紅外報警器電路設計

1、摘要本次課設課設題目為紅外報警器，是以電路為基礎，低頻電子線路為指導，采用中小規(guī)模集成芯555、三極管、紅外二極管、蜂鳴器和各種電阻設計而成。該電路工作原理簡單，由555芯片經(jīng)電源產(chǎn)生的自激信號為紅外發(fā)射二極管提供電壓使其發(fā)出特定頻率紅外光，紅外接收二極管作為一個開關控制蜂鳴器的響與不響。本報警器可以實現(xiàn)對局部通道的監(jiān)控報警作用，也可用來對重要物品的保護。通過對報警電路的設計及焊接，最后能夠?qū)崿F(xiàn)它的功能。關鍵字：紅外報警器；555定時器；多諧振蕩器。I1 設計要求（1）采用紅外對管電路結構，當其中光路被遮擋時，報警器發(fā)出間歇式報警。（2）采用LED顯示，0代表未遮擋，1代表光被遮擋。（3）每遮

2、擋一次LED顯示逐次增加。（4）設置外部按鍵，當按鍵按下時，計算清零。（5）蜂鳴器的報警由555多諧振蕩器給出2 方案設計用中小規(guī)模集成芯片設計并制作紅外報警器電路。紅外對管中，紅外接收管可采用光敏二極管，從光敏二極管的特性知，光敏二極管具有受光導通，不受光截止的特性。因此，可以利用光敏二極管作為開光，控制蜂鳴器的響與不響。采用555多諧振蕩器，給蜂鳴器自激信號，給蜂鳴器提供一個電源信號，再通過二極管與4腳相連可控制蜂鳴器狀態(tài)。LED顯示狀態(tài)可采用七段數(shù)碼管顯示數(shù)字0、1，0代表光敏二極管未被遮擋，1代表被遮擋。電路狀態(tài)計數(shù)可采用74161構成的十進制計數(shù)器，通過LED顯示數(shù)字計數(shù)。在這個方案

3、中，首先采用555多諧振蕩器給發(fā)生二極管一個脈沖信號，這樣才可以使接收二極管產(chǎn)生一個不對稱的脈沖信號，同時是一個交流信號。再由運放使交流信號放大，并且需要利用三極管的開關作用對蜂鳴器的支線進行短路或者不短路。本方案中元件選取雖多，但是多是用到相同元件控制，在達到同一目的情況下電路相對簡單，成本更低的方案。3 元件及芯片的介紹3.1 555多諧振蕩器：圖3.1多諧振蕩器電路由555定時器構成的多諧振蕩器電路如圖示，圖中電容C、電阻R1、R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正負脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連，集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用

4、以控制電容C的沖放電，外界控制輸入端（5腳）通過電容接地。3.2 74161集成計數(shù)器圖3.2加法計數(shù)器如圖示為74161構成的一個十進制加法計數(shù)器，初始狀態(tài)為0。74161翻轉(zhuǎn)是在時鐘信號的上升沿完成的，MR是異步清零端，ENP、ENT是使能控制端，LOAD置數(shù)端，D0、D1、D2、D3是四個數(shù)據(jù)輸入端，RCO是進位輸出端。異步清零：當MR非為零時，其他輸入任意，可以使計數(shù)器立即清零。計數(shù)：當MR非等于LOAD非等于1，ENP=ENT=1時，在時鐘脈沖CLK的上升沿到來時，計數(shù)器進行計數(shù)。Q端的狀態(tài)按自然態(tài)序變化。 表3.1 74161功能表3.3 BCD-七段譯碼器7448BCD七段譯碼器

5、7448輸入是4位碼，對應的輸出是7位碼，且可能是多位有效。嚴格地說，稱之為代碼變換器更為確切，但習慣上仍稱之為BCD七段顯示譯碼器。7448的符號如下圖。圖3.3 BCD七段譯碼管7448該芯片的輸入A、B、C、D是4位BCD碼，輸出是七段反碼。某一位輸出為0表示將數(shù)碼管對應段點亮，為1表示對應段熄滅。試燈輸入，檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光當LT非=0時，無論輸入A、B、C、D為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動的數(shù)碼管正常，是顯示8。3.4 七段數(shù)碼管 七段數(shù)碼管也稱七段LED數(shù)碼管，結構圖如下圖示。它是由七個離散的發(fā)光二極管集成在一起排列成8字形成，用于顯示十進制數(shù)字。LED數(shù)碼管的

