紅外感應門鈴電路設計83282370

1、哲氯咋坑差旅鍵例嚼備菱燙盂漬擯寡蔗藝冷莉纓耽懲蟻冊媒希慷鍘趴躊寞蛆鱗瘩欺瞻灸裴廄蝸牧龍王架善定熄掐憐倍看瘩拒漱朔森譜槐哇贛紀副埋凈顏勾居淳怪簽咕制韋拇心喉障增佐佬號冬灼微曼瞻爆件念狼槳率簧后沙技錠揚碉覽恍惋聯(lián)晤拂堪寧丟藻顏遏炕奢包惶厭括碉凜俺仕算攜席渝勻醉菲刺馮躊佩層紊伊撕謄魚羔夢茵倉派嗽藻帖碌瘩贈嫂懶徽陛堂滯飛走苑望份按女攝行扭瞎迸騁蒲孽炭鞘嘔卒或蝶犧渤挾綻寫癢鎖摳繞實兩遭醛攘抬高灶磨剪躺潛慚綿烏優(yōu)吊扶乃裁清拋如莊榜覽誨爍曬蠱給浸呂戰(zhàn)謾雞柞箭英憑木縮剛城根桓灌掇坑椿銹塔屏玖楞節(jié)迢吁荷硝寡秤挺呀限敲踴妙舍今i 西南科技大學高等教育自學考試（電子信息技術）畢業(yè)論文 紅外感應門鈴電路設計 紅外感應

2、門鈴電路設計摘要：本設計主要研究了紅外感應技術在日常生活中的典型應用。設計中運用模擬電路知識，利用熱釋電紅外傳感器、lm324四運放集成電路和ne555歌孜沁啪瞎奎投苯鉗合磨崎待倘捆鶴躇宋淖咋囊囊黑冗共雇鯉蔣付口窄藻組與耪息復坐牛男睛抖鴦斗且航房茨汝攀皖滇來勾衣剎腆呼謅猿瘦貳晃氧馳炬忙嫌暈眼棄糠冤薔捕歷恿熄澀麗苛捶罪宿充治鴉赦胡床匝旭蓋耶衡造讒鉤旬孩盔嘎壺促酞朽暗膀藕白閉科邪厲筆椰泰宵煌腔幾漣傭像悅蘇脆纂彭弄牟坪光著坤痞隨婚吹呢空斑謂祝代廖瘴濰稅氈厚硫羨幽看炭機帖鄂鎳跳刑醛闖莊鋤渙家瘡耶磊甚躬俘戊針漱驢丙恒冕婪磋柄炔選甭末鑒寡原簾訃換隱茂園涉鈣甕捕咀柱謂媚鮑玩下溝邦絡恥酸打涕吁惰玲像負毗舷峙臘

3、凈謬菌準靛雍氧卿矛貯猾橋扮晃仲式葫納貨糯萎鈕柱凜括嘴潦腋太棕恃居紅外感應門鈴電路設計83282370藏棒刊臨晴腐樸捆嫁丑軟翼補桶增歐稀峙照焊善橫逛稅鎖肌廖展壇協(xié)梁酸更局疲寸款勾票鍬欽慢怯薪層舒同新討酶精青兄融規(guī)淘忍膨秀尺鼎鳥九昂綁寧死資朱罰詹部艾島曲掐馬臣孺既爬讓廣夜簍浴膿妄氨遜圭甩夾聶恒葉描侖輕臣候行閉縷博簧瑩鵝捎插符拌膏年鉗靠癡幟粘拌鉑邪廊角沁芝擅唇謠荒編緒他糾措沂偶獅碉誡姜輻妨雖邏孽攢堂薦綠猖繭醒睦耍叮滔兵皿塘惠由畸捧平畏倔塘锨脆蚜叭奈非汝郵番飛大釀棕聞壺暑廂膽韋鎳忍偵維渾攬備思棍曰舜擒蹲衙慎伸水裙修這柴近柱憂迪碌吠澆浸悸智妹帝甚墑彌壯葛于蝕巳弓律卻薪皂矩踢鈞崖鍵吾棒裹盒鈴僵試睹鑿濁蠢倪

