红外线探测报警器.docx

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红外线探测报警器

武汉XX大学

课程设计任务书

课题名称：

红外线探测防盗器---生产实习

完成期限：

2010年1月4日至2010年1月15日

院系名称电子信息工程学院指导教师XXX

专业班级电子信息工程学生姓名XXX

摘要

本文首先介绍了此次生产实习的主要任务—用所学知识设计制作一个红外线探测防盗器，用Protel软件完成电路设计和仿真，完成所设计电路的焊接和调试。

论文分析了该报警电路各部分的工作原理和所能实现的功能，给出了各个元件的参数，对主要元器件进行了介绍，并用Protel软件画出电路图。

最后给出了报警电路总图，分析了该电路所能实现的功能，列出元件清单，对所制作电路进行测试，记录结果，分析误差出现的原因，写出生产实习心得体会。

关键词：

红外探测器电路设计

红外线探测防盗器——生产实习设计

一、设计目的

1、掌握红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉实用电路设计的一般过程。

2、训练及提高学生综合运用所学知识进行电路设计的动手实践能力。

二、设计内容及要求：

1、设计内容：

要求用所学的专业知识以及查阅有关资料设计一台红外线探测防盗器，而且要完成电路的装配和调试。

该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

2、设计要求：

1）提出至少两种设计实现方案，并优选方案进行设计。

2）详细说明设计方案，并计算元件参数。

包括选择的依据和原理，参数确定的根据。

3）自己独立完成设计及制作调试，并能发现问题解决问题。

4）撰写设计报告：

写出设计过程，附上有关资料和图纸，写上心得体会。

三、红外线探测防盗器的基本原理

1、红外线传感器

红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。

一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线。

IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。

2、信号放大电路

图1

信号放大电路如图1，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2A①脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。

3.电压比较器

图2

电压比较器如图2，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A①脚输出的信号电压到达IC2B的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC2B的⑦脚由原来的高电平变为低电平。

4、报警延时电路

图3

如图3，IC4ALM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。

当IC2B的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2导通，讯响器BL通电发出报警声。

人体的红外线信号消失后，IC2B的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。

由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。

5、开机延时电路

图4

如图4，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。

该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3--78L06供电。

本装置交直流两用，自动无间断转换。

6、12V电源电路

由功率为12V5W的变压器，电桥等组成，为报警电路提供12V的电压源。

如图5

7、红外探测报警电路

图6

四、实习结果及误差分析

通过对电路板的分析和调试，最终该电路可实现如下功能：

在接通电源并触碰红外线探测器IC1后，经过一段时间的延迟蜂鸣器发出报警声，持续时间平局为40秒左右，延迟时间平均为1分15秒。

在调试过程中往往出现电路一经接通蜂鸣器即发出报警，原因可能是开机延迟电路出现短接，虚焊或者报警延迟电路中出现故障等。

五、心得体会

在这个报警电路的设计制作工程中，我们耗费了较大的人力和物力。

在设计完电路图后，基本的理论工作已经完成，接下来是动用工具进行焊接了，这对我们焊接电路板的能力有不小的要求，在电路布线上既要做到准确到位又要保证元件布局合理美观大方。

在没有印制电路板的情况下，为节省焊接时间，我们必须学会如何巧妙的利用普通板上已有的线路。

在焊接时务必小心认真，避免虚焊、漏焊、错焊。

同时正确选择元件，避免弄混弄错，尽量一次焊对，曾有人因为某个重要原件反复焊错，拆了焊，焊了拆，最终将元件损坏。

完成焊接后就要进行调试，我在调试时为避免变压器输出电压过大将报警电路烧坏，先测试了电压源电路的输出电压，约为16.7V，基本符合要求。

在接好电源电路后，报警电路曾先后出现不报警、不延迟即报警等问题。

在对电路反复检查，核对，分析之后逐一排除了这些问题，最终该报警电路达到了比较理想的效果。

通过此次生产实习一方面提高了综合运用所学知识进行电路设计的动手实践能力。

一方面掌握红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉实用电路设计的一般过程。

六、元器件选择与制作

元器件清单见下表：

编号

名称

型号

数

量

编号

名称

型号

数

量

R1

电阻

47K

1

C10

电解电容

470u/25V

1

R2

电阻

1M

1

C11

涤纶电容

0.1u

1

R3

电阻

1K

1

VD1-VD5

整流二极管

IN4001

5

R4

电阻

4.7K

1

U

全桥

2A/50V

1

R5、R6、R9、R12、R13、R15

电阻

100K

6

VT1

晶体三极管

9014

1

R7、R10、R11、

R17

电阻

10K

4

VT2

晶体三极管

MPSA13

1

R8、R16

电阻

300K

2

VT3

晶体三极管

8050

1

R14

电阻

470K

1

IC1

红外线传感器

Q74

1

R18

电阻

2.4K

1

IC2

运算放大器

LM358

1

R19

电阻

220Ω

1

IC3

比较器

LM393

1

R20

电阻

560K

1

IC4

三端稳压器

78L06

1

C1、C2、C6、C8、C9

电解电容

47u/16V

5

BL

电磁讯响器

U=12V

1

C3、C5

电解电容

22u/16V

2

T

电源变压器

12V5W

1

C4

涤纶电容

0.01u

1

S

钮子开关

1

C7

电解电容

220u/16V

1

IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。

IC2采用运放LM358，具有高增益、低功耗。

IC3、IC4为双电压比较器LM393，低功耗、低失调电压。

其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。

R12是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型制作时，在IC1传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1－10Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。

安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方7－10m处走动，调整电路中的R12，使讯响器报警即可。

其它部分只要元器件质量良好且焊接无误，几乎不用调试即可正常工作。

本机静态工作电流约10mA，接通电源约1分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1分钟停止报警。

如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。

七、参考资料

  1、LM358

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

特性（Features）:

内部频率补偿直流电压增益高（约100dB）单位增益频带宽（约1MHz）电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；双电源（±1.5一±15V）低功耗电流，适合于电池供电低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）。

LM358引脚排列图：

图7LM358引脚图

2、LM393

图8LM393引脚

（1）LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达2.0的独立精密电压比较器构成。

该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。

该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。

本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。

LM393系列可直接与TTL及CMOS逻辑电路接口。

无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393系列便与MOS逻辑电路直接接口。

（2）各引脚功能：

8脚电源＋，4脚电源－，1脚比较器A输出，2脚比较器A反相输入，3脚比较器A同向输入，5脚比较器B同向输入，6脚比较器B反相输入，7脚比较器B输出。