红外线模块及应用.docx
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红外线模块及应用
红外线模块及应用
毕业设计（论文）《对射型红外感应模块》？
?
对射型红外报警器
2013届毕业设计任务书
项LI名称:
红外线模块及应用
指导老师:
三、设计内容与要求
课题概述
红外线模块主要包括反射型感应模块、对射型感应模块和热释电红外探测模块等。
反射型感应模块是一种集红外线发射,接收功能与一体的集成组件。
内部包含了红外线发射，接收及信号放大与处理，能够以非接触方式探测询方一定范围内的阻挡物，并转换成控制信号输出。
对射型感应模块分为独立的发射模块与接收模块。
发射模块向外发射经密码调制的红外线，接收模块接收到有效信号时输出控制信号。
而热释电红外探测模块则不需要配置红外线发射源，能直接接收人体或动物等物体辐射的微量红外光线，将其转变为相应的控制信号输出。
2.设讣内容与要求
（1）确定整体设计方案；
（2）软件、硬件具体设计；（3）试制本机（含外观设计）或搭建测试平台；（4）确定测试方案；（5）现场测试、写出测试报告；（6）撰写毕业设计论文（项目产品报告）。
3.技术指标
⑴工作电压:
5-15V
（2）工作电流:
<30mA
（3）探测距离:
0.3-lm
四、设计参考书《传感器与检测技术》，
《电子实用手册》，
《数字电子技术基础》，
《模拟电子技术基础》，五、设计说明书要求
1•封面
要求:
包括设计题LI,系别，班级，学号姓名，指导老师，完成日期；
2.目录
要求:
根据说明书的内容决定，一般采用2-3级；
3.内容摘要
要求：
中文摘要以300-400字为宜，配以相应的外文摘要。
4.正文
要求:
试验方案设计的可行性、有效性以及试验数据的处理及分析，对本
研究内容及成果进行较全面、客观的理论阐述。
这是说明书的主要部分。
5.结束语
要求:
包括对本设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等。
6.附录
要求:
包括参考文献作者、署名、出版地、出版年月等；图纸;材料清单。
六、设计答辩与论文要求1.毕业设计答辩要求:
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，山指导老师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、
H的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论及评价。
答辩小组质询课题的关键问题,质询与课题密切相关的基本理论、
知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创
新能力。
2.设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺,语言流
畅,排版合理，无错别字,不允许抄袭。
图纸要求:
按《机械制图》标准执行，图面整洁，布局合理，线条粗细均
匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范。
曲线图标要求:
所有曲线、图表、线路图、
示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程制图要求绘制。
U录
摘要1
笫1章任务与要求1
1.1课题概述1
1.2设计任务书1
1.3设计内容与要求1
1.4参数要求2
第2章引言3
2.1研究背景3
2.2论文设计目的3
2.3论文章节安排4
第3章方案论证与设计53.1方案论述5
3.2红外线对射模块概述53.3红外反射模块7
3.4热释电红外探测模块93.5方案确定9
第4章红外对射的硬件电路的主体介绍10
4.1TX05C原理分析104.2电路元器件分析124.3音乐芯片电路134.4
电容滤波电路原理144.5NE555时基电路简介17第5章电路调试225.1调试的设备22
5.2调试步骤22
3.3调试出现的问题235.4成品展示23
笫6章使用说明246.1使用方法24
6.2注意事项24
6.3现象24
第7章毕业设计心得体会（致谢）25
参考文献26
附录27
附件一:
总原理图27
附件二:
元器件明细表29
摘要
随着现代科技的迅猛发展，在安防报警方面的研究也渐渐深入了。
U前国内使用各种防盗、保安报警器基本都是以超声波、红外发射接收以及微波等技术为基础。
本文所介绍的报警器主要是采用对射型红外线感应模块设计制作红外反射报警器，该红外报警器,它制作简单、成本低、安装比较方便、而且性能比较稳定，抗干扰能力强、灵墩度高、安全可靠。
防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统，一般山探测器（报警器）、传输系统和报警控制器组成。
探测器检测到意外情况就产生报警信号,通过传输系统
送入报警控制器发出声、光或其他报警信号。
探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同,可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式;按电信号传输方式不同，乂可分为无线传输和有线传输两种方式。
本文介绍了一种应用TX05C对射型红外感应专用模块的报警系统。
该模块分TX05C7T与TX05C7R两个独立的红外发射与红外接收模块。
两模块的外形尺寸相同,均为32mmX64mmX17mmo发射模块内部由电源管理器件、密码IC、红外调制电路和中功率红外发射管等组成，通电后正前方透镜小孔即向外发射经密码调制的红外光线,模块后面有发射指示灯和电源引线，电源线采用屏蔽线连接，芯线为电源正极VDD,屏蔽皮层为电源负极。
接收模块内部设有5V稳压源、红外接收放大、解调及处理电路。
模块正前方的小孔为红外接收窗,在内部两侧面
各设置有状态指示灯。
K关键词）］:
工作原理系统结构发射电路接收报警电路
Abstract
