紅外控制報警器

1、課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 模擬電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 紅外控制報警器 學(xué) 院 名 稱： 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 專業(yè)： 班級： 學(xué)號： 姓名： 評分： 教師： 20 年 月 日 學(xué)年第 學(xué)期 第 第 周題目紅外遙控報警器內(nèi)容及要求 當(dāng)有人遮擋紅外光時發(fā)出報警信號，無人遮擋紅外光時報警器不工作； 紅外發(fā)射器，發(fā)射頻率為30kHz，控制距離2m； 報警信號頻率800Hz。進度安排 第7周：查閱資料，學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計及仿真； 第8周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計； 第9周：檢查設(shè)計結(jié)果、撰寫課設(shè)報告。姓名：指導(dǎo)時間：周二周三周四指導(dǎo)地點：

2、任務(wù)下達任務(wù)完成考核方式：1評閱 2答辯 3實際操作 4其他指導(dǎo)教師韋芙芽系（部）主任 注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。 2、課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔摘要 紅外線是一種光線，是太陽光中眾多不可見光中的一種，具有普通光的性質(zhì)，可以以光速直線傳播。紅外線由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外線輻射（Infrared radiation）。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.75-1.50m之間；中紅外線，波長為1.50-6.0m之間；遠紅外線，波長為6.0-1000m之間。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線越

3、來越廣泛的應(yīng)用于通訊、軍事、航天、醫(yī)療、考古、天文、探測等科學(xué)領(lǐng)域，即使在日常生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也廣泛應(yīng)用到紅外技術(shù)。如紅外線取暖器、紅外自動干手器、紅外線報警器、遠紅外糧食烘干等。紅外報警器的制作意義則體現(xiàn)在報警上，首先設(shè)計電路圖，該電路圖由一個發(fā)射電路和接收電路構(gòu)成。經(jīng)過仿真軟件仿真，元件排版焊接，最終實現(xiàn)報警功能。為了深入的學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程并將所學(xué)的知識結(jié)合實際應(yīng)用于生活，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。 關(guān)鍵詞： 紅外線 控制 報警（1） 課程設(shè)計報告目錄目錄前言.1第1章 系統(tǒng)設(shè)計方案及選擇.2 1.1方案簡介.2 1.2方案特點及選擇.3

4、第二章 系統(tǒng)組成及系統(tǒng)原理.4 2.1 系統(tǒng)的組成.4 2.2 工作原理.5 2.2.1 紅外發(fā)射電路.5 2.2.2 紅外接收電路.7 2.2.3 蜂鳴器.8 2.2.4 放大電路.8 2.2.5 整流開關(guān)電路.9 2.2.6 多諧振蕩器的工作狀態(tài).10第三章 電路仿真與結(jié)果分析.11 3.1 軟件仿真和實物調(diào)試.11 3.2 實物制作與實測波形.13 3.3 實驗調(diào)試.15第四章 結(jié)論與心得.16 參考文獻.17前言 很多電路要使用NE555來產(chǎn)生一個脈沖，NE555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，在電路應(yīng)用中主要用來做定時器，可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

5、。 本次課程設(shè)計中，就是使用了NE555多諧振蕩器，自激多諧振蕩器產(chǎn)生30KHZ的不對稱脈沖，此脈沖為紅外光的調(diào)制脈沖，調(diào)制脈沖經(jīng)功率放大后控制紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外脈沖。 紅外接受信號由紅外光敏晶體二極管放大、整流、報警電路組成。把紅外脈沖信號轉(zhuǎn)換成電信號，即解調(diào)出調(diào)制脈沖，然后把此信號放大，整流變成直流信號，控制報警電路器不工作，有人擋住紅外光線時報警器發(fā)出聲音。 當(dāng)今社會，人們對于防盜需要借助于外物。報警器應(yīng)運而生。紅外報警器的優(yōu)點在于對于很多空間都能進行防范，優(yōu)勢頗大。報警器的運用已深入到各行各業(yè)，比如銀行、學(xué)校及一些保密行業(yè)。 紅外報警器的應(yīng)用廣泛，抗干擾能力強，原理也并不算復(fù)雜,深

