电路CAD课程设计方案红外线报警器.docx

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电路CAD课程设计方案红外线报警器

目录

一．摘要2

二．工作原理2

1.基本原理2

2.电路说明2

三．单元电路设计3

1.电源部分的设计3

a）整流电路3

b）滤波电路5

c）稳压电路5

2.放大器电路的设计6

a）反相交流放大器6

b）正相交流放大器7

3.比较器电路的设计7

四．电路仿真9

1.电源电路仿真结果10

2.当有人进入的时候10

3.当人离开的时候10

五．PCB布线12

六．总的原理图13

七．参考文献14

一．摘要

该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路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。

概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。

利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。

热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。

二．工作原理

1.基本原理

红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束<此光束的波长约在0.8～0.95微M之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。

此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。

由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。

正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。

2.电路说明

1）具体图示如下所示：

报警电路

比较器

放大电路

电源部分

红外线传感器

图1

2）说明

电源部分：

电源首先接入的是220V的交流电源信号然后再通过变压，整流，滤波，稳压从而输出5V电压。

红外线传感器：

红外线传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件。

这里用开关代替传感器的采集信号部分。

放大电路：

是由集成运算放大器LM324和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用。

比较器：

这里采用的是双限电压比较器，把电路中的基准电压U1和U2

为参考电压U2）与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况

三．单元电路设计

1.电源部分的设计：

a）整流电路

晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的pn结构成的，如图2

图2二极管的pn结构及符号

图3二极管的特性曲线

当pn结加上正向电压

晶体二极管的正反向特性曲线如图3所示，即二极管具有单向导电性。

利用二极管的单向导电性，可将交流电变成脉冲直流电，其过程称为整流。

如图4是桥式整流滤波电路，其整流过程如下：

当交流电为正半周时，M点电压高于N点电压，D2、D4截止，而D2、D5导通，电流将从交流电源依次通过D2、RL、D5回到电源；当交流电为负半周时，N点电压高于M点电压，D2、D5截止，而D3、D4导通，电流将从交流电源依次通过D3、RL、D4回到电源。

这样通过RL的电流方向是固定的，UA始终大于UB，且UAB随交流电的起伏而波动。

如果将RL两端接入示波器会观察到如图5的整流波形②。

整流电路是把交流电变成直流电的电路，电路是二极管的单向导电性由四个二极管构成桥式整流电路，如图4所示。

图4桥式整流

图5交流、整流及滤波波形

b）滤波电路

电容<或电容量,Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉

一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板，也是电容器的俗称。

在负载RL两端并接上电容值较大的电解电容，如图4所示，可将脉冲直流电过滤成较平稳的直流电，称为滤波。

波形②将会变得较为平滑或成一条直线③。

滤波的基本原理：

电容C两端的初始电压为0。

接入交流电源U后，当U为正半周时，D2、D5导通，U通过D2、D5对电容充电；当U为负半周时，D3、D4导通，U通过D3、D4对电容充电。

由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压的最大值Umax。

此时二极管的电压始终小于或等于0，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压恒为Umax。

综上所述，交流电通过整流、滤波可以变成直流电，这就是一般稳压电源的基本原理。

c）稳压电路

LM317的输入最同电压为30多伏，输出电压1.5--32V电流1.5A不过在用的时候要注意功耗问题注意散热问题。

LM317有三个引脚，一个输入一个输出一个电压调节。

输入引脚输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个引脚接电阻（200左右>在输出引脚,另一个接可调电阻（几K>接于地。

输入和输出引脚对地要接滤波电容。

图6稳压电路图

2.放大器电路的设计

a）反相交流放大器

此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等,电路无需调试。

图7反相交流放大器

放大器采用单电源供电,由R1、R2组成

U+偏置,C1是消振电容。

如图3-7所示：

放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定:

。

负号表示输出信号与输入信号相位相反。

按图中所给数值,Av=-10。

此电路输入电阻为Ri。

一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。

Co和Ci为耦合电容。

b）同相交流放大器

同相交流放大器的特点是输入阻抗高。

其中的R1、R2组成

U+分压电路,通过R3对运放进行偏置。

电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定:

电路输入电阻为R3、R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆，如图3-8示。

图8同相交流放大器

3.比较器电路设计

单限比较器只能检测一个电平，若要检测Ui是否处于U1和U2两个电平之间，则需采用双限电压比较器<又称窗口比较器）。

双限电压比较器常用于工业系统控制中，当被监测的对象<如温度、液位）超出要求时的范围时，便可以发出指示信号。

当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态>,理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大（实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍>。

此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平

当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。

当ui>U2>U1时，A2输出+Uo（sat>,A1输出为-Uo（sat>，故二极管VD2导通，VD1截止，uo则近似等于+Uo（sat>；当ui，A1输出为+Uo（sat>，二极管VD2截止，VD1导通，uo也近似等于+Uo（sat>；只有当U1，二极管VD1,VD2都截止，uo为0。

其电压传输特性如图10所示。

如图9使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1ˊ组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2ˊ组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。

