红外线报警器电子技术课程设计剖析.docx
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红外线报警器电子技术课程设计剖析
课程设计（论文）
题目名称红外线报警器
课程名称电子技术课程设计
学生姓名刘思思
学号1341203056
系、专业电气工程系13级测控班
指导教师吴德广
2015年06月15日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业
13测控
学生姓名
刘思思
学号
1341203056
题目名称
红外线报警器
设计时间
2015．5．22
2015．6．15
课程名称
电子技术课程设计
课程编号
121202306
设计地点
电工电子实验分室
创新实验室
一、课程设计（论文）目的
通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，及系统电路的构成。
进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。
锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。
二、已知技术参数和条件
用中小规模集成芯片设计并制作红外线报警器
1、具有报警功能。
2、外设有感应红外线装置。
3、在感应到红外线时发光二极管亮。
4、放大电路把输入的信号放大。
5、感应到红外线后转化成电信号，同时发出电报警信号。
6、秒脉冲由555多谐振荡器给出。
三、任务和要求
1.按学校规定的格式编写设计论文。
2.论文主要内容有：
①课题名称。
②设计任务和要求。
③方案选择与论证。
④方案的原理框图，系统电路图，以及运行说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。
⑤用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。
对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。
⑥收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。
注：
1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
胡宴如主编.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社.2011年
张克农主编.《数字电子技术.高教出版社出版.第一版.2010年
彭介华主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年
《电子电工实验指导书》
电子电工实验室可以提供的主要仪器设备：
示波器 型号规格VP-5220、电子学习机 型号规格WL-V、万用表 MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。
五、进度安排
2015年5月11日-12日：
收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求
2015年5月13日：
总体方案设计，方案比较，选定方案；
2015年5月14日-18日：
单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图；
2015年5月19日20日：
系统调试改进
2015年5月21日：
整理撰写设计论文；
2015年5月22日：
答辩
六、教研室审批意见
设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。
教研室主任（签字）：
2015年4月28日
七|、主管教学主任意见
符合课程设计要求
主管主任（签字）：
2015年4月29日
八、备注
指导教师（签字）：
学生（签字）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
学生姓名刘思思学号1341203056
系电气工程系专业班级13测控
题目名称红外线报警器课程名称电子技术课程设计
一、学生自我总结
在整个课程设计的过程中，让我学会了很多，无论做什么是都要有细心与耐心，所以要善于多加练习，熟悉所有可能出现的错误，使自己的整个设计过程都无懈可击，从而让自己的实验水平更加进步，享受成功那一刻的喜悦。
此次课程设计当中让我收获了许多，是我真正有机会接触到实物设计，将所学的只是运用起来，更加深入的掌握了各种元器件的基本原理，还锻炼了自己的动手思考能力，培养了自己的科学态度，试一次不可多得的时间机会。
本次的课程设计大大的增强了我们的团队合作精神，培养了我们的思考和细心严谨的作风，综上所诉，这次的课程设计给我们上了一堂很有意义的课，在很大程度上提高了我们的综合素质，让我对所学专业更有信心。
学生签名：
刘思思2015年06月15日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权重
30
40
30
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：
年月日
注：
1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要
红外线防盗报警器目前市场上已有成型产品，且市场较为成熟。
由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干扰能力强。
红外线传感器分主动式和被动式两种，主动式设计方案简单，但成本较高，从成本考虑，本课题通过介绍热释红外传感器的工作原理，给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。
这种电路红外线传感器应用于报警系统中，从而能够实现防盗报警功能。
该报警器能探测人体发出的红外线，有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器和报警指示电路等组成。
当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
关键词：
红外线、防盗报警器、proteus仿真
摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
一概述……………………………………………………………………………1
1.1课题背景…………………………………………………………………………1
1.2主要设计思想……………………………………………………………………2
二方案设计与论证…………………………………………………………………2
2.1红外和普通报警器较……………………………………………………………2
2.2报警器的选择……………………………………………………………………3
三单元电路设计与参数计算……………………………………………………3