6、受人們青睞。做這個課程設(shè)計，是很有實用性的,可以將它應(yīng)用到很多非常地區(qū),并起到非比尋常的作用。- 16 - 第一章 方案設(shè)計1.1方案簡介 方案一 地球上的物質(zhì)都會輻射紅外線,有的強烈有的平靜，當(dāng)有人進入探測器范圍內(nèi)，探測器探測到人體發(fā)出的較強的紅外熱輻射，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，引起報警系統(tǒng)報警。被動式紅外線報警器是直接根據(jù)對外界紅外能量的探測來判斷是否有人移動的。人的體溫一般在37度左右，會釋放波長約為10m的紅外線，這種紅外能量不同于周圍環(huán)境中的，一旦報警器在它的防范區(qū)域內(nèi)探測到波長為10m左右的紅外線，分析處理后便會發(fā)出警報信號。 分析如下：人體發(fā)射出的紅外線首先通過菲涅爾濾光片進行增強，增強之

7、后聚集在紅外感源(一般采用熱釋電元件)上，而熱釋電元件一旦接受到人體紅外線，溫度便會發(fā)生變化，并釋放電荷使得電荷不守恒，在電路中一旦檢測到這種情況便確定有人入侵，產(chǎn)生報警信號。 方案二 在探測區(qū)域范圍內(nèi)，紅外光由發(fā)射端發(fā)射到接收端。當(dāng)有人進入?yún)^(qū)域內(nèi)，擋住紅外光線，接收端接受不到紅外光線，以此引起接收系統(tǒng)中報警電路的反應(yīng)，報警系統(tǒng)報警。主動式紅外線報警器就是利用發(fā)射機發(fā)射紅外線，而接收機接收紅外線來工作的。在發(fā)射機與接收機之間形成了一條紅外警戒線，在正常情況下，發(fā)射機發(fā)射紅外線，而接收機接收到穩(wěn)定的光信號。而一旦報警器防范區(qū)域內(nèi)有人入侵時，由發(fā)射機發(fā)射出的紅外線光束被遮擋，接收機接收到的不再是穩(wěn)

8、定的光信號，而有一定程度的變化，這一變化經(jīng)分析處理后傳送至報警控制器，使之發(fā)出報警信號。 1.2方案特點及選擇 兩個方案都具有以下紅外遙控報警器的特點： 特點一：具備多個獨立的無線防區(qū)，每個防區(qū)可以單獨撒布防，既方便又實用; 特點二：其探測器與主機之間可以無線對碼，學(xué)習(xí)式的編碼使系統(tǒng)具有強擴展性; 特點三：報警聲音的時長及音量可控; 特點四：其主機可定時開關(guān)，并具有開關(guān)機狀態(tài)指示; 特點五：具備存儲功能，可查詢報警信息，包括具體的時間和位置; 特點六：內(nèi)置電源，以實現(xiàn)停電時的安防; 特點七：內(nèi)含撥號模塊，具備緊急撥打報警電話的功能。 方案二的優(yōu)點： 1）安全系數(shù)全面提高。 2）操作簡單、方便，

9、可全天候布防。 3）準(zhǔn)確性高。 4）業(yè)主活動空間大。倉庫內(nèi)的員工可自由走動，不影響工作效率。 5）防剪、防破壞功能。 方案一的缺點： 1).容易受到動物體溫輻射、陽光照射、熱氣流溫度輻射等多種因素干擾而引發(fā)誤報警； 2).當(dāng)氣溫與人體溫度接近或高于人體溫度時，這一類探測器將根本無法正常工作。 并且由于主動式紅外線報警器具有很遠的防范距離，是被動式紅外線報警器防范距離的十幾倍，目前已有廣泛應(yīng)用。并且通過分析和比較，方案一的可行性不是很好，其設(shè)計的內(nèi)容超出我們所學(xué)知識的范圍，所以本次的設(shè)計選擇方案二。它的原因是控制范圍要求在2米以上，就要求紅外發(fā)射器功率不能太小，且報警器的靈敏度是判斷報警器好壞的

10、一個重要標(biāo)準(zhǔn)，靈敏度越高越好。但是要考慮到報警器對飄浮物和微小動物的誤報，另外還要考慮白天黑夜光線的影響。另外，在選擇器件時還要從經(jīng)濟上考慮，由于是學(xué)校模擬電路設(shè)計報告，所以最好選用一些常用芯片器件。第二章 系統(tǒng)組成及系統(tǒng)原理2.1系統(tǒng)的組成 該系統(tǒng)由一個紅外發(fā)射電路以及一個接收電路構(gòu)成。 其中紅外發(fā)射電路：由震蕩脈沖發(fā)生電路和功放電路構(gòu)成。其電路示意圖（圖2.1）： 圖（2.1）紅外信號發(fā)射電路 紅外接收電路：由集成運算放大電路和整流電路結(jié)合成。其電路示意圖（圖2.2)圖（2.2）紅外接收電路 2.2工作原理本設(shè)計是通過將脈沖信號放大、整流以控制三極管通斷從而控制蜂鳴器是否工作發(fā)聲，達到報警