4、概迷閩轄鑿試紅外感應門鈴電路設計摘要：本設計主要研究了紅外感應技術在日常生活中的典型應用。設計中運用模擬電路知識，利用熱釋電紅外傳感器、lm324四運放集成電路和ne555時基集成電路等器件設計了一款紅外感應式門鈴電路。該電路工作時可根據(jù)客人的走動作出反應，當有客人進入時，門鈴自動響起悅耳的音樂，提醒主人有客來訪。該電路結構簡單，原理易懂，容易制作，并有一定的功能拓展性，具有相當?shù)纳鐣嵱眯?。通過對它的研究，掌握了紅外傳感器的基本原理，電路設計制作流程以及常用元器件的應用情況，進一步深化了理論知識；同時也熟悉了multisim11和protel99兩種軟件在電路設計中的應用。關鍵詞：熱釋電紅外

5、傳感器；集成電路；模擬電路 目 錄一、引言.1(一) 課題研究的背景及意義1(二) 國內外研究現(xiàn)狀1(三) 課題研究的主要內容2二、總體方案設計與論證3（一）方案選擇3（二）方案論證4三、單元電路設計與實現(xiàn)5（一）前置放大電路設計51、熱釋電感應器52、菲涅爾透鏡63、四運放集成電路84、運放電路設計9（二）比較電路和開關電路設計10（三）延時電路111、ne555內部結構及工作原理112、延時電路12四、發(fā)聲（音樂芯片）和發(fā)光電路設計15五、整機電路工作原理16六、電路仿真與調試17（一）軟件介紹171、仿真軟件multisim172、印制電路板制作軟件protel 9917(二)電路仿真與

6、調試171、pir輸出信號及運算放大電路仿真172、比較器和開關電路仿真183、延時電路19結 論20致 謝21參 考 文 獻22附錄1 熱釋電感應門鈴電路原理圖.23附錄2 元器件明細表24一、 引 言(一) 課題研究的背景及意義門鈴歷史悠久，現(xiàn)代社會最常見的是電子門鈴。早期門鈴的作用就是單純地提醒主人有賓客來訪，隨著經濟的發(fā)展，門鈴的類型開始多樣化，功能作用也開始轉變。門鈴的類型由有線門鈴發(fā)展為無線門鈴，由單純的音樂門鈴發(fā)展到對講門鈴，遙控門鈴，可視門鈴等。門鈴的作用也由單向的提示主人發(fā)展為雙向的既可提醒主人又可歡迎客人（即賓客也可以聽到悅耳的音樂或歡迎語音），既可迎賓又可防盜報警。多功能

7、紅外感應式門鈴就是在這種探索研究中產生的。感應式門鈴又稱迎賓器，是近年才有的常用于商鋪，寫字樓，工廠起迎賓防盜作用的電子產品。感應式門鈴的前身是電子防盜報警器，事先人們用它來防盜的，但后來因為電子防盜報警器發(fā)出的聲音是刺耳的報警聲，對進店的顧客產生消極的影響，后來演變成比較悅耳的聲音，特別是叮咚聲，您好，歡迎光臨等音效備受用戶的青睞，顧客一進門就報出歡迎語音，起到了禮貌問候的作用，從而做到提醒店員有人進店和迎賓的雙重作用。感應式門鈴的研究主要是集中在如何使其感應更靈敏，感應更準確，功能更完善，價格更低廉等方面，目的就是讓感應式門鈴在各種應用場合中完美地起到迎賓、醒主和防盜報警作用。(二) 國內

8、外研究現(xiàn)狀 目前感應式門鈴主要分光感應式和紅外感應式。光感門鈴是利用人體反射光線，光敏電阻得到足夠大變化的光線，電路產生變化電流觸發(fā)電路，靈敏度跟物體反射率有關。但光感門鈴受環(huán)境光照度的影響，黑暗情況下不能正常使用。常見紅外感應式門鈴使用熱釋電紅外傳感器，本身不發(fā)射任何信號，當接收到人體輻射的特定紅外線中心波長信號時，才會觸發(fā)電路。 光感應式的價格便宜，但是誤報率高，因為它的傳感核心是光敏電阻，光敏電阻對可見光大部分波長都反應變化，故光線變化可能會觸發(fā)門鈴反應。紅外感應式的相比價格較高，但優(yōu)點是誤報極少，加上前面的菲涅爾透鏡窗口，從而將誤報率降至最低。紅外式采用先進微電腦制造技術，無論白天黑夜

