简易光控防盗报警电路.docx
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简易光控防盗报警电路
摘要
报警器是生活中我们经常遇到的电子设备，在提醒人们着一方面，他发挥着重要的作用。
随着人们生活水平的提高和电子技术的进步，“安全防范”电子保安系统——防盗报警系统及闭路监控系统越来越广泛地应用于银行、交通、超市等公共场合，维护社会公共安全为目的，防入侵、防被盗、防破坏等，我们采用了以电子技术、传感器等技术为基础的安全防范技术。
本课程设计要求采用光传感原理，通过感应和逻辑等待装置制造一个简易光控防盗报警器。
它拥有在报警后，可以延时一段时间后控制电机喷洒麻醉剂这一特点。
关键词：
光控报警器声光形式延时控制
第一章系统设计方案及比较
本课程设计主要有两种思路：
一、采用被动式红外感应防盗报警它的工作逻辑是感应装置自己感应非法入侵物体自身的红外线，然后向下一个系统报告信号，形成一个报警程序.
二、采用主动式红外线感应防盗报警，它的工作逻辑是通过自己自带的器件发出红外线信号然后自己接受，如果有非法入侵，就会隔断它的接受信号使自己的程序报警，向下一个系统提出入侵信号。
经过认真的比较和思考，我觉得第一种设计思路在使用器材上可程序的介绍上要简单实用很多，但是在系统的安全性和可靠性上第二种方案要胜出不少，特别是在作为一个报警器这一方面，系统的安全性可靠性是最最重要的，故此，我决定采用第二种设计方案。
第二章简易光控防盗报警电路的基本组成及工作原理
第一节系统组成框图
简易光控防盗报警电路的总体框图如图1所示。
它是有红外线发射电路、红外线接收电路，声光报警电路、时间延迟和自动喷洒麻醉剂电路、电源电路五部分构成的。
红外线
发射电路
红外线
接收电路
声光报警电路
时间延迟和自动喷洒电路
电源电路
图1简易光控报警防盗报警电路的总体框图
红外线发射电路的功能是利用红外线发光二极管发射光脉冲，从而实现电路对人体或物体的感应。
红外线接收电路的功能是利用光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大。
声光报警电路的功能是当有人体或物体接近防盗报警电路时，通过声音和显示信号提示主人。
时间延迟和自动喷洒电路的功能是当声光报警一段时间之后自动喷洒麻醉剂来保护财产。
电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。
第二节工作原理
该电路能够检测出是否有物体接近时所要保护的财产，并且当判定有物体接近时能够通过声光形式报警。
同时在一段时间T后，自动喷洒出麻醉剂，并可调节时间T的长短。
通过该装置的原理图我们可以知道该装置有五部分组成：
红外线发射电路，红外线接收电路，报警电路，和喷射电路，总控电路。
其中各个原理如下：
一红外线发射电路
如图2所示，该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303。
红外线发光二极管PN节构成，其发光波段处于可见光波段之外，因此不能在显示中使用，一般作为光信号传输使用，本电路的感应装置一般不要求可见，因此只能采用红外线发光二极管作为感应装置。
红外线发光二极管正向电流不能超出其最大值，而作为感应装置则要求其具有较大的光输出。
因此电路前端需要一个脉冲信号电路，本电路采用的是由NE555集成电路构成的多谐振荡器组成。
其电路运行包含两个过程：
一是利用直流电源经电阻R1和R2对电容C1的充电过程；而是电容C1经电阻R2从NE555集成电路的DIS端的放电过程。
通过这两个过程的交替运行，就可以在NE555集成电路的输出端Q产生出脉冲信号。
其输出脉冲信号的频率f和占空比q为：
f=1/0.7（R1+2R2）C1=1/0.7（220KΩ+2×22KΩ）100uF≈541Hz
q=R1/（R1+2R2）=220KΩ（220KΩ+2×22KΩ）≈83.3%
这样输出端q输出脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二极管D1起包含红外线发光二极管的作用。
图2红外线发射电路图
二红外线接收电路
如图3所示，红外线照射在接收器的光电晶体管VT1上，光电管VT1的电阻变小，三极管VT2上的上偏置电路接通，VT2很快导通。
VT2道同时他的几集电极电位降低（UCE1=0），所以三极管VT3截至，皆在VT3集电极回路的继电器不吸动，其触点J1，J2断开，J2断开声光控电路的电源电路。
一旦有人通过红外线的封锁线，红外线被挡住，光电管因无光照内阻变大，于是VT2截至，VT3导通，继电器J动作。
其触点J1导通，继电器J自锁，J2接通了声光控电路的电源，该电路工作报警。
其原理图见下图3：
图3接收及总控制电路
三声光报警电路
如下图4所示，当该装置接通时，电路就会发出声音和灯光闪烁。
图4声光报警电路
四时间延迟和自动喷洒麻醉剂电路
如图5所示，该时间延迟电路由两部分组成：
一是整流和滤波电路；二是由NE555集成电路构成的单稳态电路。
整流和滤波电路的输出电压V1首先经过二极管D5和D6整流后，再经过电容C17滤波，则在NE555集成电路的TRIG端产生电平信号。
当接收到红外线脉冲时，整流和滤波电路的输出电压V1经由整流和滤波在TRIG端产生一个高电平信号，由NE555集成电路构成的单稳态电路的特性可知，输出端Q为低电平；当由于人体或者物体接近时所要保护的财产时，阻隔到红外线脉冲时，则电路没有输出电压V1，则在TRIG端输入为零，单稳态电路接收到触发信号，输出端Q为高电平并保持一段时间。
而延迟时间由可变电阻R2和电容C2的数值决定，通过调节可变电阻R2和电容C2的大小，可以改变延迟时间的长短，来使用于不同的场合。
图5时间延迟和自动喷洒麻醉剂电路
自动喷洒麻醉剂电路中，由于电磁阀通过的是大电流，大功率，一般的直流电源无法提供很大的电流和功率，故需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。