11、的目的。紅外報警器由報警主機和紅外探測器組成報警系統(tǒng)。探測一旦探測到人入侵，紅外報警器就立即把報警入侵信號無線密碼傳輸給主機，主機接收到報警信號后，就立即啟動蜂鳴器報警。2.2.1紅外發(fā)射電路 此電路主要由一個NE555芯片和兩個三極管構(gòu)成（如圖2.2.1）。其中NE555芯片自激振蕩會產(chǎn)生脈沖波，其頻率由R1、R2和電容Cf確定，該信號可通過由兩個三極管構(gòu)成的復(fù)合管放大后控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出所需的30KHz的紅外脈沖信號，電容C是為了提高NE555芯片的抗干擾能力，另外，為了給三極管設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，選取一個電阻R3。圖（2.2.1）紅外遙控報警發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路本身并不難只要給與

12、發(fā)射頭足夠的頻率就能驅(qū)動它發(fā)射出紅外信號?？梢赃x擇兩種最基本的方法設(shè)計電路圖，第一種是用單片機直接發(fā)射30KHZ的方波信號，用三極管來驅(qū)動發(fā)射頭工作，這就是要求我們用程序來發(fā)射30K的方波；第二種是用NE555芯片來設(shè)計成多諧振蕩器，發(fā)射出30KHZ的方波。不管是在軟件和硬件上，第二種設(shè)計方法都占優(yōu)勢，所以我們選擇第二種電路來設(shè)計。設(shè)計電路如圖2.2.2圖2.2.2NE555基本電路對于上圖，要求使用者自己確定參數(shù)R1、R2和C1。計算時有輸出高電平時間為：輸出低電平的時間為：所以其輸出周期為： 其頻率有： 占空比為 從上面的公式中帶入30KHZ的頻率就能確定各個參數(shù)。為此我們?nèi)?0nf，為

13、取2K，從而達到30KHZ的頻率。2.2.2 紅外光敏接收器電路此電路由一個遠紅外光敏二極管和一個耦合電容C1構(gòu)成。其原理如下：紅外發(fā)射器由自激多諧振蕩器產(chǎn)生30KHz的不對稱脈沖紅外信號，遠紅外光敏二極管對紅外線敏感，當(dāng)無人遮擋時，紅外線照射使遠紅外光敏二極管導(dǎo)通，同時將脈沖紅外光信號轉(zhuǎn)化為交流電信號（如圖2.2.3）。而耦合電容C1起傳遞信號以供放大和隔絕供電源之直流信號作用。圖（2.2.3）紅外光敏接收器電路 接收部分采用的是TSOP1838，圖2.2.4就是它的內(nèi)部接收電路圖：圖（2.2.4） TSOP1838內(nèi)部結(jié)構(gòu) 它的內(nèi)部集成了放大電路和帶通濾波，具有高選擇性，而且這對本次的設(shè)計

14、無疑是一大方便，不用自己加運算放大器。接收器的作用是接收發(fā)射器發(fā)出的紅外脈動光，完成光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)過放大、濾波等電路把正確的信號可靠的傳感到報警器安全系統(tǒng)的接口電路中。 為了此次設(shè)計，所選的光敏二極管為普通型遠紅外光敏二極管。為了保護二極管，選用R6為30k。 NE555構(gòu)成多諧振蕩器取R4=10k，R5=4k，C3=100nF ，此時可以達到所要求的800HZ頻率。C4的作用是為了提高NE555芯片的抗干擾能力，取C4=10nf。 理論計算結(jié)果如下： f1143（R42R5）C=794Hz2.2.3 蜂鳴器蜂鳴器需要一個三極管用來驅(qū)動。其輸出信號經(jīng)三極管推動蜂鳴器，PR為控制信號，當(dāng)PR為高電