6、內(nèi)部有共陽極接法和共陰極接法兩種，本方案用共陰極LED數(shù)碼管。共陰極接法的數(shù)碼管是陰極共同接地，陽極經(jīng)限流電阻接高電平。圖3.4七段數(shù)碼管 通常數(shù)碼管的每個發(fā)光段由多個二極管組成，需要較大的驅(qū)動電壓和電流，由于TTL集成的電路低電平驅(qū)動能力比高電平驅(qū)動能力大的多，所以常用低電平有效的OC門輸出的七段譯碼器來驅(qū)動。4 系統(tǒng)的組成和工作原理4.1 紅外發(fā)射電路 此電路主要由一個電阻和紅外發(fā)光二極管。發(fā)射管在外加電壓的作用下可發(fā)射紅外光，這種紅外光可以被紅外接收二極管接收。發(fā)光二極管的工作電壓為外接收管受到紅外線照射，就會處于導通狀態(tài)，否則處于截止狀態(tài)。發(fā)光二極管的工作電流為5mA-20mA之間范圍

7、內(nèi)才能發(fā)光，根據(jù)計算可得此時與發(fā)光二極管之間串聯(lián)的電阻為250到1000之間故在電路中選用了5V電壓和510電阻。此時處于開始發(fā)射紅外線。圖4.1 紅外發(fā)射電路4.2 紅外接收電路紅外接收管采用紅外光敏二極管，為了保護紅外光敏二極管，選用R6為30k歐姆。555構成的多謝振蕩器取R4=10k歐姆，R5=4k歐姆，C3=100nf，此時可達到800Hz，C4的作用是提高555的抗干擾能力，取C4=10nf。本部分工作原理如下：當紅外接收二極管接收到紅外線時，接收二極管導通，使得555芯片的4管腳短接，從而555芯片不工作，不會產(chǎn)生自激作用，因此蜂鳴器兩端沒有電壓則不響。反之，當紅外接收二極管沒有

8、接收到紅外線時，接收二級管截止，555芯片正常工作，給蜂鳴器提供電壓，則蜂鳴器響。圖4.2紅外接收電路4.3 狀態(tài)顯示電路此部分采用高電平有效的七段譯碼器驅(qū)動(7448芯片)和共陰極LED七段數(shù)碼管。由7448功能表知，把A1、A2、A3腳接地，A0腳的高低電平可控制數(shù)碼管顯示1、0狀態(tài)。因此，通過與紅外接收電路中紅外接收管相接可判斷紅外光是否被遮擋。圖4.3狀態(tài)顯示電路4.4 計數(shù)和清零電路 此部分采用計數(shù)器74161、七段譯碼器7448和七段數(shù)碼管。74161為四位二進制加法計數(shù)器，采用二進制編碼，初始狀態(tài)為零。十進制計數(shù)器Sn-1的二進編碼為Sn-1=0000+1001=1001，反饋邏

9、輯LOAD=Q3Q0。MR腳通過按鈕接地可控制計數(shù)器清零。圖4.4計數(shù)和清零電路5 系統(tǒng)元件參數(shù)計算 紅外接收電路，由555定時器和三極管構成的紅外接收電路。其中555構成多諧振蕩器，取R4=10千歐姆，R5=4.0千歐，C2=100nF此時可以達到所要求的30KHz頻率。電容C2的作用是抗干擾作用，取C3=10nF。為保護555芯片，與三管腳串聯(lián)一個電阻R8，取R3=100歐。 理論計算結果：f1=1.43/(R4+2R5)*C)=794Hz6 系統(tǒng)調(diào)試和結果在調(diào)試過程中，電源正負極且不可接反，否則二極管很容易被擊穿或燒掉。接收二極管的電阻必須足夠大保護二極管不會被擊穿。確保電路正確后，再經(jīng)調(diào)試，看器件是否正常工作。在紅外接收管未被遮擋住時，狀態(tài)顯示電路中數(shù)碼管顯示0，符合設計要求，0代表未遮擋。如下圖。圖6.1狀態(tài)顯示電路結果當光線被遮擋第7次時，計數(shù)顯示電路中數(shù)碼管顯示7，正確的顯示了紅外接收管失光次