3.1主控制器模块……………………………………………………………………3
3.2红外输出模块……………………………………………………………………5
3.3报警模块…………………………………………………………………………5
四总原理图及元器件清单………………………………………………………7
4.1总原理图…………………………………………………………………………7
4.2元件清单…………………………………………………………………………8
五安装与调试……………………………………………………………………9
5.1电路仿真软件介绍………………………………………………………………9
5.2电路功能仿真验证与布局布线…………………………………………………10
六结论………………………………………………………………………………12
七心得体会…………………………………………………………………………12
八参考文献…………………………………………………………………………12
一.概述
1.1课题背景
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也是越来越多。
这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。
因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。
价格高昂,一般人们难以接受。
如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。
其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。
还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器,触摸式防盗报警器,红外报警器,红外线声先报警器…其外，可用红外报警器原理，控制各种电器的运行。
红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。
但人们对她的研究仍然延续，时不时出现的新发明新应用，带给我们惊讶与感叹，人类对这座宝藏的开发还远远不够，红外产业还有广阔的扩张空间！
红外应用产品种类繁多，非一篇文章所能描述，本文仅选择红外热像、红外摄像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的领域做介绍。
由于红外温度传感器在实现远距离控温及无接触测温等方面的优势，使其产量每年以10％的速度增长。
在1996年至1997年间，其产量从15.5万只增长到23万只；总销售额也从2.3亿美元增长到3亿美元。
2006年，市场销售总额将达到5.576亿美元，总产量将超过48.9万只。
对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。
虽然欧美很多工业国家加工业广泛，但其市场以趋向饱和；而在中国以及拉美一些新兴国家和地区，随着其经济的复苏与发展，各国各地区纷纷加强工业化建设，加工厂不断增多，红外传感器在该区域的销量每年以2％～5％的速度增长，并且其市场销量还处于增长趋势。
1.2主要设计思想
现有的部分报警器，比如接触式的只有当接触到时才会发出报警声，那样会影响事件的处理时间，造成一定的损失和伤害。
我们的主要设计是利用红外发射装置和红外接受装置，当报警器所在区域正常时，报警器的红外接受装置可以正常接收红外发射装置发出的红外信号，报警器就不进行报警。
当有外来物体遮挡住红外发射装置发出点红外信号时，那么红外接受装置就不能正常接受，因此报警器就会通过蜂鸣器发出报警的声音。
基于数字电路和模拟电路的红外报警器与传统报警器相比，具有新颖性、独创性和先进性。
它不仅能作为常规的电子产品和科研实验室用，而且可以通过软件编程的方法使红红外报警器输出报警信号，具有较高的性价比。
红外报警器采用数字控制，具有一下明显优势：
1.采用先进的智能控制策略和控制方法，体现出报警系统到达高度智能化，性能更加完美。
2.系统升级方便，控制比较灵活，只需修改控制算法，而不必改动硬件线路。
3.提高控制系统的可靠性，更容易实现标准化，可以针对不同的系统（或不同型号的产品），采用相同的控制板，而只需对软件控制部分做一些调整便可。
4.系统电压输出的一致性比较好，成本低廉，方便量产。
二.方案设计与论证
2.1红外和普通报警器的比较
1.红外报警器
红外报警器采用的是红外接收器和红外发射器，接收红外信号针对性强，不易受外界环境的影响，如温度、湿度等几乎不会对红外报警器产生大的影响。
红外报警器的接收部分为红外接收器，其他的物理、化学等信号均对红外接收器不产生任何影响，只接收红外信号，即体现了红外接收器的专一性。
红外报警器的发射部分是红外发射器，只发出红外信号，方便接收部分接收，同时也具有稳定性，不易受其他外界环境的干扰。
红外报警器的在它的监测范围内，红外接收部分一旦检测不到发射部分发出的红外信号，就会通过蜂鸣器报警，报警的及时性很高。
2.一般报警器
一般报警器主要是机械报警器，机械报警器最常见的是接触式，只有接触到报警器才会发出报警信号，而且机械式报警器容易受外界环境的影响。
例如温度、湿度、酸碱度的影响，使报警器的报警性能变差，酸碱度可以影响报警器的使用寿命，容易造成资源浪费和环境污染。
红外报警器利用数字电路和模拟电路进行控制和输出信号，可以保证控制的精确度和输出信号的准确性。
机械报警器由人工控制，容易产生各方面的误差。
一般报警器当有物体接触到时才会发出报警信号，这样会延迟报警时间，使报警不能发挥它本身的时效性，可能造成一定的损失。
2.2报警器的选择
由以上红外报警器和普通报警器的优劣势和报警的及时性的比较，我们可以很清楚地看到红外报警器的优势所在，因此我们选择红外报警器进行设计，充分结合时代发展的趋势，也体现了当代时代科技的发展。
三.单元电路设计与参数计算
3.1主控制器模块
方案的主要控制模块是由555芯片控制,如图1—1
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
图1—1
它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
低触发端TR。
3脚：
输出端Vo
4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
高触发端TH。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1—1示。
555定时器的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端TR
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
x
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
1
截止
置1
1
0
0
1
截止
置1
1
1
1
0
导通
清零
表1—1
3.2红外输出模块
红外输出模块主要由三个三极管和有一个光电发射管组成。