15、平時，多諧振蕩器工作，反之電路停振。2.2.4 放大電路 放大電路是個兩極放大.主要由集成運算放大器LM555、耦合電容C2構(gòu)成。 原理如下：交流電信號經(jīng)R3流入LM555進行放大，放大倍數(shù)由R7/R3的值控制。考慮到此時LM741單電源供電，在其管腳3處接入分壓偏置電阻R1、R2以減小3管腳的輸入電壓從而利于放大。電信號經(jīng)管腳6進入耦合電容C2濾去了供電源帶來的直流信號直達三極管進行二次放大，使信號顯著增強。 2.2.5 整流開關(guān)電路 整流開關(guān)電路由電阻R4和三極管Q2構(gòu)成。 其原理如下：放大信號由LM555發(fā)出后經(jīng)過電阻再到三極管Q2，放大后的交流信號經(jīng)電容C5濾去由供電源帶來的直流成份后

16、分成兩支：其正半周經(jīng)二極管D3流入充電電容C4和作為開關(guān)作用的三極管Q2中，使三極管Q2導(dǎo)通，同時給C4充電，因為信號負半周不經(jīng)過三極管Q2，會導(dǎo)致信號間斷半個周期，所以這里充電后的電容C4就會相當(dāng)于一個供電源，起一個延時的作用，給三極管Q2供電以使其導(dǎo)通時間延長，Q2導(dǎo)通則蜂鳴器會被旁路而不發(fā)聲；其負半周通過二極管D2流出。蜂鳴器發(fā)聲頻率來源于其本身的發(fā)聲頻率。當(dāng)有人遮擋時，則三極管Q2截止，蜂鳴器由直流供電源供電工作而發(fā)聲。最后得出圖2.2.5總電路圖圖（2.2.5）電路仿真總圖2.2.6 多諧振蕩器的工作狀態(tài) 多諧振蕩器的工作波形如圖2.2.6所示：電路接通電源的瞬間，因為電容C還來不及

17、給其充電，Vc=0V，所以定時器狀態(tài)為1，輸出Vo就為高電平。同時，集電極輸出端(即管腳7)對地斷開，電源Vcc對電容C進行充電，電路就會進入暫穩(wěn)態(tài)I,然后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)I的維持時間，也就是輸出Vo的正向脈沖寬度;暫穩(wěn)態(tài)的維持時間，即輸出Vo的負向脈沖寬度。因此，輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波(方波)。圖（2.2.6）多諧振蕩器波形圖第3章 電路仿真和結(jié)果分析3.1 軟件仿真和實物調(diào)試 在調(diào)試過程中注意以下四個關(guān)鍵：一、一定要檢查芯片的管腳是否接取正確，避免燒掉芯片。二、正負極引線接電源時正負極不能

18、接反，不然會容易擊穿或燒壞二極管。三、必須用示波器檢測NE555芯片是否產(chǎn)生了方波，要不然會導(dǎo)致二極管無法滿足要求正常工作，芯片輸出對應(yīng)仿真波形（如圖3.1.1），紅外光敏發(fā)射二極管兩端電壓如（圖3.1.2），以及有光照時蜂鳴器兩端電壓如（圖3.1.3），無光照射時蜂鳴器兩端電壓如（圖3.1.4）所示。四、一定要確保接收二極管的保護電阻足夠大，否則也會導(dǎo)致?lián)舸┗驘龎亩O管。 檢查確保上述情況無誤后，再反復(fù)調(diào)試。經(jīng)過萬用表測量，記錄部分數(shù)據(jù)，如表3.1.5 各仿真結(jié)果如下：圖（3.1.1） NE555輸出波形 圖（3.1.2）紅外發(fā)射二極管兩端電壓 （圖3.1.3）有光照射蜂鳴器兩端電壓（圖3.

19、1.4）無光照時蜂鳴器兩端電壓紅外光敏發(fā)射二極管兩端電壓無光照時蜂鳴器兩端電壓有光照時蜂鳴器兩端電壓紅外光敏二極管兩端輸出頻率蜂鳴器兩端輸出頻率1.96V10.92V0V28kHz758Hz（表3.1.5） 實際測量數(shù)據(jù) 當(dāng)有光照的時候，也就是沒用紙擋住的時候，蜂鳴器的電壓特別小，見（圖3.1.3）， 沒有給蜂鳴器提供足夠的電壓使它工作，所以它不會響；但是當(dāng)它無光照的時候，也就是被紙遮住的時候，給蜂鳴器提供的電壓足夠它工作，所以就響，報警。3.2 實物制作與實測波形 所有前期準(zhǔn)備做好后，開始了制作，電路圖焊接，實物圖正面如（圖3.2.1），實物圖反面如（圖3.2.2），以及實際波形圖如（圖3.

