红外报警电路设计报告.docx

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红外报警电路设计报告

红外报警电路设计报告

成都信息工程大学应用电子设计课题名称：

红外报警电路设计学院：

光电学院专业班级：

学生姓名：

林静学号：

2013031030指导教师：

王建波完成时间：

红外报警电路设计报告

一.设计要求

设计并制作反射式的红外报警电路，当有人靠近时能够发出声光报警，必须使用脉冲方式驱动红外发光二极管。

（1）.反射式的有效探测距离>40cm;

（2）.系统采用单5v供电;

（3）.发出的声光报警必须是断续的方式，并且能够持续10-15s时间，然后自动解除报警（或者采用手动解除报警）;

（4）.能够“记忆”报警次数并可以通过按键查询。

备注：

可使用红外对管。

二.方案选择及电路的工作原理

方案一：

使用红外接收头作为红外接收电路，红外接收头集成了红外线接收pd二极管、放大、滤波和比较器输出等，当红外接收头接收头采集到红外信号后会产生一个高电平输出，来触发后续报警电路。

但是由于外界红外干扰因素较多，导致红外接收头误工作，进而使电路误报警，因此避免误报警是难点；

方案二：

采用普通发射管接收管设计电路，这样接收到的信号较小、干扰大。

孤儿需要对接收信号进行滤波、放大和整形。

采用运算放大器进行信号放大、滤波、整形电路的设计对我们来说比较熟悉，电路调试难度不高，只是运放电路结构略显复杂。

方案选择：

综合各方案考虑，因个人能力有限，故选择设计实施较简单的方案二

三.单元电路设计计算与元器件的选择

1.红外发射管发射电路主要利用电容c2的充放电过程实现断续功能。

当其两端电压小于1/3v时放电管截止。

大于2/3v时开始放电；降至1/3时又开始充电，电路震荡产生矩形脉冲。

震荡周期t=0.7（r8+2r12）*c2;振荡频率=1/t；占空比q=（r8+r12）/（r8+2r12）=66.7%元器件选择：

定时器芯片ne555；电容c2用1uf，c3用1uf；红外二极管d1；三极管q12n3904；电阻r81k、r91k、r121k、r131k。

2.信号放大电路lm358反向比例放大器放大倍数n=-r22/r25;r25为100Ω滑变，故放大倍数可适当调节。

3.比较电路使用lm358运算放大器，因为延时系统采用的是ne555单稳态触发器（低电平触发）；当反向端输入小于同向端输入，高电平输出；反之输出低电平。

4.延时电路为实现10~15s的延时要求，依然使用ne555单稳态触发器。

6,7脚接电容c6,当2脚输入低电平时启动电路并开始工作；电路定时时间t=1.1（r17*c6）。

5.振荡电路原理与发射电路基本相同（利用ne555实现断续），电路在工作状态下，电容c8的在电压1/3v和2/3v间反复充放电，得到一个连续的震荡脉冲，脉冲宽度tl≈0.7r24*c8,由放电时间决定；

th=0.7（r18+r24）*c8,由充电时间决定；脉冲周期t≈tl+th。

6.计数电路使用cd40110芯片（十进制可逆计数器，译码，锁存，驱动），具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。

共阴数码管指八段数码管的八段发光二极管的阴极都连在一起（共阳同理）。

四.设计的具体实现

1．

系统概述

设计方案条理清晰，尽量简单又保证完整性。

工作原理：

电路接通电源后正常工作时，红外发射电路产生并发射连续的红外光，红外对管并排设置，此时红外接收管无法接受到来自发射管的信号，接收电路自己产生一个很小的信号，经过放大依旧小于比较器的门限电压，比较器输出高电平，ne555触发器不工作，后续电路也无法工作。

当有物体出现在红外对管的有效反应区域时，红外发射管发射出的红外信号经物体反射被接收管接收，接收电路产生一个大信号，经放大电路放大后电压高于比较器门限电压，比较器输出一个低电平，触发ne555延时电路，后续电路产生作用。

报警电路工作并产生报警信号，计数电路被触发并记录一次数据。

报警持续十秒后，若物体脱离红外对管有效反应区域，则报警停止，否则电路将再次工作并触发报警，计数电路再次记录数据。

2．单元电路设计、仿真与分析

2.1.发射电路选择ne555振荡电路,产生一个频率和占空比可调的方波脉冲，以驱动三极管使其工作在开关状态，增大驱动电流可提高发射功率。

详细参数及计算第三部分已介绍。

仿真如下图所示：

发射电路仿真输出信号图：

2.2信号放大电路

通过lm358的运算设计进行反向比例放大；具体参数计算见第三节。

电路仿真如下图：

3.3振荡电路

使用ne555振荡器实现断续功能，具体参数计算见第三节。

电路仿真如下图：

蜂鸣器仿真工作时电压：

3．电路的安装与调试

在制作pcb图时，因为毕竟是第一次使用软件，很多技巧并不知道，封装也经常弄错甚至不知道该用什么封装。

磕磕绊绊按照电路图画出来的pcb图元器件

散乱，走线杂乱，飞线众多，经多次修改调整后才勉强看起来清晰明了一些，这也是为了后面连接元器件时方便，所以不能马虎。

但毕竟能力精力有限，板子做出来后接收管和发审管里离得太远以致无法正常工作，于是我们直接将接收管拆下用导线接至发射管附近，因为发射管在电路中心，周围布线发杂，故只改动接收管。

