路的制作以及

20、調(diào)試部分，這是本次設計的重點部分，主要介紹電路制作軟件protel環(huán)境下，設計出的原理圖，pcb圖。以及設計修改，印刷電路板的制作，元器件的選用和焊接。電路的通電調(diào)試，數(shù)據(jù)參數(shù)的評估，整體系統(tǒng)的運行測試及相關的整體美觀、細節(jié)設計，進一步趨向工業(yè)成品。第六章，對課題的未來的發(fā)展提出展望。第二章 報警器相關元件介紹2.1、紅外射線原理紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由英國科學家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應。結果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側的那支溫度計升溫最快。因此得到結論：太陽光譜中，紅光

21、的外側必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當作傳輸之媒界。 太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.751000m。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.751.50m之間；中紅外線，波長為1.506.0m之間；遠紅外線，波長為6.0l000m 之間。 真正的紅外線夜視儀是光電倍增管成像，與望遠鏡原理完全不同，白天不能使用，價格昂貴且需電源才能工作。在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線。所有高于絕對零度（273）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理學稱之為熱射線。醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠紅外線。近紅外線或稱短波紅外線，波長0.761.5微

22、米，穿入人體組織較深,約510毫米；遠紅外線或稱長波紅外線，波長1.5400微米，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2毫米。紅外線的物理特性：1.有熱效應2.穿透云霧的能力強(波長較長,易于衍射)紅外線的波長范圍：近紅外線(near infra-red, nir)：700 2,000nm | 0.72 micron 中紅外線(middle infra-red, mir)：3,000 5,000nm | 35 micron 遠紅外線(far infra-red, fir)： 8,00014,000nm | 814 micron圖2.1 可見光光譜線2.2、二極管原理及特性半導體二極管又稱晶體二極

23、管，簡稱二極管(diode)；它是只往一個方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個零件號接合的2個端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質(zhì)。2.2.1 、二極管的工作原理圖2.2 二極管p-n結原理示意圖晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電

24、壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流i0。當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。圖2.3 常見二極管圖示2.2.2、二極管的特性幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。 二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降0.7v，發(fā)光二極管正向管壓降為1.7v。2.2.3、二極管的應用1、整流二極管利用二極管單向?qū)щ娦裕梢园逊较蚪惶孀兓慕涣麟娮儞Q成單一方向的脈動直流電。2、開

25、關元件 二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，可以組成各種邏輯電路。3、限幅元件二極管正向?qū)ê?，它的正向壓降基本保持不變（硅管?.7v，鍺管為0.3v）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。4、繼流二極管在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。5、檢波二極管在收音機中起檢波作用。6、變?nèi)荻O管使用于電視機的高頻頭中。7、顯示元件用于電視機顯示器上。2.2.4 、二極管的導電特性二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極

26、管的正極流入，負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。 1. 正向特性。 在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2v，硅管約為0.6v）以后，二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3v，硅管約為0.7v），稱為二極管的“正向壓降”。 2. 反向特性。 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中

27、幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。2.2.5、二極管的主要參數(shù)用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術指標，稱為二極管的參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。對初學者而言，必須了解以下幾個主要參數(shù)： 1、最大整流電流 是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值，其值與pn結面積及外部散熱條件等有關。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140左右

28、，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的in40014007型鍺二極管的額定正向工作電流為1a。 2、最高反向工作電壓 加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，in4001二極管反向耐壓為50v，in4007反向耐壓為1000v。 3、反向電流 反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。

29、例如2ap1型鍺二極管，在25時反向電流若為250ua，溫度升高到35，反向電流將上升到500ua，依此類推，在75時，它的反向電流已達8ma，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管子過熱而損壞。又如，2cp10型硅二極管，25時反向電流僅為5ua，溫度升高到75時，反向電流也不過160ua。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。4、最高工作頻率二極管工作的上限頻率。超過此值是，由于結電容的作用，二極管將不能很好地體現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?.2.6、二極管的識別小功率二極管的n極（負極），在二極管外表大多采用一種色圈標出來，有些二極管也用二極管專用符號來表示p極（正極）或n極（負極）,也有采用符號