20、2.3）所示。 圖3.2.1 實物圖正面圖3.2.2 實物圖反面圖3.2.3 實測波形圖3.3 實驗調(diào)試 等了幾天終于拿到元器件，清點了一下元器件后就立馬開始焊接。同組人一個負責(zé)發(fā)射電路部分，一個負責(zé)接收電路部分，另一個負責(zé)檢查電路。當(dāng)日則根據(jù)萬能板的大小尺寸和所選電路圖，按照電路模塊先在草稿紙上進行了大概的布局，然后就開始焊接了。為了能很好的實現(xiàn)報警功能，焊接完紅外線接收電路所有元器件用了大多時間，因為都是女生，所以焊接時會更小心翼翼。焊接好后對照電路圖仔細檢查了各個焊點和連線，沒有發(fā)現(xiàn)有虛焊、脫焊現(xiàn)象的存在，各個連線也沒有開路及短路，現(xiàn)象，電路也完全按電路圖布局的。 當(dāng)連接上5V直流電源后

21、用萬用表測試各電路模塊，功能基本正常。但是，當(dāng)啟用同組人設(shè)計的正常紅外線發(fā)射電路時，發(fā)現(xiàn)未達到報警功能，于是大家又再次檢查了一下電路圖，果然發(fā)現(xiàn)紅外光敏二極管焊反了，于是取下該管，另去庫房領(lǐng)了個新的遠紅外接收管焊了上去，再測試，發(fā)現(xiàn)可以達到兩外之外報警，但蜂鳴器聲音還是不對。于是在未接收紅外線照射時檢查蜂鳴器的輸入電壓，發(fā)現(xiàn)電壓太小。最后再測試，發(fā)現(xiàn)效果良好，信號放大效果好，蜂鳴器也響亮了，各項設(shè)計參數(shù)及功能指標(biāo)均正常。第四章 結(jié)論與心得在選課設(shè)的時候我們組糾結(jié)了很多，因為都是女生動手能力什么的可能沒有男生那么好，所以開始選定波形變換時，因為仿真時遇見好多問題，電路也比自己想象中復(fù)雜，后來又想

22、改透明報警，拿給老師檢查的時候，老師很細心的幫我們分析并且給了我們兩個以前做出概率高的課題，終于我們敲定了這個，紅外控制報警器。 在做本次課程設(shè)計的過程中，作者感觸最深的當(dāng)屬查閱了很多次設(shè)計書和指導(dǎo)書，還有學(xué)會了基礎(chǔ)的multisim運用。如何把平時所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？一開始看著題目是無從著手，在一次次的參看資料和書籍后才開始有了眉目，在課程設(shè)計過中進一步的加強和了解了課上學(xué)的理論基礎(chǔ)知識，了解到多更多的元件，初步體會到了要設(shè)計一個電路去完成某項工作的過程是如此的繁瑣，怎樣進行對一個工程設(shè)計，它需要很高的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力，是一個將理論上升為實踐的過程，同時也發(fā)現(xiàn)了很多

23、在學(xué)習(xí)理論知識中出現(xiàn)的問題，課堂上有部分知識不太清楚，于是又不得不邊學(xué)邊用，在參數(shù)的設(shè)定也存在很大的問題，還有，在焊接方面開始也是一竅不通的，但通過這次課程設(shè)計后，懂了很多！所以平時時刻鞏固所學(xué)知識是很有必要，由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。 通過不懈的努力，也養(yǎng)成了獨立思考的習(xí)慣，極大地培養(yǎng)鍛煉了自己的動手能力。同時也懂得了團結(jié)合作的重要性。如何把平時所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？一開始看著題目是無從著手，在一次次的參看資料和書籍后才開始有了眉目，在課程設(shè)計過中進一步的加強和了解了課上學(xué)的理論基礎(chǔ)知識，了解到多更多的元件，初步體會到了要設(shè)計一個電路去完成某項工作的過程是如此的繁瑣，怎樣進行對一個工程設(shè)計，它需要很高的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力，是一個將理論上升為實踐的過程，同時也發(fā)現(xiàn)了很多在學(xué)習(xí)理論知識中出現(xiàn)的問題，課堂上有部分知識不太清楚，于是又不得不邊學(xué)邊用，在參數(shù)的設(shè)定也存在很大的問題，還有，在焊接方面開始也是一竅不通