Inrecentyears,alongwithreformandopenpolicythoroughdevelopment,electronicelectricappliance'sswiftdevelopment・People'slivingstandardhadtheverybigenhancement・Eachkindofupscaleelectricalappliancesproductandthevaluableshaveformanyfamilies・Howeversomeunlawfulelementsarealsomoreandmore・Thisseesmajorityofpersonsecurityconsciousnessalsoinsufficient・Createsstealsthephenomenontobecommon.Therefore,moreandmoreresidentfamiliesworriedtothepropertysecurityproblem・Thealarmapparatushadbeensolvingmanyproblemsbynowforthepeople・Butinthemarketalarmapparatusmajorityofuseinsomebigcompanyfiscalinstitution.Thepriceissoaring,generallythepeopleacceptwithdifficulty・Ifredesignsandproducesonekindmoderate1y-priced,theperformancekeenreliableburglaralarm,willcertainlyplaysamoreeffectiveroleinsecurityandtheguaranteepropertysecurityaspect・Thisdesignhasusedtheredunauthorizedbiographycorrelationfeeling,itsmanufactureissimple,thecostislow,theinstallmentisquiteconvenient,moreoverthesecurityperformanceisquitestable,antijammingabilityisstrong,sensitivityhigh,safereliable・
ThispaperintroducesakindofapplicationTX05Ccorrelationtype
infraredinductionspecialmodulealarmsystem・ThismodulepointsTX05C
一TandTX05C一Rtwoindependentinfraredemissionandinfraredreceivingmodule・Theappearanceoftwomodulesthesamesize,are32mmx64mmX17mm.Emissionmoduletheinternalpowermanagementdevices,passwordIC,infraredmodulationcircuitandthepowerinfraredtransmittingtubeetc,afterelectrifyaheadlensholesthatisoutsidetolaunchthepasswordmodulationinfraredlight,modulebackemissionlightandpowersupplyleads,powercordusedshieldedwireconnection,coreforpositiveVDD,shieldingthecortexispowernegative・Receivingmodulewithinternal5Vvoltagesource,theinfraredreceivingamplification,demodulationandprocessingcircuit・Moduleaheadoftheopeningforinfraredreceivingwindow,withintwosideeachsethavestatusindicatorlampJkeywords]3:
workingprinciplesystemstructureTransmissioncircuit;receivealarmcircuit
笫1章任务与要求
1.1课题概述
红外对射型感应模块分为独立的发射模块与接收模块,发射模块向外
发射经密码调制的红外光线，接收模块收到有效信号时输出控制信号。
利用对射
型红外线感应模块,可广泛用于各种自动检测、自动报警和自动控制等装置中，如门窗及各种人行通道的报警系统、流水线的自动控制、量值的统计等。
本设计
就是利用TXO5C是一种对射型红外感应专用模块而设讣的一个报警防盗系统。
1.2设汁任务书利用TX05C的对射红外感应模块的工作原理设汁并制作一个防盗报警器的装置。
其工作电压不超过12V,发射距离为3〜5m。
在作用距离足够满足使用的前提下，要尽量降低发射模块的工作电压。
1.3设计内容与要求
1）确定设计方案，绘制电路原理图。
2）设计印刷板电路。
3）试制本机（含外观设计）。
4）确定本机测试方案。
5）本课题组必须制作两组实物。
6）现场测试、写出测试报告
1.4参数要求
1工作电压:
5-15V;
2工作电流:
<30mA;
3探测距离:
0.3-lmo
第2章引言
2.1研究背景
在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：
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，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
1这种探头是以探测人体辐射为日标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敬感。
2为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
3被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件儿乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
4一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消,经信号处理而报警。
5菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距感应距离，从而产生不同的监控视场，视场越多,控制越严密。
被动式热释电红外探头的优缺点:
优点:
本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小，隐蔽性好。
价格低廉。
缺点:
？
容易受各种热源、光源干扰?