然而，一般的NE555集成电路地输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。
即三极管VT9构成的电流放大电路。
其中R19为限流电阻，防止输入电流过大而烧毁三极管。
VT9为共射极电路，当输出端OUT为高电平时，三极管导通饱和，将输入电流放大；当输出端OUT为低电平时，三极管截止，无电流通过。
继电器连接VT9的集电极，当有电流驱动时，开关闭合，电磁阀通电，喷洒麻醉剂。
当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，没有麻醉剂喷出。
同时，在继电器两端并联一个二极管来实现保护作用。
同时电路中加入发光二极管来作为显示电路，显示麻醉剂是否喷出。
五电源电路
电源电路的设计可以采用两种方法来实现：
第一种方法是采用电池供电。
但这种方法耗电量大，还得选择合适的指标参数，而电池的使用时间太短，故不易采用。
二是采用如图6所示电路。
直接从电网供电，通过变压器电路，整流电路，滤波电路和稳压电路将电网中的交流电转换为+12V的直流电。
电路中的变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1，C2，C3和C4组成滤波电路，而稳压电路是用三端集成稳压电路。
图6电源电路
整流电路是利用二极管的单向导电性，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压。
在小功率的直流电源中，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。
单相桥式整流电路用得最为普遍。
单相桥式整流电路简介如下：
工作原理
单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图7所示。
（a）整流电路（b）波形图
图7单相桥式整流电路
在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。
根据图7（a）的电路图可知：
当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。
当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。
单相桥式整流电路的波形图见图7（b）。
参数计算
根据图7（b）可知，输出电压是单相脉动电压。
通常用它的平均值与直流电压等效。
输出平均电压为
流过负载的平均电流为：
二极管所承受的最大反向电压为：
流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。
此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S。
单相桥式整流电路的负载特性曲线
单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线。
该曲线如图8所示。
曲线的斜率代表了整流电路的内阻。
图8单相桥式整流电路的负载特性曲线
第三章材料清单及应用
一材料清单
发光二极管SE303
NE555集成电路
晶体管
继电器
铁心变压器
MC78L12CP集成电路
电容
电阻
扬声器
光电晶体管
滑动变阻器
二材料的作用
继电器：
是一种用途广泛的产品，广泛应用于家电产品，如空调器、彩电、冰箱、洗衣机等；也应用于工业自动化控制和仪表。
在电子元器件中，继电器一般被认为是一种最不可靠的电子元件，在整机可靠性设计中，把继电器、电位器、可调电感器及可变电容器列为建议不用或少用的元件。
但是，由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。
随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加，所以，如何保证继电器的可靠性，满足整机系统的可靠性，成为人们关注的焦点。
电子元器件的可靠性应由两部分组成，一是元器件的固有可靠性；二是元件的使用可靠性。
固有可靠性是元器件可靠的基础，主要靠元器件制造商从设计、制造等方面进行有效的控制，以保证制造出来的元器件达到要求的可靠性等级。
使用可靠性则是从使用入手，如何保证和提高元器件的可靠性，使其能满足整机系统的可靠性要求。
没有高可靠质量等级的元件，不可能制造出高可靠的电子设备，所以元器件的固有可靠性是整机可靠性的基础。
但是，有了高可靠质量等级的元件也并不一定能制造出高可靠的整机，这里面就有—个使用可靠性的问题。
所谓使用可靠性，就是根据各种元器件的特点利用可靠性设计技术，即元器件的合理选用、降额设计、容差与漂移设计、抗振设计、热设计、三防设计、抗幅射设计、电磁兼容设计、人机工程设计及维修设计等，最大限度的发挥元器件固有可靠性的作用，以达到整机系统的可靠性要求。
发光二极管：
发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。
当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。
发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。
发光二极管的发光颜色有：
红色光、黄色光、绿色光、红外光等。
发光二极管的外形有：
圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。
常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。
使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。
发光二极管的压降一般为1.5~2.0V，其工作电流一般取10~20mA为宜。
NE555集成电路：
555时基集成电路的工作原理与应用NE555芯片介绍
图9
图10
功能说明：