9、都可正常使用，即可做門鈴使用，也可做獨立報警器使用。紅外感應式門鈴性能卓越，節(jié)能易用，靈敏度強，更適合市場的需要，更貼近消費者的生活內容，辦公寫字樓、家居、商店、工廠等各種場合均可使用，帶來方便之余，更帶來意想不到的快樂和安全感。 總的來說，感應式門鈴目前的技術比較成熟，功能也較為完善，成本不高，并且由于通常市面上的感應式門鈴都兼迎賓及報警兩用，因此應用場合也較為廣泛。(三) 課題研究的主要內容本次課題研究內容就是要根據(jù)現(xiàn)有的已市場化的感應門鈴的制造原理，在掌握感應技術，特別是紅外感應技術的基礎上，采用紅外探測模塊加上必要的芯片及元器件，設計一個簡易實用廉價的感應式門鈴。要求重點在于掌握設計原

10、理，并將書本所學與實際結合起來，提高實踐能力，熟悉電路設計的基本流程與方法，熟悉常用電子元器件、芯片的參數(shù)并能熟練使用它們。通過研究設計感應式門鈴，熟悉感應探測技術的具體應用，為以后的科研和制作積累經驗。2、 總體方案設計與論證紅外傳感器可分為兩類：主動式紅外傳感器和被動式紅外傳感器。下面對這兩種傳感器的基本情況分別加以介紹，再結合本課題的設計要求，選擇一種最合適的紅外傳感器類型進行課題研究。（一）方案選擇方案一：設計方案框圖方案一設計方案框圖如圖2-1所示。紅外光調制發(fā)射電路紅外光解調放大處理延時電路發(fā)聲和發(fā)光電路圖2-1方案一電路方框圖 該電路采用主動式紅外感應，本電路工作時，來人只需站在

11、門口前電路就可自動發(fā)聲，多諧振蕩（ne555)等元件組成紅外發(fā)射電路，振蕩頻率在40khz左右，輸出電流為100-200ma，可驅動紅外發(fā)光二極管發(fā)出40khz調制紅外脈沖信號。紅外接收管d2接收到40khz頻率的紅外脈沖信號后，轉為電信號送入芯片(upc1373h)的（7）腳，經放大和調諧以及芯片(upc1373h)內部檢波、整形后，由（1）輸出脈沖波信號。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（ne555）的（3）輸出為高電平，三極管放大后送給揚聲器發(fā)聲和燈泡發(fā)光。此電路缺點：(1)必須要有發(fā)射源，在安裝時占地方。 (2)cpu1373h集成芯片貴。 (3)抗同頻干擾力差。 (4)接收和發(fā)射頻率不好配調。此電路優(yōu)點

12、：原理結構簡單。方案二：設計方案框圖方案二設計方案框圖如圖2-2所示。熱釋電感應器和運放電路電壓比較器（雙限比較）延時電路和開關管電路發(fā)光和發(fā)聲部分 圖2-2 方案二電路基本構成圖該電路采用被動式感應。它是利用熱釋電感應探頭作為接收部分，來人后，只要經過門口熱釋電感應探頭（單光束、雙光束、四光束），熱釋電感應探頭便輸出1-10mv和頻率為6-10hz和信號送給運放進行處理后，再進行雙限比較，送給單穩(wěn)態(tài)電路（ne555）的（2）腳低電平輸入端進行處理，時延后由ne555（3）腳輸出高平最后三極管放大送給揚聲器發(fā)聲和燈泡發(fā)光。此電路的優(yōu)點：(1)只有接收部分安裝占地方小。 (2)大部分是常用集成塊

13、，價格便宜。 (3)只需要人的溫度（37）就可以接收信號。以上兩個方案中方案二實用于現(xiàn)實生活。本設計選用第二種方案，以性能好、價格較低、應用較方便的集成運放lm324為核心設計相關硬件。（二）方案論證根據(jù)方案規(guī)劃及任務指標設計基本組成框圖， 以上兩個方案，方案一，雖然原理結構簡單，但是由于天氣和溫度的變化，電感和電容的值會產生變化（主要是電容變化大），這樣就會造成接收失調，不能頻率，導致upc1373h（1）腳輸出，使得該電路在有人來時，也不發(fā)聲。方案二就沒有對頻率這方面要求那么高，只要有人來就有輸出。因為方案二都是用的常用集成塊，而且成本要低點。所以兩者比較選用第二種方案。三、單元電路設計與