输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui>U1时，运放A1输出高电平；当Ui

运放A1、A2只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管LED就会点亮。

图9双限电压比较器

双限电压比较器的电压传输特性如图10示。

U0

U0max

0U1U2

图10双限电压比较器的电压传输特性

若选择U1>U2，则当输入电压Ui越出[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。

若选择U2>U1，则当输入电压在[U2，U1]区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。

此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。

四．电路仿真

1.电源电路仿真结果与分析

由图上的结果可知,220V交流电压通过变压器变压后在整流后输出的电压是31V左右的直流电压，然后在通过滤波器滤波，以及三端稳压器稳压后，输出的电压信号是4.6V即5V左右的电压。

基本上满足我们实验的要求。

2.当有人进入的时候

红外线热释电传感器采集到信号（即开关闭合>后，表示有人闯入即发出报警信号

当有人进来的时候即开关由断开到闭合，这时候产生的信号由两级放大器进行放大，放大了的信号通过比较器，最后使的LED1亮。

3.当人离开的时候

红外线热释电传感器未采集到信号时（即开关断开>，表示情况正常。

当有人出去的时候即开关由闭合到断开，这时候产生的信号由两级放大器进行放大，放大了的信号通过比较器，最后使的LED12亮。

五．PCB布线

六．元件列表

[C1RAD0.21u][C2RB.2/.41u][C3RAD0.21u][C4RB.2/.41u]

[C5RB.2/.41u][C6RB.2/.41u][C7RB.2/.41u][C8RAD0.21u]

[C9RAD0.21u][C10RB.2/.4470uF][C11RAD0.310nF]

[C12RB.2/.4470uF][D1DIODE0.4IN4001][D2DIODE0.4IN4001]

[D3DIODE0.4IN1007][D4DIODE0.4IN1007][D5DIODE0.4IN1007][D6DIODE0.4IN1007][D7DIODE0.4][J1AXIAL0.3][LED1SIP2][LED2SIP2]

[LED3SIP2][LM324ADDIP8][R1AXIAL0.32M][R2AXIAL0.32M]

[R3AXIAL0.32M][R4AXIAL0.32M][R5AXIAL0.32M][R6AXIAL0.32M]

[R7AXIAL0.32M][R8AXIAL0.32M][R9AXIAL0.347k][R10AXIAL0.32M]

[R11AXIAL0.32M][R12AXIAL0.32M][R13AXIAL0.32M][R14AXIAL0.32M]

[R15AXIAL0.3200][R16AXIAL0.3200][R17AXIAL0.3470][R18SIP3220]

[T1SIP4TS_PQ4_10][U1TO-3LM317K][V1AXIAL0.3220V]

七．总的原理图

八．参考资料

[1]黄继昌等编著．实用报警电路．人民邮电出版社，2005

[2]胡斌编著．电子线路快速识图．福建科学技术出版社，2005

[3]胡斌编著．图表细说元器件及实用电路．电子工业出版社，2005

[4]魏群等编著．怎样选用无线电电子元器件．人民邮电出版社，2002

[5]刘午平等编著．从入门到精通看无线电电路图．国防工业出版社，2005

[6]赵志杰编著．集成电路应用识图方法．机械工业出版社，2003

[7]张爱民等编著．怎样选用电子元器件．中国电力出版社，2005

[8]陈有卿编著．新颖集成电路制作精选．人民邮电出版社，2005

[9]电子制作编辑部编著．电子制作．电子制作杂志社，2006

[10]电子报社编辑部编著．电子报2005合订本．电子科技大学出版社，2005

[11]杨磊等编著．闭路电视监控系统．机械工业出版社，2003

[12]郑仁元译编．传感器应用一百例．电子工业出版社，1986

[13]吕俊芳编著．传感器接口与检测仪器电路．北京航空航天大学出版社，1994

七.感想

这次课设给我的最大的感觉就是自由，因为这次老师没有给我们固定题目，而是让我们自己找自己喜欢的课题进行课设。

我觉得这样的安排很好，我们这次做的是红外线报警器，做这个课设的灵感来源于我们图书馆门口的那个检测门，它其实用的就是这个原理。

这次实验也让我们深刻的体会到了团体合作的向心力有多大，一开始我们什么都不会，原理只是在网上查找的资料，但是真正做起来的时候仍是觉得云里雾里的，最后我们决定相互合作，每个人都去查找需要的资料，然后在一起探讨。

每个人都说一下经过查找相关资料后自己对这个课题的理解，以及自己的思路，然后我们将各自的意思相互结合，共同完成了这个课设。

完成后感觉是松了口气。

也为自己感到高兴，因为这种具有具体实物的课题研究我们还是第一次碰到，虽然做的不是特别的完美，但是坚持坐下来了，对我们来说也是一种进步与肯定。

电路CAD课程设计报告

设计题目：

红外线报警器

专业班级：

电信0903班

学号：

2009001291

学生姓名：

李艳

同组学生：

郝慧琴、赵士红