三极管的主要作用是将产生的信号放大，使光电发射部分发出的信号可以被正常接收。
光电发射器，通过电流后会导通，发射出红外信号，如图1—2。
3.3报警模块
报警模块主要是由蜂鸣报警器和其他一些元件组成。
蜂鸣报警器相当于一个声音放大器，当红外接收器接收不到红外发射器发出的红外信号时，那么接收器将接收不到红外信号这一事件转化为电信号输出，经过放大器的放大作用放大，传输给蜂鸣报警器，蜂鸣报警器将这一电信号转化为声音信号，发出报警的声音，如图1—3。
图1—2
图1—3
四.总原理图及原器件清单
4.1总原理图
如图1—4
电路中振荡频率f=1.443（R1+R2）,发射器的工作电压为直流+9V，整机工作电流为10mA左右。
D1为光电接收原件。
D1接收到发射器的红外脉动光信号后转换成电信号，并经A1、A2、A3三级放大，A4输出恒定的高电平，其电平信号接近工作电压。
D1为接收指示灯，如有遮挡，D1接收不到红外光信号，A4输出电平变低；D2指示灯亮。
A4输出的电平信号由低变高从而触发报警系统的接口电路。
电路中C13、R15为短暂信号滤波电路。
接收器的集成电路选用低噪低漂运算放大器，电阻选用误差小的金属膜电阻。
电容的漏电尽可能小。
4.2方案元件清单
元件名称
数量
参数
备注
电阻
17
电容
16
光电发射元件
1
D1
光电接收元件
1
D2
二极管
2
VD1VD2
三极管
4
Q1Q2Q3Q4
Q1~Q3F放大Q4输出
放大器
4
A1A2A3A4
蜂鸣器
1
BUZ1
555芯片
1
555触发器
表1—2
五．安装与调试
5.1电路仿真软件介绍
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真三合一的设计平台其处理器模型8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
1、原理布图
2、PCB自动或人工布线
3、SPICE电路仿真
革命性的特点
1.互动的电路仿真
用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
2.仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型
上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境.
1.Proteus可提供的仿真元器件资源：
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
2.Proteus可提供的仿真仪表资源：
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
3.除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
4.Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：
*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
Proteus是单片机课堂教学的先进助手。
Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。
前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：
元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
5.2电路功能仿真验证与布局布线
仿真结果如图1-5通过对电路的分析完成了电路的初步设计，但也不能看见电路的具体的设计功能，这时就需要对电路进行模拟仿真以观察电路的性能参数，打开proteus软件在软件里连好仿真图，点击仿真按钮，观察电路的现象是否符合设计要求，如果不符合设计要求就要检查修改知道完成设计要求。
图1—5仿真结果
六．结论
本课程设计是红外报警器，由于本身知识水平以及时间有限，在本次设计中的某些问题可能设想不够周全。
比如，电路所用器件过多，软件还有待优化等等，或许还有很多问题还没有发现，希望老师给予指出。
作为一个初学者，从想法的产生，到想法在理论上的可行性，以及到最后的设计完成，无不需要突破种种困难，但是我都一一挺了过来。
虽然过程很艰苦，但是当做完以后心里是无法言以表达的激动。
它对我以后的设计思想、设计方法、设计过程都将会产生深远的影响。
学会查阅资料是我在这次设计中的最大收获，毕竟一个人的知识水平有限，而资料在设计中的作用可以说是举足轻重。
不断地收集和查阅资料使我知识面不断拓宽，为以后也打下了良好的基础。
通过设计，使我对一个产品的设计过程有了全面的了解，设计过程中出现的许多困难也使我自己不断完善。
七．心得与体会
知道题目时自己没有什么思路和头绪，就只知道一味的查资料，可问题也相继而来，按照网上电路根本就不能成功，后来经过指导老师的提醒，才找准自己的方向，不能盲目的急于求成，这样是没有效果的，要明确自己的目标，并为之奋斗。
通过此次的课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方向和动手能力方面有了质的飞跃。
八．参考文献
[1]胡宴如主编《模拟电子技术基础》高等教育出版社，2011年
[2]张克农主编《数字电子技术基础》高等教育出版社，第一版2010年
[3]康华光 电子技术基础 模拟部分[M]（第五版）北京：
高等教育出版社，2006.28～43
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山东科学技术出版社，
[5] 金大庆 红外线报警器的简易设计 [J]电子了望，2007.8～54
[6]孙余凯 模拟电路基础与技能实训教程[M]．北京：
电子工业出版社，2006.7～55
[7]杨洋．电子电路设计与制作[M]．北京：
科学出版社，2005.9～33
[8]李万臣．模拟电子技术基础实验与课程设计[M]．哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版社，2001.12～47
致谢
本设计能够顺利的完成得到了院系领导老师的大力支持和帮助，尤其是我的指导老师吴德广老师，在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为我为我指导。
设计过程中，聂老师一并帮我分析遇到的种种困难。
一直支持，鼓励我要有解决问题的信心，才使设计得以顺利的完成。
在开发的同时，和同学们之间的相互探讨也使我获益匪浅。
在此，对他们表示由衷的感谢！
电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，再加上我水平有限，所以本设计肯定存在许多不尽如人意的地方，欢迎广大老师和同学批评指正。
最后，要感谢电气系所有老师，他们精心的栽培为我以后的学习工作打下了坚实的基础。
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