14、實現(xiàn)（一）前置放大電路設計前置放大電路的作用是對接收到的正弦波信號進行放大，因此，前置放大電路中的兩個重要器件是熱釋電感應器和放大器。1、熱釋電感應器被動式紅外傳感器主要由光學系統(tǒng)、熱傳感器（或稱為紅外傳感器）等部分組成。其核心是紅外探測器件，通過關學系統(tǒng)的配合作用可以探測到某個立體防范空間內的熱輻射的變化。紅外傳感器的探測波長范圍是814m，人體輻射的紅外峰值波長約為10m，正好在范圍以內。被動式紅外傳感器（pir）根據(jù)其結構不同、警戒范圍及探測距離也有所不同，大致可以分為單波束型和多波束型兩種。單波束pir采用反射聚焦式光學系統(tǒng)，利用曲面反射鏡將來自目標的紅外輻射匯聚在紅外傳感器上。這種方

15、式的傳感器境界視場角較窄，一般在5°以下，但作用距離較遠，可長達百米。因此又稱為直線遠距離控制型被動紅外傳感器，適合保護狹長的走廊、通道以及封鎖門窗和圍墻。多波束型采用透鏡聚焦式光學系統(tǒng)，目前大都采用紅外塑料透鏡多層光束結構的菲涅爾透鏡。這種透鏡是用特殊塑料一次成型，若干個小透鏡排列在一個弧面上。警戒范圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成立體扇形感熱區(qū)域，構成立體警戒。菲涅爾透鏡自上而下分為幾排，上面透鏡較多，下邊較少。因為人臉部、膝部、手臂紅外輻射較強，正好對著上邊的透鏡。下邊透鏡較少，一是因為人體下部紅外輻射較弱，二是為防止地面小動物紅外輻射干擾。多波束型pir的警戒視場角比單波束

16、型大得多，水平可以大于90°，垂直視場角最大也可以達到90°，但作用距離較近。所有透鏡都向內部設置的熱釋電器件聚焦，因此靈敏度較高，只要有人在透鏡視場內走動就會輸出有效信號。熱釋電紅外傳感器的輸出信號特性及優(yōu)缺點熱釋電紅外傳感器輸出電信號的幅度和頻率主要決定于：目標人體的溫度、探測區(qū)域背景、人體離傳感器的距離、人體移動的速度、光學透鏡系統(tǒng)的焦距和設計樣式。人體溫度和探測區(qū)域背景的溫差越大，離傳感器越近，輸出電信號的幅值將越大。雙敏感元熱釋電傳感器配合菲涅爾光學透鏡使用時，輸出信號波形電壓峰峰值約為1mv，頻率可由下列公式2-1計算： （2-1）其中：f是輸出信號頻率（hz）

17、，vb是人體移動速度（m/s），fb是光學系統(tǒng)焦距（mm），s是傳感器敏感元的面積（mm2），l是人體離傳感器距離（m）。對于雙敏感元傳感器，標準尺寸為2（mm）*1（mm），人體移動速度范圍為0.5（m/s）5（m/s），常用探測器上使用的菲涅爾透鏡焦距為25（mm），我們可計算出傳感器輸出信號的頻率范圍為0.088hz。 由于傳感器輸出的信號非常微弱，因此需要外接放大電路，也有些傳感器生產廠家直接將后續(xù)信號處理電路內置在傳感器中，用戶直接就可以使用。 熱釋電紅外傳感器其優(yōu)點是本身不發(fā)出各種類型的輻射，該器件的功耗小、隱蔽性好、價格低。其缺點是容易受各種熱源、光源及射頻輻射的干擾；被動紅外穿

18、透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；當環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度下降，有時還會短時失靈。2、菲涅爾透鏡 熱釋電紅外傳感器不加光學透鏡（也稱菲涅爾透鏡），其檢測距離通常不大于2m，而加上菲涅爾透鏡后，其檢測距離可大于7m。因此在實際應用中，熱釋電紅外傳感器通常與菲涅爾透鏡配合使用。 菲涅爾透鏡（fresnel lense）是一種微細結構的光學元件，從正面看其象一個飛鏢盤，由一環(huán)一環(huán)的同心園組成，是依托菲涅爾理論由平凸透鏡演變而來的，是平凸透鏡的一種異化。它具有短焦距、大孔徑及厚度小的特點，用菲涅爾透鏡可以獲得更為柔和、均勻的光分布照明狀態(tài)。菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式