30、標志為“p”、“n”來確定二極管極性的。發(fā)光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長腳為正，短腳為負。用數(shù)字式萬用表去測二極管時，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極，此時測得的阻值才是二極管的正向?qū)ㄗ柚?，這與指針式萬用表的表筆接法剛好相反。 圖2.4 二極管常見識別圖示半導體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，它不像導體一樣能夠完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅和鍺。我們常聽說的美國硅谷，就是因為起先那里有好多家半導體廠商。 二極管應該算是半導體器件家族中的元老了。很久以前，人們熱衷于裝配一種礦石收音機來收聽無線電廣播，這種礦石后來就被做

31、成了晶體二極管。2.2.7 、本次設計用到的幾種二極管1穩(wěn)壓二極管：又叫齊納二極管，此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。2. 發(fā)光二極管它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為led。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個pn結組成，也具有單向?qū)щ娦浴．斀o發(fā)光二極管加上正向電壓后，從p區(qū)注入到n區(qū)的空穴和

32、由n區(qū)注入到p區(qū)的電子，在pn結附近數(shù)微米內(nèi)分別與n區(qū)的電子和p區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。2.3、三極管原理及特性半導體三極管也稱雙極型晶體管，晶體三極管，簡稱三極管，是一種電流控制電流的半導體器件。作用：把微弱信號放大成輻值較大的電信號，也用作無觸點開關。圖2.5 常見三極管2.3.1 、三極管工作原理晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有npn和pnp兩種結構形式，但使用最多的是硅npn和p

33、np兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹npn硅管的電流放大原理。 對于npn管，它是由2塊n型半導體中間夾著一塊p型半導體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的pn結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的pn結稱為集電結,三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。 當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結處于正偏狀態(tài)，而c點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態(tài)，集電極電源ec要高于基極電源ebo。 在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）極

34、基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結互相向?qū)Ψ綌U散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流ie。 由于基區(qū)很薄,加上集電結的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結進入集電區(qū)而形成集電集電流ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進行復合，被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源eb重新補給，從而形成了基極電流ibo. 三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?.3.2、三極管的主要參數(shù)a. 特征頻率ft:當f= ft時,三極管完全失去電流放大功能.如果工作頻率大于ft,電路將不正常工作.b

35、. 工作電壓/電流:用這個參數(shù)可以指定該管的電壓電流使用范圍.c. hfe:電流放大倍數(shù).d. vceo:集電極發(fā)射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時的飽和電壓.e. pcm:最大允許耗散功率.f. 封裝形式：指定該管的外觀形狀,如果其它參數(shù)都正確，封裝不同將導致組件無法在電路板上實現(xiàn).三極管的腳位判斷，三極管的腳位有兩種封裝排列形式，如下圖： 圖2.6 三極管的腳位排列順序圖2.3.3、三極管的三種工作狀態(tài)截止狀態(tài)：當加在三極管發(fā)射結的電壓小于pn結的導通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當于開關的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處于截止狀

36、態(tài)。 放大狀態(tài)：當加在三極管發(fā)射結的電壓大于pn結的導通電壓，并處于某一恰當?shù)闹禃r，三極管的發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)ic/ib，這時三極管處放大狀態(tài)。 飽和導通狀態(tài)：當加在三極管發(fā)射結的電壓大于pn結的導通電壓，并當基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當于開關的導通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導通狀態(tài)。 根據(jù)三極管工作時各個電極的電位高低，就能判別三極管的工作狀態(tài)

37、，因此，電子維修人員在維修過程中，經(jīng)常要拿多用電表測量三極管各腳的電壓，從而判別三極管的工作情況和工作狀態(tài)。 使用多用電表檢測三極管 三極管基極的判別：根據(jù)三極管的結構示意圖，我們知道三極管的基極是三極管中兩個pn結的公共極，因此，在判別三極管的基極時，只要找出兩個pn結的公共極，即為三極管的基極。具體方法是將多用電表調(diào)至電阻擋的r×1k擋，先用紅表筆放在三極管的一只腳上，用黑表筆去碰三極管的另兩只腳，如果兩次全通，則紅表筆所放的腳就是三極管的基極。如果一次沒找到，則紅表筆換到三極管的另一個腳，再測兩次；如還沒找到，則紅表筆再換一下，再測兩次。如果還沒找到，則改用黑表筆放在三極管的一