被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收。
？
易受射频辐射的干扰。
？
环境温度和人体温度接近时，探测和灵敬度明显下降，有时造成短时失灵。
抗干扰性能：
1•防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。
2.抗电磁干扰探测器的抗电磁
波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。
2.2论文设计H的通过本研究性学习，进一步了解研究性学习的要求和写作过
程，了解此类设计的研究方法,培养文献检索能力、创新能力、文字表达能力等。
本设计电路都采用訂前流行的简单的典型电路接法，简单实用、稳定廉价。
可起到一个很好的学习U的和实验U的。
2.3论文章节安排
本论文大致可分为四部分:
第一部分包含笫一章至笫二章；第二部分包含笫3章,介绍红外线模块的三个部分，及反射型感应模块、对射型模块和热释电红外探测模块;笫三部分包含第四章至第六章给出我们设讣的主题及利用TX50C的工作原理设计的报警器;笫四部分包括第七章，是论文总结及未来相关展望。
本文的内容组织安排如下：
主要写中文摘要,还有毕业设计的课题概述、任务要求及内容、参数要求。
介绍讲述论文的研究背景、论文研究LI标以及章节安排。
第三章的内容包含了总体设计分析、方案的选择与设计、红外线的三个模块简述及方案的确定。
笫四章主要介绍了对射型红外线感应模块的原理分析、工作原理图中的重要元器件的介绍。
笫五章讲述了电路的调试，及出现的问题。
笫六章介绍了本组实物的使用说明。
笫七章讲述了我做本次毕业设计的心得体会及对指导老师的感谢之情。
第3章方案论证与设计
3.1方案论述
红外线模块主要包括反射型感应模块、对射型感应模块和热释电红外探测模块等。
反射型感应模块是一种集红外线发射、接收功能于一体的集成组件，内部包含了红外线发射、接收及信号放大与处理,能够以非接触方式探测前方一定范围内的阻挡物，并转换成控制信号输出。
对射型感应模块分为独立的发射模块与接收模块,发射模块向外发射经密码调制的红外光线，接收模块收到有效信号时输出控制信号。
而热释电红外探测模块则不需要配置红外线发射源，能直接接收人体或动物等物体辐射的微量红外光线将其转变为相应的控制信号输出。
3.2红外线对射模块概述红外对射全名叫“主动红外入侵探测器”Activeinfraredintrusiondetectors,其基本的构造包括发射端、接收端、光束强度指示灯、光学透镜等。
其侦测原理乃是利用经LED红外光发射二极体发射的脉冲红外线，再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离，山受光器接受。
当红外脉冲射束被遮断时就会发出警报。
红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去之后，在起始路径阶段会形成圆锥体光束，随着发射距离的增加，其理想强度与发射距离呈反平方衰减。
当物体越过其探测区域时，遮断红外射束而引发警报。
传统型主动红外入侵探测器，山于只有两光束、三光束、四光束类型，常用于室外围墙报警。
主动红外入侵探测器要选择合适的触发响应时间：
响应时间太短容易引起
不必要的干扰，如小鸟飞过，落叶飘过等引发误报警;太长则易形成漏报警。
国家标准GB10408.4?
?
2000主动红外入侵探测器规定?
40ms为报警触发时间，是鉴于传统型主动红外入侵探测器通常安装在传统造型墙头的应用条件。
而针对于安装在地面应用条件，就必须以人员奔跑最高速度lOm/s,来确定最短遮光时间。
若人的宽度为20cm,则最短遮断时间为20mso以?
20ms的阻断为触发报警，国家标准GB10408.4?
?
2000主动红外入侵探测器规定?
20ms不得报警。
U前,有部分厂家生产采用编码调制技术，制造多光束远距离红外线幕墙产品，主要应用于现代造型墙顶及地面等应用条件。
红外对射应用于周边防范的优点
1、采用红外波段的射束，人视觉不可见，具有隐蔽的防卫方式:
使入侵者在不知不觉中触警。
2、传统型主动红外入侵探测器防范面低，易存在盲区或死角。
多光束远距离红外线幕墙产品不存在盲区和死角。
3、完备的防卫能力:
入侵者无法以快速跳跃（能够实现?
20ms触发报警的产品才具有此项功能）、匍伏或其它动作通过隐形红外防卫射束网的防范范围。
4、良好的抗干扰特性:
采用阻断所有红外脉冲编码射束为报警触发条件，当昆虫、落叶或小动物等通过红外防卫射束网时，由于不能完全遮断全部红外脉冲编码射束所以不会产生误报警。
5、严密的防破坏能力：
当红外接收端电源线或信号线被剪断时,报警信号输出电路将自动输出无线报警信号。
6、可全天侯工作。
红外对射探测器执行国家标准GB10408.4?
?