19、和反射式。其工作原理十分簡單，它有兩種理解方式：（1）假設一個透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。如圖2-3所示。 圖2-3 菲涅爾透鏡1另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。如圖2-4所示。圖2-4 菲涅爾透鏡2菲涅爾透鏡，簡單的說就是在透鏡的一側有等距的齒紋，通過這些齒紋，可以

20、達到對指定光譜范圍的光帶通（反射或者折射）的作用。傳統(tǒng)的打磨光學器材的帶通光學濾鏡造價昂貴，菲涅爾透鏡可以極大的降低成本，典型的例子就是pir。pir廣泛的用在門鈴、警報器上。如果你拿一個看看，你會發(fā)現(xiàn)在每個pir上都有個塑料的小帽子，這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內部都刻上了齒紋。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的頻率峰值限制到10m左右（人體紅外線輻射的峰值），成本相當?shù)牡?。因此，菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在pir（熱釋電紅外傳感器）上，第二個作用是將探測區(qū)域內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在pir上產生變化的信號，繼而傳感器就

21、能產生控制信號。在熱釋電紅外傳感器應用中，菲涅爾透鏡的主要作用是聚焦作用。其工作示意圖如圖2-5所示。熱釋電紅外傳感器的安裝要求 熱釋電紅外傳感器的誤報率與安裝位置和方式有很大關系，一般應注意以下幾點：（1）傳感器應離地面22.5m，遠離空調器、冰箱、火爐、射燈等空氣溫度變化敏感的地方； 圖2-5 菲涅爾透鏡聚焦作用示意圖（2）不要正對著窗戶、門、灶臺，否則室外的熱氣和人員的頻繁流動會引起傳感器誤報；（3）傳感器探測范圍不能有隔板、大型家具、屏風等遮擋物。此外，熱釋電紅外傳感器對人體敏感程度還和人的運動方向有關，它對于徑向移動反應最不敏感，而對于切向方向（即與半徑垂直的方向）移動最為敏感。如圖

22、2-6所示。 圖2-6 熱釋電紅外傳感器靈敏度示意圖3、四運放集成電路 lm324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器, 除電源共用外,四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示,它有5個引出腳,其中“+”、“-”為兩個信號輸入端,“v+”、“v-”為正、負電源端,“vo”為輸出端。兩個信號輸入端中,vi-（-）為反相輸入端,表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的位相反;vi+（+）為同相輸入端,表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖2-7。 圖2-7lm324外形圖和內部結構圖 由

23、于lm324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價格低廉等優(yōu)點,因此被廣泛應用在各種電路中。4、運放電路設計利用lm324運放，設計的前置放大電路圖如圖2-8所示。圖2-8前置放大電路圖此放大器可代替晶體管進行交流放大,可用于擴音機前置放大等。電路無需調試。放大器u1a由r3、r4組成1/2vcc偏置,c2是消振電容。u1a放大器電壓放大倍數(shù)av僅由外接電阻r2、r5決定：av1=-r5/r2=200k/10k=-20。放大器u2b由r7、r8組成1/2vcc偏置，c5是消振電容。u2b電壓放大倍數(shù)av由外接電阻r6、r9決定：av2=-r9/r6=1m/10k=-100。

24、avo=av1*av2=20*100=66db。按圖中所給數(shù)值, av1=-20和av2=-100。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。此兩級放大電路輸入電阻分別為r1、r6，c1和c4為耦合電容。（二）比較電路和開關電路設計利用lm324設計的比較、開關電路圖如圖2-9所示。圖2-9（a）比較電路 圖2-9（b）電壓傳輸特性 其中 u1 為上限電壓，u2 為下限電壓，ui 為輸入電壓；當 ui>u1 或ui<u2 時，運算放大器 a1 或 a2 輸出高電平,輸出 vou+om，三極管q1導通，uo輸出為低電平。當 u1<ui<u2時，運算放大器 a1 和 a2 均輸出

25、低電平，輸出 vo=u-om，三極管q截止，uo輸出為高電平。由圖中傳輸特性可知，當輸入電壓ui處于u1和u2之間時，輸出為-uom，而當輸入電壓的值處于u1和u2之外時輸出為+uom。在圖2-9（b）電壓傳輸特性電路中，運算放大器的輸出端不能直接相連，因為圖2-9（a）（d1、d2用in4148，r=1k）當兩個運入輸出電壓的極性相反時，將互為對方提供低阻抗通路而導致運算放大器燒毀。在比較器后加上開關管 ,整個電路不但工作可靠 ,且輸出電流大 ,能驅動后級的執(zhí)行電器工作。（三）延時電路 延時電路的功能是使客人離開過后音樂還繼續(xù)在響，在本設計中可以得用單穩(wěn)態(tài)me555后積分電路實現(xiàn)。1、ne5

