远距离红外线防盗报警开关感想.docx
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远距离红外线防盗报警开关感想
课程设计说明书
题目远距离红外线防盗报警开关
姓名康丽娟
学号1010406028
专业年级10级通信六班
指导教师肖景
目录
一.课程设计的目的及要求………………………………2
1.1设计任务……………………………………...……2
1.2设计目的……………………………………………2
1.3设计要求与技术指标…………………………...….2
二.课程设计内容的说明……………….…………………3
三.元件清单及简介………………………………….........4
四.原理图的设计………………………………………...4
4.1电路图的分析…………………………….………5
4.2电路图的绘制……………………………...……..5
4.3PCB的生成及绘制………………………..……...6
4.4热转印制板法…………………………….……...6
4.5焊接与调试………………………………………...7
五.PCB的制作………………………………………….7
六.热转印制版法…………………………………………..8
七.制作调试………………………………………………...9
八.结论与分析……………………………………………...9
参考文献…………………………………………..…….…9
附录………………………………………………………....10
一、
课程设计的目的及要求
1.1设计任务
1、对选定的方案进行设计；
2、完成电路的设计和主要元器件说明；
3、完成硬件原理图设计和PCB图设计；
4、安装各单元电路,要求布线整齐,美观。
1.2设计目的
1、掌握远距离红外线防盗开关的设计方法和测试技术。
2、了解芯片CX20106、发光二极管，及555的工作原理和应用。
3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。
4、熟练掌握PORTEL99SE软件进行电路的设计。
5、熟练掌握焊接技术。
6、掌握热转印制版法做PCB板。
7、掌握腐蚀、钻孔、调试等技术。
1.3设计要求
一．设计要求
1、拟定测试方案和设计步骤；
2、根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；
3、要求学生独立完成原理图的绘制和PCB板的布线；
4、要求PCB的尺寸为PCB尺寸10cm*8cm以内，越小分数越高。
5、电阻全部为1206贴片电阻。
其余封装自己根据元器件绘制。
6、要求独立完成转印、腐蚀、钻孔、焊接和调试等工作；
F、写出设计性报告。
1.4．技术参数
1、电源：
发射部分12V，接收部分12V
2、待机电流：
接收部分≤100uA
3、报警电流：
接收部分≤150mA
4、报警声响度：
1米范围内不小于80DB
5、探测距离：
0.5米左右
1.5．作品的特点及功能
1、用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易发现。
2、探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰性强。
3、当触发报警器时，能自动进行声光报警。
二、课程设计内容的说明
1.报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外，微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。
2.报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。
3.报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。
除了以上区分以外，还有其他方式的划分。
在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。
本设计的名称为“红外防盗报警器”。
这是一种新型多功能防盗报警器，该设计的实物将有功能扩展性好，硬件配置先进等优点。
此套报警系统对防范盗窃和追捕盗窃犯，有着重要的实用意义。
该设计的完成主要由两个因素驱动，其一，满足消费需求的程度和领先性；其二，科学技术的发展。
该设计主要有以下几个特点：
1.由于防盗报警系统用途的特殊性，这就需要防盗报警系统不断改进其功能以应对盗贼层出不穷的盗窃手段。
在设计时，充分考虑这一问题，使得系统的功能有着很好的扩展性，可以针对不同的场合，进行系统的改进。
2.在设计时，考虑到实际现场环境和用户的安全防范要求。
3.具有防拆动、防破坏功能。
当报警探测器受到破坏、人为将其传输线短路或断路时，均能产生报警信号输出。
4.具有一定的抗干扰能力，可以防止各种误报现象的发生，例如：
防宠物和小动物骚扰、抗因环境条件变化而产生的误报干扰等。
5.系统的灵敏度和可靠性很高。
三、元件简介及使用方法
1、接收部分用12V电源，发射部分用12V电源
2、将报警器的发射与接收部分对准，打开电源开关，指示灯灭，则说明发射与接收已经对准，用手挡一下发射管或接收管，能报警则说明报警器可以工作然后离开监视区域
四.元件清单及简介
555定时器简介
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。
三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。
三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。
比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得0和1两个分压值，一般称为阈值。
555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。
555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。
红外发光二极管
红外发光二极管是一种把电能百接转换成红外光能的发光器件（红外光是一种不可见光），而且能把红外光辐射到空中。
因此也称红外发射二极管。
它的主要用途是与其他电路配合，共同构成红外线遥控系统中的发射电路。
光敏二极管
光敏二极管也叫光电二极管。
光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。
无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。
当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。
当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。
这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。
因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
常见的有2CU、2DU等系列。
光敏二极管是利用硅ＰＮ结受光照后产生光电流的一种光电器件.