在做板子时为了尽量避免断路出现，线宽设置为40mil，比推荐的30mil还要宽，烘烤时也是多次烘烤，第一次做，稳妥为上，避免浪费时间重新制板，争取一次达标。

焊接元器件时，因为对电路的参数不熟悉，导致后期调试麻烦不断，各种电阻电容的规格经常出错，不停的更换导致焊盘周围铜线模糊，还好设置线宽较宽，调整起来麻烦尚可控制。

在后期调试时还发现原理图上有一处接地线没有与电路连接，导致许多元器件没有接地，后来通过连接飞线解决。

因为对原理图和pcb不熟悉还导致一处飞线位置连接错误，前后反复修改四次才得以确定。

初次制板出现多出虚焊，后检查出来并重新焊接。

调试步骤

1.用万用表检查板子上的线路是否有明显的断路情况，不同线路焊盘接近处是否有短路现象。

2.用示波器检测发射电路的输出波形和接收管的接受情况。

检查波形是否有波形，波形的频率和占空比是否和预期相符，以及与电路工作状态相适应。

3.将发射管对准接收管，模拟反射情况下接收电路是否正常工作，用示波器检测接收到的波形情况。

4.用万用表检测各个芯片管脚电压是否符合工作要求，确保各部分元器件正常工作。

（因实电路调试问题过多，不能按时完成调试，故部分数据无法得到）

5.电路性能指标

（1）系统采用v5v电压供电；

（2）电路报警有效工作范围在50cm左右；（3）报警持续时间为10s；（4）断续时间1.1s。

五．心得体会及建议

心得体会：

在设计电路时一定要对所要用到的元器件足够熟悉，自己想要达到什么样的设计效果，按需取舍，做到心中有数。

否则后期调试就会遇到一大把很

基础的问题，检查也很麻烦，如果需要修改的话会对电路板造成不可逆的损害。

在经验不足的情况下重新制板也在所难免，不但浪费资源，更浪费时间和精力。

所以设计时一定要细心严谨，不要怕麻烦而敷衍了事。

制板时也是如此，如果对自己的能力不够自信，画pcb图时就要把线设置的粗一点，元器件拉开一点，不要挤在一起，这样布线时才能更从容，避免产生过多的飞线。

飞线不美观是一方面，另外也比板子上的铜线更容易出问题，焊接不牢容易脱落之类的，虽然不是大问题，但老是要注意这些小问题会很浪费精力。

将pcb图印在铜板上时，最好多烘烤几次，保证印出来的电路图尽量清晰完整，以保证较好的腐蚀效果。

在腐蚀前一定要将铜板用砂纸打磨好，不然浸在腐蚀液里会一直往上浮，需要人为的按压，不但影响腐蚀效果，而且也很浪费时间。

腐蚀完成擦干后最好立即焊接元器件，因为氧化层同样会影响焊锡与焊盘的粘结性，隔时间长了焊接起来会很麻烦，并不一定是因为缺少松香的原因。

在调试电路时一定要细心加耐心，这是最难的一个环节，也是最考验基本功的环节。

如果对电路不熟悉那么出了问题解决起来就会很麻烦，对万用表和示波器等仪器的使用要熟练，这样可以节省很多时间。

如果一时半会儿实在找不出问题出在哪里，可以找其他人问问意见，集思广益。

有时候因为思维惯性我们会忽略很多小问题，请教老师和同学的帮助会很有用。

建议：

课程理论教学可以适当删减一些基础常识类内容，将最实用的内容讲清楚讲明白就可以了。

这门课最重要还是动手能力的锻炼，可以增加一些最简单常用的电路练习习题，不要等最后完成期末作业时手忙脚乱，浪费太多时间在一些基础的东西上。

六．附录

元器件明细表：

电路原理图见附带打印材料。

七．参考文献

1.何建新高胜东主编《数字逻辑设计基础》高等教育出版社2012.22.杨明欣主编《模拟电子技术基础》高等教育出版社2012.73.杨欣王玉凤刘湘黔主编《电子设计从零开始》北京：

清华大学出版社2005

八.思考题cd40110中接cr的电路如何工作？

答：

这是一个可手动也可自动清零的装置。

当开关s断开时，电源v对c1充电，接上cr端，实现自动清零；当手动接通开关s时，c1被短路，开关s电路导通链接cr端，实现手动清零。