2000主动红外入侵探测器“第探测距离b室外用：
主动红外入侵探测器的最大射束距离应是制造厂规定的探测距离的6倍以上”的规定，以抗御雨、雾、霾、强烈水蒸气、强烈阳光对于射束的衰减，抗御大风（特别是侧向大风）吹而引起射束的偏移等不良天气及气象条件干扰。
红外对射的分类：
双光束红外对射
型号规格
ABT-40双光束室外探测距40米ABT-60双光束室外探测距离60米ABT-80双光束室外探测距离80米ABT-100双光束室外探测距离100米三光束红外对射
型号规格
ABE-50三光束室外探测距离50米ABE-100三光束室外探测距离100米ABE-150三光束室外探测距离150米ABE-200三光束室外探测距离200米ABE-250三光束室外探测距离250米四光束红外对射
型号规格
ABH-50L四光束室外探测距离50米ABH-100L四光束室外探测跑离100米
ABH-150L四光束室外探测距离150米ABH-200L四光束室外探测距离200米ABH-250L四光束室外探测距离250米
3.3红外反射模块
红外线反射型检测传感器
反射型红外线感应模块，它们可广泛用于各种自动检测、自动报警和自动控制等装置中，如:
行程限位器、光电计数器、接近式照明开关、自动干手器、自控水龙头、感应门铃及倒车告警电路等
TX05D反射型红外线感应模块，实质上是一种集红外线发射、接收功能于一体的集成组件，内部包含了红外线发射、接收及信号放大与处理等全部电路，能够以非接触方式探测前方一定范用内有无阻挡物,并转换成高电平信号输出。
模块全部元器件均装焊在一块印制电路板上，然后封装在体积为
46.ommX32X17mm的塑壳内不包括安装支架的尺寸,模块外形见图3.1。
图3.1
在塑壳的前侧面安装有红外发射管与红外接收管，在旁侧面有一只LED丄作指示灯和一个灵墩度调节孔,LED用来指示模块的工作状态，平时指示灯熄灭,一旦有反射阻挡物时，指示灯发光。
调节孔内有一只微调电位器，可调节反射探测灵敏度，顺时针调节可加大探测距离，逆时针调节则减小探测距离。
此外模块的探测距离还与工作电压高低有关，电压高探测距离远，反之则近。
图3.2是一个实用的红外反射报警器，可用于多种场合，如高压有电危险区域或其他禁止行人通行或接近的地方等，一旦有人靠近它就发出响亮的报警声。
报警器主要由TX05D模块IC1、NE555时基电路IC2、警灯、警铃及电源电路等部分组成。
图3.2电源电路主要山变压器T降压、二极管VD2"VD5桥式整流、三端稳压集成电路IC3和电容C5、C6滤波组成,接通电源后，IC3输出12V稳定直流电压供模块IC1用电，时基电路IC2则直接取用整流后的15V左右的直流电压。
平时，IC1前方无物体阻挡时，模块IC1输出端OUT无信号输出，三极管VT截止。
时基电路IC2接成定时丄作模式，因C3已充满电荷,IC2的6脚为高电平，IC2处于复位状态，输出端3脚为低电平,继电器K不动作，触点K-1打开,警铃与警灯均不工作，报警器处于静止守候状态。
当模块IC1前方有人走近时，IC1发射的红外线将被部分反射回来并被IC1内红外接收管收到，经模块内部电路放大处理后,输出端OUT突变为高电平,经Rl、Cl、C2平滑使VT导通,一方面使时基电路的触发端2脚为低电平,IC2立即置位,输出端3脚突变为高电平,继电器K吸合，触点K-1闭合,220V交流警铃通电发声报警，同时警灯EL发光,可照亮“请勿靠近！
”等警示牌。
另一方面VT导通使得C3所充电荷得以泄放。
当人离开后，IC1的OUT端恢复低电平,VT1截止,此时正电源就通过RP、R2向C3充电，经tl.1R0+R2XC3延迟后，时基电路IC2翻回复位态,3脚恢复低电平，继电器K释放，警铃停止发声,EL熄灭。
若之后乂有人黑近监控区，电路乂发声、发光报警。
电路被触发报警的时间长短可通过电位器RP进行调节,以满足不同场合的需要。
K可选用JZC-32F、DC12V小型中功率电磁继电器,其触点容量为3A、AC250Vo警灯EL可选用4OW^IOOW口炽灯泡。
警铃应选用交流220V供电的电铃。
其他元器件无特殊要求。
3.4热释电红外探测模块
热释电红外传感器简介：
热释电红外传感器主要是山一种高热电系数的材料，如诰钛酸铅系陶瓷、袒酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*lmm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制山于自身温度升高而产生的干扰。
III探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敬度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成,将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合,可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敬区”，以提高它的探测接收灵墩度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵墩区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10—un）,而探测元件的波长灵敬度在0.2、
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