表1本设计所需的元件器材
元件
数量
元件
数量
元件
数量
IN4148
6
电阻10K
3
瓷片电容104,334,33u
1
CX20106
1
电阻4.7K
1
电阻200欧
2
发光二极管
TLP911
1
电阻2K
1
光敏二极管
1
555
1
电阻6.8,200，
120，750欧
1
CAP（C9）,3U3（C8）
1
9014
3
NPN8050
1
极性电容10uF
1
接收头
1
2排针
4
瓷片电容
47u
1
电阻5.1K
1
电阻10M
1
电解电容10u
1
电阻6.8K
1
电阻22K,30k，2M2
39k,68k,180k
1
瓷片电容
102,103
各2个
三极管
6
五、原理图的设计
发送电路
接收电路
5.1电路图的分析
发射电路：
由555组成振动器，振荡频率为30MHz,占空比为10:
1的振荡信号经VT
作电流放大后推动放射头内的红外发光管向外辐射30MHZ脉冲红外线。
接收电路：
当接头接收到反射头发射的脉冲红外线时，产生的脉冲经一级前置预后，由1脚输入IC内部进行放大，整形，带通比较，由7脚输出低电平。
此时，VT2，VT3截止，VT4导通使继电器K吸合。
如果从放射头至接收头的红外线光束被物体遮挡，VT3导通而VT4截止，继电器k释放，其触电S1断开，S2接通报警器报警。
5.2电路图的绘制
利用PROTEL99SE进行电路设计可分为三个步骤。
第一是绘制电路原理图，第二是根据原理图生成网络表，第三是印制电路板的设计。
原理图的绘制是印制电路板设计的基础工作，其设计步骤如下：
（1）新建原理图文件。
在“DesignExplorer”窗口内，单击“File”菜单下的“New...”命令，创建一个新的设计文件，输入文件名，并指定存放路径；
（2）设置图纸和工作环境；
（3）装载元件库。
单击“DesignExplorer”窗口下的“BroseSch”标签，并选择“Library”作为浏览对象，添加元件图形符号文件包；
（4）放置所需的元器件、电源符号等。
在元件列表窗口内找出特定的单元名称后，单击“Place”按钮，将元件放置到原理图编辑区，双击元件图形符号修改属性；
（5）完成元器件的布局和连线；
（6）放置标注文字等说明；
（7）进行电气化规则检查，使得电路无报错；
（8）产生相关报表；
（9）电路图的存盘及生成PCB图。
在电路图的绘制中要注意个电气节点是否连接正确，有没有忘记连接或多生成节点。
生成PCB图时，有的元器件在库中没有对应的封装或封装的尺寸、管脚排列等与已有的元器件管脚不对应，此时就要求自己动手创建新的封装图库。
5.3PCB的生成及绘制
在原理图界面上点击原理图编辑窗口内的“UpPCB...”命令，把原理图中的元件封装图、电气连接关系直接装入PCB文件内。
进行PCB走线前要进行规则的设定，PCB走线要符合以下规则：
1、焊盘孔径内径统一为1.0mm，外径为2.0mm以上；
2、布线宽度不低于0.8mm；
3、过孔的大小以外径3.0mm，内径2.6mm为佳；
4、线间距不得低于0.4mm。
在符合规则的条件下，调整各元器件封装位置，使其均匀分布、重心平衡、版面美观且排版紧促。
将布线完成的PCB图附上一层镀铜，做上标记。
放好过孔以利于固定。
PROTEL99SE中生成PCB图如图7所示
图3远距离红外线防盗报警开关
PCB图
六、PCB板的制作
对于电子产品来说，电路板设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路，电路板设计的合理性与产品的生产及产品的质量密切相关，要设计出一个实用的产品，还必须遵守以下设计原则和抗干扰设计。
1、电路板的选用