38、個腳上，用紅表筆去測兩次看是否全通，若一次沒成功再換。這樣最多沒量12次，總可以找到基極。 2.3.4、三極管的基本放大電路基本放大電路是放大電路中最基本的結構，是構成復雜放大電路的基本單元。它利用雙極型半導體三極管輸入電流控制輸出電流的特性，或場效應半導體三極管輸入電壓控制輸出電流的特性，實現(xiàn)信號的放大。本章基本放大電路的知識是進一步學習電子技術的重要基礎?；痉糯箅娐芬话闶侵赣梢粋€三極管或場效應管組成的放大電路。從電路的角度來看，可以將基本放大電路看成一個雙端口網(wǎng)絡。放大的作用體現(xiàn)在如下方面：1放大電路主要利用三極管或場效應管的控制作用放大微弱信號，輸出信號在電壓或電流的幅度上得到了放大，

39、輸出信號的能量得到了加強。 圖2.7 放大電路結構示意圖2輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負載。放大電路中三極管集電極的直流信號不隨輸入信號而改變，而交流信號隨輸入信號發(fā)生變化。在放大過程中，集電極交流信號是疊加在直流信號上的，經(jīng)過耦合電容，從輸出端提取的只是交流信號。因此，在分析放大電路時，可以采用將交、直流信號分開的辦法，可以分成直流通路和交流通路來分析。放大電路的組成原則：1保證放大電路的核心器件三極管工作在放大狀態(tài)，即有合適的偏置。也就是說發(fā)射結正偏，集電結反偏。2輸入回路的設置應當使輸入信號耦合到三極管的輸入電極，形成變化的基極

40、電流，從而產(chǎn)生三極管的電流控制關系，變成集電極電流的變化。3輸出回路的設置應該保證將三極管放大以后的電流信號轉(zhuǎn)變成負載需要的電量形式（輸出電壓或輸出電流）。2.4、電容特性及參數(shù)電容是表征電容器容納電荷的本領的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容從物理學上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)（就像一只水桶一樣，你可以把電荷充存進去，在沒有放電回路的情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應/電解電容比較明顯，可能電荷會永久存在，這是它的特征），它的用途較廣，它是電子、電力領域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號濾波、信號耦合、諧振、隔直流等電路中。電容的符號是c

41、2.4.1、標稱電容量和允許偏差標稱電容量是標志在電容器上的電容量。電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。精度等級與允許誤差對應關系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、-±5%、-±10%、-±20%、 -（+20%-10%）、-（+50%-20%）、-（+50%-30%）一般電容器常用、級，電解電容器用、級，根據(jù)用途選取。 2.4.2、額定電壓在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標注在電容器外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復的永久損壞。 2

42、.4.3、絕緣電阻直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻. 當電容較小時，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量0.1uf時，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越大越好。電容的時間常數(shù)：為恰當?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù)，他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。2.4.4、損耗電容在電場作用下，在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏導損耗的形式存在，一般較小，在交變電場的作用下，電容的損耗不僅與漏導有關，而且與周期性的極化建立過程

43、有關。 2.4.5、頻率特性隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。低頻中使用的范圍較寬，如可以使用高頻特性比較差的；但是在高頻電路中就有了很大的限制了，一旦選擇不當會影響電路的整體工作狀態(tài)；一般的電源里用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用云母等價格較貴的電容，就不可以使用絳綸的電容，和電解的電容，因為它們在高頻情況下會形成電感，以致影響電路的工作精度。2.5、設計中使用到的相關電子芯片性能及參數(shù)下面介紹本次設計中使用到的主要電子芯片的性能及參數(shù)2.5.1、四2輸入與非門cd4011圖2.8 cd4011芯片功能圖圖2.9 cd4011內(nèi)部保護網(wǎng)絡圖2.10 cd4011

44、引腳圖圖2. 11 cd4011邏輯圖邏輯表達式：y = a·b真值表a=y·b表2.1 cd4011真值表xyq動作 00?禁止 011設定 100重置 11不變 無 (1)當x=0、y=0時，將使兩個nand門之輸出均為1，違反觸發(fā)器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。 (2)當x=0、y=1時，由于x=1導致nand-a的輸出為”1”，使得nand-b的兩個輸入均為”1”，因此nand-b的輸出為”0”，如真值表第二列。(3)當x=1、y=0時，由于y=0導致nand-b的輸出為”1”，使得nand-1的兩個輸入均為1，因此nand-a的輸出為”0”，如真值表第三列。