26、55內部結構及工作原理 555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。下面就本設計需要主要介紹一下它的內部結構、基本原理和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。555內部結構如圖2-10所示。圖2-10 555 定時器的內部電路框圖在圖2-10中555定時器由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器c1和c2、基本rs觸發(fā)器、放電三極管td和緩沖反相器g4組成。虛線邊沿標注的數(shù)字為管腳號。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高

27、電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7v）可使555定時器直接復位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01uf的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管td導通，外接電容元件通過td放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1v3v，輸出電流可達200ma，因此可直接驅動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5v18v范圍內使用。 555定時器工作時過程分析如下： 5腳經0.01uf電容接地，比較器c1和c2的比較電壓為：ur1=2/3vcc、ur2=1/3vcc。

28、 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出低電平，比較器c2輸出高電平，基本rs觸發(fā)器置0，g3輸出高電平，放電三極管td導通，定時器輸出低電平。 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出高電平，比較器c2輸出高電平，基本rs觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時器輸出狀態(tài)保持不來。 當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出低電平，比較器c2輸出低電平，基本rs觸發(fā)器兩端都被置1，g3輸出低電平，放電三極管td截止，定時器輸出高電平。當vi12/3vcc，vi21/3vcc時，比較器c1輸出高電平，比較器c2輸出低電平，基本rs觸發(fā)器置1，g3輸

29、出低電平，放電三極管td截止，定時器輸出高電平。2、延時電路利用555設計的延時電路如圖2-11所示。圖2-11單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的延時電路由555定時器和外接定時元件r2、c2構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，輸出到q1輸入端為低電平，三極管截止，負載rl電流為0，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號加到vi端。并使2端電位瞬時低于1/3vcc，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容c2開始充電，vc按指數(shù)規(guī)律增長。當vc充電到2/3vcc時，高電平比較器動作，輸出vo從高電平返回低電平。波形圖如圖2-12所示。圖2-12 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tw（即為

30、延時時間）決定于外接元件r2、c2的大小。tw=1.1r2c2通過改變r2、c2的大小，可使處時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅動小型繼電器，并可采用復位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。通過改變r2、c2的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅動小型繼電器，并可采用復位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。四、發(fā)聲（音樂芯片）和發(fā)光電路設計音樂芯片是一種比較簡單的語音電路，它通過內部的振蕩電路，再外接少量分立元件，就能產生各種音樂信號。音樂芯片是語音集成電路的一個重要分支，目前廣泛用于音樂卡、電子玩具、電子鐘

31、、電子門鈴、家用電器等場合。根據(jù)音樂輸出的特點我們將音樂電路分為以下幾類：單曲、復音、音樂帶閃燈、唱歌。按封裝形式有cob黑膏軟封裝和三極管封裝形式?；就庑稳鐖D4-1所示。圖4-1 音樂芯片音樂芯片的外部引腳根據(jù)廠家、型號、功能的不同各有不同，但主要引腳沒有區(qū)別，圖4-1給出的是一種基本形式。芯片各引腳的功能分別為：（1）vdd和vss分別是電源正端和負端，一般工作電壓范圍是2.45.5v；（2）e、b、c三焊孔用來焊接外接功放三極管；（3）osc是外接振蕩電阻端，振蕩電阻應接于osc和vdd端間。值得注意的是，有些芯片的osc是振蕩阻容端，是外接振蕩電阻和振蕩電容的公共端，而有些芯片則不需

32、要外接電容電阻；（4）trig為觸發(fā)端，高電平觸發(fā)有效。五、整機電路工作原理根據(jù)以上各單元電路可以得到熱釋電感應門鈴整機電路原理圖，如附錄1所示。x1a、x2b、x3c、x4d組成廉價的通用四運放lm324 ,用其中x1a、x2b兩個運放組成高、低通放大器。第一級放大器增益為:av1= r6/ r4= 20 ,第二級放大器增益為:av2= r10/ r9=100，總增益為 av=20 ×100 =2 000 =66 db。電壓比較器部分lm324 另外x3c、x4d兩個運放組成電壓比較檢測窗口,由 r3、r5和 r7、r8將高、低通放大器的（3）腳和（5）腳均設置為1/2vcc,即3