选用环氧树脂板,环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,同箔的附着强度与工作温度高,可以在260度的焊锡熔中不起泡。
也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。
不同的材料有不同的特点，由调试中可能多次更换元件，所以要考虑到铜箔的粘合力。
2、走线注意的问题
线路板的好坏直接影响着放大器的性能，不好的线路板，会使信号产生歧变，产生本底噪音生尖峰脉冲干扰等，为了尽避免上述影响，线路板在线出尽量做到：
2.1、接照信号的传输路径由小到大的顺序在电路板上各路的布置各各元器的位置，尽量缩短各元器件之间的距离，以减少外部干扰的引入和不必要的干扰。
2.2在供电线路中，大电流通过的路径应尽量度设计得实一些，以降低电源内阻，使电流能顺利通过。
2.3在供电线路中，应尽量避免大电流的印刷电路式导线交布置在小电流通路的中间式附近，以免造成对小电流的干扰。
2.4走线时，应尽量走大于90度直角的线以防止产生尖峰脉冲造成干扰。
2.5在焊接的时候都是通过手工完成，在打孔时也是通过手工操作电钻完成，而我们并不是这方面的技工，这将在打孔的时候无法避免一些技术失误。
如果焊盘的直径过小，在打孔时，孔稍微大了一点，焊盘便没有了。
所以在设计旱盘大小是都设置为大于2毫米。
2.6线的宽度问题很重要，由于在学校的条件是手工腐蚀铜板，考虑到热转印中，炭粉的吸附与脱落问题，防止出现断线的情况，布线宽为1.5-2.5毫米。
地线则尽可能的加宽，设置为环绕在板的边缘。
2.7大功率元件与小功率元件尽量分开布线
3、腐蚀制造PCB板
在电脑中设计好PCB板后，用蜡纸打印出PCB线路图，通过热敏转印机将碳粉覆盖在铜箔，然后用三氯化铁加热水腐蚀板子。
多余的铜箔被去掉后，用细纱布去掉覆盖在线路上的碳粉，后用酒精溶解松香的溶液均匀涂在有铜箔的PCB板上，作用防止铜箔氧化。
最后根据内径的大小选用相应直径的针头给焊盘打孔。
七、热转印制版法
热转印制版法材料准备：
单面铜板一块，A4纸一张，砂纸一张，相纸一张，腐蚀液，打印机一台，热转印机一台。
转印步骤如下：
1、先将PCB图导出打印在相纸上（可用一张A4纸先打印一次再将相纸贴于PCB图位置再打印一次）；
2、按照PCB图的大小裁出一块大小相同的单面铜板，用砂纸将表面氧化层打磨干净，露出锃亮的铜即可。
3、将相纸上的PCB图与单面铜板对应固定好，轻轻的推入热转印机中转印一次，待转印好的PCB图与铜板冷却后揭掉相纸，此时相纸上的油墨被转印到铜板上形成一层抗腐层。
这也是热转印制版法的由来。
4、转印成功后将铜板至于腐蚀液（三氯化铁溶液）中腐蚀掉没被覆盖的铜形成电路。
如想要快速得到电路板可以加热腐蚀液或不断摇动腐蚀液加快腐蚀速度。
腐蚀完成后用清水将表面残余的腐蚀液冲洗掉再擦干水分。
5、将擦干的电路板用适当的钻头将焊盘孔径打通。
注意由元器件管脚的实际大小选择钻头，一般常用0.8mm。
打孔经时光线要明亮，电路板要放平，垂直压下，芯片管脚要在同一直线上。
6、打好孔径后将电路板上覆盖的油墨用砂纸刷洗干净，烘干待用。
可以在铜面涂上一层松香以防止氧化和助于焊接。
八、制做与调试
1、焊接
由于我们组贴片比较多，所以焊接起来比较费劲，跟着自己设计好的电路图，对号入座的焊接贴片，必须先用镊子按住贴片，再用烙铁焊锡。
在插放元件前先用电工刀将电路板的外型设计好，是否与它的外壳相匹配。
要注意插入边沿的元件后，能否盖上外壳。
在插放元件的时候，最好对个元件的性能进行检测，我们所购买的都不是军用元件，存在一定的误差。
不同的三极管引脚排列顺序不一样，对电阻、电容、电解电容、二极管、三极管、可控硅、稳压二极管、集成电路等的识别及检测焊接的时候应注意烙铁的温度，最好不要在电风扇下面，以免风扇影响烙铁头的温度。