45、 (4)當x=1、y=1時，因為一個1不影響nand門的輸出，所以兩個nand門的輸出均不改變狀態(tài)，如真值表第四列。管腳功能：1a 數(shù)據(jù)輸入端 2a 數(shù)據(jù)輸入端 3a 數(shù)據(jù)輸入端 4a 數(shù)據(jù)輸入端 1b 數(shù)據(jù)輸入端 2b 數(shù)據(jù)輸入端 3b 數(shù)據(jù)輸入端 4b 數(shù)據(jù)輸入端vdd 電源正 vss地 1y 數(shù)據(jù)輸出端 2y 數(shù)據(jù)輸出端 3y 數(shù)據(jù)輸出端 4y 數(shù)據(jù)輸出端vdd電壓范圍：0.5v 18v功耗：雙列普通封裝 700mw小型封裝 500mw工作溫度范圍：cd4011bm： -55 +125 cd4011bc ：-40 +85  2.5.2、三端穩(wěn)壓集成電路7805電子產(chǎn)品

46、中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78 ×× 系列和負電壓輸出的79××系列。顧名思義，三端ic是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，to- 220 的標準封裝，也有9013樣子的to-92封裝。 圖2.12 7805實物圖用78/79系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓ic型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6v，7909表示輸出電

47、壓為負9v。 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 注意事項：在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 當制作中需要一個能輸出1.5a以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為n個1.5a，但應用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。 在78 * 、79 * 系列三端穩(wěn)壓器中最常應用的是to-220 和to-202 兩種封裝。這兩種

48、封裝的圖形以及引腳序號、引腳功能如附圖所示。 圖2.13 7805引腳圖從正面看引腳從左向右按順序標注，接入電路時腳電壓高于腳，腳為輸出位。如對于78*正壓系列，腳高電位，腳接地；對與79*負壓系列，腳接地，腳接負電壓，輸出都是腳。如附圖所示。 此外，還應注意，散熱片總是和接地腳相連。這樣在78*系列中，散熱片和腳連接，而在79*系列中，散熱片卻和腳連接。2.5.3、音樂集成電路tq9561圖2.14 電路原理圖圖2.15 四種擬聲報警電路圖2.16 tq9561封裝圖第三章 設計思路3.1、 設計思路與方案論證紅外報警器分為主動紅外報警和被動紅外報警。方案一：主動紅外報警器由發(fā)射機和接收機組

49、成，發(fā)射機是由電源、發(fā)光源和光學系統(tǒng)組成，接收機是由光學系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。主動紅外報警器是一種紅外線光束遮擋型報警器，發(fā)射機中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過調(diào)制的紅外光束（此光束的波長約在0.80.95微米之間），經(jīng)過光學系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機接收，由接收機中的紅外光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)過電路處理后傳給報警控制器。由發(fā)射機發(fā)射出的紅外線經(jīng)過防范區(qū)到達接收機，構成了一條警戒線。正常情況下，接收機收到的是一個穩(wěn)定的光信號，當有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機收到的紅外信號發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當處理，控

50、制器發(fā)出的報警信號。目前此類報警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應用在周界防范居多，最大的優(yōu)點就是防范距離遠，能達到被動紅外的十倍以上探測距離。方案二：被動紅外報警器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來判斷是否有人在移動。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當人通過探測區(qū)域時，報警器收集到的這個不同的紅外能量的位置變化，進而通過分析發(fā)出報警。人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，會發(fā)出特定波長10m左右的紅外線，被動紅外報警器就是靠探測人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10m左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人

51、體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。綜合上兩種方案，方案一簡單，方便，實用，且易于實現(xiàn)；方案二雖然功能更強大，監(jiān)控的范圍廣、精確，但要求較高，不易于實現(xiàn)。所以，總結以上觀點，我決定選方案一。cd4011芯片3.2 、設計思路紅外線發(fā)射電路路路紅外線接收電路報警器圖3.1 報警器設計思路本設計思路如上圖所示。通上電后，紅外線發(fā)射電路開始工作，發(fā)射出紅外線（電信號轉(zhuǎn)化為光信號），接收電路接收到紅外線并轉(zhuǎn)化為電信號。芯片cd4011經(jīng)邏輯處理輸出為高電平時，電路不報警；當發(fā)射管與接收管之間有物體擋住紅外線時，cd4011邏輯處理后輸出變?yōu)榈碗?/p>