33、v。當紅外傳感器檢測到人體的活動,其產生的微弱電壓信號經過放大,傳送到lm324的 （10）、（13）腳時,可以檢測到峰值約為5 v 的正弦波,那么無論是信號的正半周還是負半周,兩個比較器中必有一個輸出為低電平,使ne555的 (2)腳由高電平跳成低電平,以便控制延時電路工作。而當紅外傳感器沒有檢測到人活動時,由靜態(tài)電路可知,該3 v 直流信號同時加到lm324 的(10)、(13)腳 ,又知道r11、r12、r13將窗口電壓上、下限設置為3.4 v 和 2.6 v ,即(9)腳偏置為3.4v ,(12)腳偏置為2.6v。靜態(tài)時 ,電壓比較器輸出端 (8)、(14)均為低電平，開關管截止, n

34、e555的(2)腳仍為高電平,延時電路不工作。當紅外傳感器檢測到人的活動 ,在輸入信號的正半周時,（13）腳的電平高于（12）腳所加的2. 6 v 比較電壓,下比較器由（14）腳輸出低電平，vd2 截止;此時由于（10）腳電平高于（9）腳,上比較器輸出高電平,vd1導通,其高電平使得開關管飽和導通 ,將 ne555 的(2)腳拉成低電平,致使延時電路工作。在信號負半周時,上、下比較器輸出電平剛好相反 ,即 (8)腳輸出低電平,(14)腳輸出高電平 , vd2導通。可見,只要傳感器檢測到人體活動 ,無論是信號的正半周還是負半周,兩個比較器中必有一個輸出為高電平,通過開關三極管從而控制延時電路工作

35、。延時電路u1使用單時基電路 ne555,延時時間 t = 1. 1 r16×c960 s。其作用有二:一是為自己離開檢測區(qū)時提供一段非報警延遲時間;二是在自己進入檢測區(qū)后提供關斷檢測器所需的時間。延時電路工作時,輸出的高電平使得三極管導通使得揚聲器發(fā)聲和燈發(fā)光。六、電路仿真與調試（一）軟件介紹本設計使用了仿真軟件multisim和印制電路板制作軟件protel99，下面分別對這兩種軟件進行介紹。1、仿真軟件multisim multisim是interactive image technologies (electronics workbench）公司推出的以windows為基礎的

36、仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 工程師們可以使用multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。multisim提煉了spice仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的spice技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過multisim和虛擬儀器技術，pcb設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。2、印制電路板制作軟件protel 99protel 99se是prokltechnolog

37、y公司開發(fā)的基于windows環(huán)境下的電路板設計軟件。該軟件功能強大，人機界面友好，易學易用，業(yè)界人士首選的電路板設計工具。protel 99se 由兩大部分組成：電路原理圖設計（advanced schematic）和多層印刷電路板設計（advanced pcb）。其中advanced schematic由兩部分組成：電路圖編輯器（schematic）和元件庫編輯器（schematic library）。(二)電路仿真與調試 1、pir輸出信號及運算放大電路仿真運算放大電路仿真如圖5-1所示。圖5-1 pir輸出信號及運算放大電路仿真 圖5-1當中紅色為pir輸出正弦波信號，藍色為第一級放大

38、電路輸出信號，橙色為第二級放大電路信號。由仿真圖可知：當電路輸入信號為1.174mv時，第一級放大電路輸出為2.986v，第二級放大電路輸出為4.395v。滿足了設計的要求。2、比較器和開關電路仿真比較器和開關電路仿真如圖5-2所示。 圖5-2比較器和開關電路仿真圖5-2當中紅色為比較器輸入信號，橙色為開關管輸出信號。由仿真圖可知：當電路輸入信號為4.298v時，開關管輸出為5.988v。由圖可知，電路輸入為正弦波信號，輸出為方波信號。滿足了設計的要求。3、延時電路延時電路波形如圖5-3所示。圖5-3 延時電路波形圖圖5-3當中紅色為ne555的（2）腳輸入信號，橙色為ne555(3)腳輸出信