同时要注意焊接技术，不要出现尖角，剪除引脚的时候，引脚不要留的太长，避免不必要的干扰。
2、调试
调试可以说是整个过程中最重要最难的部分了，发射部分基本上不用调试就可工作。
装好接收部分后，，检查了好多地方，都找不到原因，后来想到可能是电容装反了，取下来再装上去，电路板制好后，对照PCB图将元器件放置到正确位置进行焊接。
焊接时注意发光二极管、电解电容的管脚的正负极，开关的导通管脚。
防止极性接反，引起极性电容的爆炸等。
焊接时执行先下烙铁，后下焊锡丝，先移焊锡丝，后移烙铁的顺序。
要将整个焊盘都沾满锡，那样焊接出来的电路才美观，不存在虚焊。
焊好电路后，上电进行功能测试。
九、结论与分析
从电路图的设计到PCB的设计，从印刷电路板到元件的焊接，每一个步每一个细节都很主要，每一步都是成功的关键。
进行PCB的设计，这是整个设计工程的核心部分。
它决定了整个设计的成败，以及电路板的美观。
经过几次周折后，我终于在四个小时里成功完成布局，而且板子也缩小了很多，也算是意外中的收获。
塞翁失马焉知非福！
打印时也很重要，没做好，腐蚀出来的板子就不好，甚至会产生短路，我曾经也失败一次，或许是熨斗没熨好，受热不均匀，使墨没有完全吸附在铜片上，后来在机械的操作下，我成功了，经过腐蚀，我的第一块板子腐蚀过度了，造成了好多线路都断路，后来我又做了一块，才我得到了比较理想的电路板，心中无比的欣喜。
最后是元件的钻孔，焊接，我拿来万用表，一一把电阻的值测出，同时也把其他元件按照PCB的布局放好早电路板上，一一焊接好每一个元件。
焊接时，一定要小心，千万不要短路，否则便功亏一篑，后悔不已！
焊接元件后，便是调试，先调试发射电路看是否正常工作，发光二极管是否发光，然后再调试接收电路，特别留意电容是否接反了，有时还要测试不同点的电压，电流，看是否正常，若不对则要进行修改，直至电路正常工作。
十、心得体会
经过这次试验，我感触颇深，了解了许多书上学不到的东西，通过此次实验，我从中学到了很多东西，结合课本上所学的知识，付诸实施，熟悉了原理图的制作，PCB的生成，排版，打印，转印，腐蚀，焊接，调试等等相关CAD知识，并进行不断探索，加入了自己的思想和创新。
我学以致用，通过实验更加透彻理解了课本知识，并进一步培养了熟练的实验技能，为以后的学习和工作做好了奠基。
当然，我们也遇到了一定的难题，因为我做的红外线远距离防盗系统的实验，这要求很大的精准度。
通过多次试验，有些问题已经迎刃而解。
。
在后期实验中，我将总结以前实验失败的各种原因，再接再厉，尽最大努力，完成此次试验。
在这次试验中，在之前的画原理图中，我发现了老师给的原理图TLP911原件是两个引脚的，而我们发的元器件却是三引脚的。
所以还得上网查资料，修改原理图。
后来在该封转，生成PCB都比较的顺利，很快就排好版，用相片纸打印出来并转印到覆铜板上了。
在用三氯化铁腐蚀板子的时候又遇到了问题，由于溶液太稀，腐蚀了半天没反应，后来不知道谁换了一盆溶液，以至于我的板子被腐蚀过度，当把板子洗刷干净，用万能表测试了一下，太多的短线，不得不重做一块，第二块板子期间我半点也不敢马虎了，最终得到了一块非常满意的板子。
接下来就是刷松香，焊接，调试。
由于之前的失败，在后来的步骤中，仔仔细细。
实验非常成功，实现了功能。
唯一不足之处是我的发送和接收焊接在了一块板子上。
从这件事上，我得出了做实验，一定要专心致志，不能有半点马虎，否则后果严重。
，在此次试验中，我通过查找大量资料，请教同学，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
我学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
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