红外线守门狗电路设计.docx
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红外线守门狗电路设计
东北石油大学
课程设计
课程光电检测技术
题目红外线守门狗电路设计
院系电子科学学院
专业班级应用物理07-2班
学生姓名胡宝龙
学生学号070901340221
指导教师
2007年3月11日
2011年3月10日
东北石油大学课程设计任务书
课程光电检测技术
题目红外线守门狗电路设计
专业应用物理姓名胡宝龙学号070901340221
主要内容：
应用PH302、SH303A、NE555集成电路等电子器件，设计红外线守门狗电路，实现防盗与警示作用。
基本要求：
1、分析PH302、SH303A、NE555集成电路特性;
2、给出系统的功能框图并进行原理分析;
3、利用NE555设计多谐振荡电路、发射、接收电路及报警电路;
4、对设计电路进行仿真分析;
5、完成课程设计总结报告。
主要参考资料：
1）肖景和编著，集成运算放大器应用精粹[M]，北京：
人民邮电出版社，2006.11
2）陈振官等编著，光电子电路制作实例[M]，北京：
国防工业出版社2006.4.
3）黄继昌等编著，实用报警电路[M]，北京：
人民邮电出版社，2005.2，10,68－69
完成期限3月10日
指导教师
专业负责人
2011年3月5日
目录
第1章概述4
1.1红外线守门狗作用、实用价值4
1.2红外线守门狗发展4
第2章基本原理与总体设计6
2.1红外线守门狗基本原理介绍6
2.2红外线守门狗框路图7
第3章红外线守门狗电路设计8
3.1红外线发射电路设计8
3.2红外线接收电路9
3.3红外线守门狗整体电路图9
第4章电路的安装调试11
4.1元器件的焊接11
4.2对焊接点的基本要求11
4.3安装使用调试11
第5章总结13
参考文献14
第1章概述
随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。
针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。
本设计运用红外线技术设计了一新颖红外线防盗报警器。
而设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。
不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。
1.1红外线守门狗作用、实用价值
红外线传感器电路图基于单片机技术的室内报警器的设计，红外线传感器电路图，随着社会经济的日益成长，防盗成了人们越来越关切的成就。
铁门铁窗等已经不克不及给人们带来太多的安然感，社会对报警器材的需要日益急切。
红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。
由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。
这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护。
本文以红外传感器为探头复杂设计了一个符合办公室、堆栈、商店及学校机房的室内防盗器。
1.2红外线守门狗发展前景
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。
本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。
目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。
本系统采用了红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。
这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。
红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。
当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点。
当我们考虑的范围广一点：
若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。
当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警。
周界报警系统：
在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。
第2章基本原理与总体设计
2.1红外线守门狗基本原理介绍
红外探测器由发射器和接收器组成、发射器和接收器相对安装,其间形成一束看不见的红外线,一旦有人经过遮挡,接收器的输出电平信号发生变化就会传感到安全防盗报警系统中。
NE555集成电路特性：
555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。
但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。
此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。
由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。
图2.1.1555集成电路内部结构图图2.1.2三极管结构图
由555定时器和三极管构成的红外线报警器发射电路，其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动蜂鸣器。
PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
2.2红外线守门狗框路图
第3章红外线守门狗电路设计
3.1红外线发射电路设计
图3.1红外线发射电路图
脉动光的有效传送距离正比于脉冲的峰值功率,峰值功率又与脉冲峰值电流IP成正比。
红外光发光器件所能承受的脉冲峰值电流IP和所能承受的直流电流IM的关系:
IP=IM*（T0/TD）1/2
式中:
IP—峰值电流,IM—最大工作电流,T0—振荡工作周期,Td—脉冲上平顶宽度。
为了提高发射器的功率就需提高发光器件的峰值电流IP,IM是定值,所以从上式可知提高IP的重要途径是提高空度比。
因此设计控制电路要使脉冲的上平顶宽度Td尽量小,以利获得较大的脉冲峰值电流IP。
3.2红外线接收电路
图3.2红外线接受电路图
接收器的作用是接收发射器发出的红外脉动光,完成光电转换,经过放大、滤波等电路把正确信号可靠地传感到报警器安全系统的接口电路中。
接收器的光电转换器件选用2CU型光电二极管。
这种光电二极管采用黑色树脂封装,透射红外光,滤除可见光,对于减小背景光的干扰有特殊的效果。
2CU型光电二极管的光谱范围在380—1100nm,其峰值波长K=880-990nm,适于做红外二极管的光接收器件。
3.3红外线守门狗总体电路图
图3.2红外线守门狗总体电路图
C2与R1，R2，C1组成无稳态振荡器,N1、N2、N3、为输出控制元件。
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10mA左右。
按上述电路原理设计、即使在夏季温度最高时,发射器的最大作用距离也能达到100m以上。
D1为光电接收元件。
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,其电平信号幅度接近工作电压。
D1为接收指示。
如有遮挡,D1收不到红外光信号,A4输出电平变低;D2指示灯亮。
A4输出的电平信号由高变低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。
接收器的集成电路应选用低噪低漂运算放大器,电阻尽可能选用误差小的金属膜电阻。
电容的漏电尽可能小。
第4章电路的安装调试
4.1元器件的焊接
一般先装低矮、耐热的小功率卧式元件，再装立式元件和卧式大功率元器件，再装可变元件，易损元件，最后装带散热器的元件和特殊元件。
应按如下步骤进行焊接：
1、清查元器件的质量，并及时更换不合格器件；
2、确定元器件的安装方式，由孔距决定，并对照电路图核对PCB线路板。
3、将元器件弯曲成形，尽量将字符置于易于观察的位置，字符应从左到右、从上到下，以便于以后检查。
4、插装。
应对照电路图对号插装，有极性的元件要注意极性，如二极管、三极管、集成电路的脚位等。
5、焊接。
各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路，二极管、三极管、集成电路焊接时要快，以免烫坏。
6、焊后剪去多余引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，确认无误后方可通电。
4.2对焊接点的基本要求
1、焊点要有足够的机械强度，保证被焊件在受振动或冲击时不致脱落、松动。
不能用过多焊料堆积，这样容易造成虚焊、焊点与焊点的短路。
2、焊接可靠，具有良好导电性，必须防止虚焊。
虚焊是指焊料与被焊件表面没有形成合金结构。
只是简单地依附在被焊金属表面上。
3、焊点表面要光滑、清洁，焊点表面应有良好光泽，不应有毛刺、空隙，无污垢，尤其是焊剂的有害残留物质，要选择合适的焊料与焊剂。
4.3安装使用调试
为减少背景或环境辐射的影响、设计一种套管结构装置来屏蔽掉这些不希望有的辐射。
套管装置既作为探测器的外壳又可以作环境光的屏蔽。
套管内壁要涂上一层粗糙的黑漆。
粗糙的黑漆表面吸收很大一部分光幅射,这样可以防止环境辐射的光反射到红外接收器件上。
套管结构装置的设计要考虑到坚固、易于安装、并且方便调整对准。
另外还要密封垫圈以利于户外使用时防雨防潮。
如果在有人遮挡红外光线时，如果报警器不运行，可能是由于接收端和发射端距离过远，确定正确的发射接收距离，要求发射端发出的红外光线要对准接收端口，这样才能使接收端产生相应的光电放应。
当有人遮挡时才会使报警器运行。
第5章总结
在这几天的电子技术课程设计中，我做的课题是“红外线守门狗”。
这它可以用于楼梯、过道、库房、银行、大型企业的非公开或需要保密的场合。
无论是白天还是夜晚，红外线探测器都能正常的工作并探测到被测物体。
而且在设计中采取调制红外脉动光的原理使用小功率发光器件也可以达到较远的探测距离。
在电源设计中要根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠，价廉，有效益。
由于此开关在探测距离较远的范围时是否接通取决于红外线发射的距离，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关工作。
本次的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。
学习的理论知识和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。
在此设计中利用到了三极管的放大、光敏效应，特别是让我温习了555触发器的知识与应用，让我们进一步巩固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路、数字电的理解，更加深了对原器件的使用，把知识真正变成自己的东西。
参考文献
[1]王立刚，光电传感器技术及应用[M].哈尔滨:
哈尔滨地图出社,2009.7.
[2]张毅刚，单片机原理及应用[M].高等教育出版社，2003年12月.
[3]黄继昌等编著，实用报警电路[M]，北京：
人民邮电出版社，2005.2，10,68－69
[4]陈振官等编著，光电子电路制作实例[M]，北京：
国防工业出版社2006.4.
[5]肖景和编著，集成运算放大器应用精粹[M]，北京：
人民邮电出版社，2006.11
大庆石油学院课程设计成绩评价表
课程名称
光电检测技术
题目名称
红外线守门狗电路设计
学生姓名
胡宝龙
学号
070901340221
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
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