52、平，從而電路報警。第四章 系統(tǒng)模塊化設計及整合實現(xiàn)模塊和知識的重用可以大大降低設計成本；采用成熟的經(jīng)過驗證的模塊，可以提高采購批量，降低采購和物流成本；采用成熟的經(jīng)過生產(chǎn)驗證的模塊，可以大大減少由于新產(chǎn)品的投產(chǎn)對生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)整的頻率，使新產(chǎn)品更容易生產(chǎn)制造，可以降低生產(chǎn)制造成本；產(chǎn)品平臺中及平臺之間存在大量的互換模塊，可以降低售后服務成本，有利于企業(yè)研發(fā)團隊分工，規(guī)范不同團隊間的信息接口，進行更為深入的專業(yè)化研究和不同模塊系統(tǒng)的并行開發(fā)；抽象平臺和模塊的建立，可以實現(xiàn)企業(yè)組織結構與產(chǎn)品模塊結構之間的交互，使并行工程擁有實施的根基，工藝、財務、采購和售后服務可以在產(chǎn)品研發(fā)早期就介入產(chǎn)品研發(fā)項目；標

53、準規(guī)范的模塊接口有利于形成產(chǎn)品的供應商規(guī)范；有利于產(chǎn)業(yè)分工的細化。本次畢業(yè)設計采用模塊化的設計思路，分開電路的組成部分，具體分為電源電路部分、紅外發(fā)射電路部分，紅外接受電路部分、邏輯處理電路和報警電路。4.1 、各部分模塊電路圖圖4.1 電源電路模塊圖4.2 紅外發(fā)射電路模圖4.3 紅外接收電路模塊圖4.4 cd4011邏輯處理電路模塊圖4.5 報警電路模塊4.2、報警電路原理介紹電路主要由電源電路、紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、邏輯處理電路和報警電路組成。vt7、vt8及相關元件組成多諧振蕩器，其振蕩頻率由r14、r15、c8、c9的值決定。振蕩信號從vt7的集電極通過r17輸入vt6的基

54、極，經(jīng)vt6放大后驅(qū)動紅外線發(fā)射管向外界發(fā)射信號。當發(fā)射管與接收管之間沒有物體時，發(fā)射的紅外信號被d7接收，經(jīng)vt1、vt2兩級放大后，從vt1集電極經(jīng)c4耦合送入倍壓整流電路，形成一個直流控制電壓，使得vt5飽和導通，ic1的8、9腳輸入低電平，經(jīng)“非”邏輯處理后，10腳輸出高電平，ic1的3腳輸出高電平。這個高電平一路經(jīng)r8將ic1的13腳電平拉高，從而保持3腳的高電平輸出，另一路使vt3保持截止，報警電路不工作。當發(fā)射管與接收管之間有物體時，發(fā)射的紅外線信號就被擋住，d7收到不信號，此時倍壓整流電路輸出的信號電壓很低，vt5截止，整個電路狀態(tài)發(fā)生變化，ic1的12腳變?yōu)榈碗娖剑藭r3腳輸

55、出低電平。這個低電平信號經(jīng)r8使ic1的13腳變?yōu)榈碗娖?。這時就算12腳電平變?yōu)楦唠娖?，但與非門的關系中只要有一個輸入端為低電平，輸出便為高電平，因此輸出狀態(tài)被鎖定，將維持3腳輸出低電平；同時使vt3飽和導通，報警電路得電工作，喇叭中便發(fā)出報警聲。這里報警信號發(fā)生電路采用了專用音樂集成電路，上電后便產(chǎn)生報警音頻信號，經(jīng)vt4功率放大后驅(qū)動揚聲器發(fā)音。若要解除報警，必須同時具備兩個條件：一是正常接收到紅外信號，二是ic1的13腳必須強制輸入一個高電平信號。電路中的復位按鍵就是啟到給13腳強行輸入高電平信號而設的。4.3 、電路元器件的規(guī)格與材料清單表4.1 材料清單序號標識元件名稱型號規(guī)格數(shù)數(shù)量1r1、9、14、15、18電阻100k52r2、21電阻56023r3、4、12電阻1.2m34r5、22電阻200k25r6、13、16電阻10k36r7、8、11、17、19電阻2