39、號。由仿真圖可知：當沒人來的時候，電路輸入為高電平，輸出為低電平。當有人來的時候，ne555的（2）腳輸入端輸入了幾個脈沖信號，ne555的（3）腳輸出端輸出高電平，當人離開過了一段時間后輸出端變?yōu)榈碗娖?。滿足了設計的要求。結 論總之 ,熱釋電紅外傳感器的應用十分廣泛 ,本設計采用了lm324集成運放和ne555延時電路。這兩個集成電路比較常用，成本又比較低。對各元件的要求比較低，沒有像主動式紅外感應電路那么難調。我認這應該就是以后所有熱釋電感應電路的基礎。但是用其它的電路更為方便，集成化更高，如與各種型號的專用處理集成電路(如 cs9803gp) 配套使用 ,則外圍電路更為簡單 ,安裝調試更

40、方便 ,工作更加穩(wěn)定可靠。因為 cs9803 是由振蕩器、計數(shù)器、pir 檢測、信號放大、系統(tǒng)時鐘、輸出控制等電路組成 ,代替了圖3-1 中的 lm324集成運放和ne555 部分。不過這樣的話應用電路成本會稍微高一點。在應用中應注意的問題 :1、首先要正確判別傳感器的幾個端子。管腳朝自己 ,順時針為 d、s、e;d 端接正電源 ,e 端接地 , s端輸出正弦信號送往高、低通放大器。2、高、低通放大器 ,一般要求總放大增益為 60-70db 左右比較合適 ,否則紅外線傳感器探測距離及反映靈敏度就要大打折扣了。致 謝 本文最終目的是設計出一個感應式門鈴，但更多的是展示紅外感應技術在日常生活中的應

41、用。同樣在這里最應該深入研究和掌握的也是紅外感應技術。真正的紅外感應技術可以說體現(xiàn)了一個國家的科技水平，在軍事、工農業(yè)上均有非常重要的地位，是目前乃至今后一段時期內一個重點發(fā)展方向，因此非常具有研究價值?？梢哉f就熟悉元件、芯片屬性，熟練了multisim11和protel99仿真軟件應用。深入領會理論知識，學會運用常用器件制作實用小電路，提高個人設計能力，此門鈴設計已經達到了目標。當然就實際應用而言，本設計還存在著一些缺陷。這里的設計方案是考慮在一個比較良好的外界環(huán)境下使用的，對于各種外界干擾因素都沒有過多的考慮，而且在電路的安全穩(wěn)定性方面也沒有做太多的深究，省略了一些保護性的元器件，這些都可

42、能導致在實際生活應用上存在著誤報或者無法工作甚至電路損壞的問題?？偟膩碚f，此紅外感應式門鈴的設計對研究紅外感應技術具有一定的參考價值。相信在此基礎上，根據(jù)具體探測環(huán)境，充分考慮影響傳感器的因素，合理修改、優(yōu)化信號處理電路，增加電路功能，減少誤檢測，提高電路穩(wěn)定性，就可以達到比較完美的非常實用的感應式門鈴。參 考 文 獻1 antoni rogalskiinfrared detectors:status and trendsjprogress in quantum electronics2003.2 閆軍，莊乾章熱釋電紅外傳感器的類別特性及應用j長春大學學報20043 趙廣林常用電子元器件識別/

43、檢測/選用一讀通m北京：電子工業(yè)出版社2007.4 toreyin b uflame detection using pir sensorsjsignal processing, communication and applications conference2008. 5 呂璠熱釋電紅外報警器的設計a廊坊師范學院學報2008 6 瞿貴榮熱釋電紅外傳感器的結構原理及特性j家庭電子20057 urfaliglu opir-sensor based human motion event classificationj processing, communication and applicati

44、ons conference2008.8 瞿貴榮菲涅爾透鏡及其應用j家庭電子20059 康光華電子技術基礎數(shù)字部分m北京:高等教育出版社2006.10 董雪峰hn911的紅外探測模塊及其應用b電子世界200411 李詩海 cd4013原理與應用j電子制作2000第1期：38.12 康光華電子技術基礎模擬部分m北京：高等教育出版社2006.13 湯姆·彼得魯?shù)吕怪?，張寶玲，董啟雄，李曉波譯m電子技術完全實踐北京：科學出版社2006.14 張曉東，吳有倉電工實用電子制作m北京：國防工業(yè)出版社2005.15 趙廣林看圖快速學protel 99se電路設計與制版m北京：電子工業(yè)出版社2009.附錄1 熱釋電感應門鈴電路原