1脚－（GND）地；2脚－（TR）低电平触发<1\3Vcc;3脚－（OUT）输出端；4脚－（R）复位端；5脚－（CO）电压控制端；6脚－（TH）高电平触发；7脚－（D）放电端；8脚－（Vcc）电源端。
参数
量值
电源电压范围
4.5－18V
静态功耗（Vcc=15V）
120mW
定时精度
1%
温度系数
0.03％每度
电压漂移
0.03％每伏
阈值电压（Vcc=15V）
9.8－10.2V
触发电压（Vcc=15V）
4.8－5.2V
复位电压
<=0.4V
输出电流
>=100mA
555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。
它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。
1972年，美国西格尼蒂克斯公司）研制出NE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。
但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。
美国各大公司相继仿制这种电路1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。
1978年美国英特锡尔公司研制成功CMOS型时基电路ICM5551CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。
在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。
尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555／556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。
图中示出了美国无线电公司生产的CA555时基电路的内部等效电路图。
变压器：
变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。
变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。
总之，升压与降压都必须由变压器来完成。
在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。
利用变压器提高电压，减少了送电损失。
变压器是由绕在同一铁芯上的两个或两个以上的线圈绕组组成，绕组之间是通过交变磁场而联系着并按电磁感应原理工作。
变压器安装位置应考虑便于运行、检修和运输，同时应选择安全可靠的地方。
晶体管：
半导体三极管主要分为两大类：
双极性晶体管和场效应晶体。
晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极、基极和集电极（Collector）；场效应晶体管的三个极，分别是源极、栅极，和漏极。
晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式，分别是发射极接地（又称共射放大、CE组态）、基极接地（又称路最常用的用途应该是属于讯号放大这一方面，其次是阻抗匹配、讯号转换……等。
第四章简易光控防盗报警系统的现实应用背景
随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元——家庭的防范问题就显得尤为重要。
传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些隐患，正如国务院下达的《关于住宅小区禁止安装防盗网的建议》中指出，防盗网带来的问题：
⑴影响楼房美观，市容整洁；
⑵影响火灾救援通道；
⑶给犯罪分子提供便利的翻越条件；
⑷时间久了会有高空坠物的危险；
⑸压抑人性自由。
所以作为新一代的智能家居安全红外防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。
另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。
因此小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中了。
以深圳为例，几乎所有新建的住宅楼盘都预装了防盗系统，并禁止安装防盗网，而上海、广州、温州、南昌等地更是花费重金拆除了防盗网，其防盗功能则必须由电子防盗系统来完成。
因此，家庭安防系统必将有很大的发展，并且也将从北京、上海、广东等发达城市向内地蔓延开来，形成一个全新的朝阳产业。
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。
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……
此外，在电子防盗、人体探测等领域中，对射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。
第五章总结设计体会
我设计的课题是简易光控防盗报警器，经过一个星期的思考和准备制作，通过对课题的设计，大大提高了自己各方面的能力，例如对书本基础知识的掌握程度，对资料的查找方法，对自己知识面的扩展都不得有相对的提高，但在这其中，也有自己茫然和不知所措的一面，当我决定课题时，不知该从何下手，头脑中也一片空白，后来经过老师对课题的剖解，头脑中才逐渐有了轮廓。
资料搜集花费了大量时间，采集的资料不能从头至尾的抄写，而要取其所需，认为有价值的材料才能引用，在网上，请教经验丰富的老师，终于获得了第一手资料，然后在其中加入自己的思想，组织整理，渐渐有了头绪。
我知道，万事开头难，只要把前段工作做好了，后面自然就可以顺利很多了，有的器件很难找到查了很多材料才找到这片器件。
后来在网上查找它的资料，才知道厂家都不生产这种芯片了，如果不是亲身经历，怎知会如此辛苦。
经过不断的修改及创新，一个星期下来，终于看到了自己的劳动成果，一种胜利感油然而生。
经过这一次设计，体会颇多，感觉到平时的粗心大意，以及不完善的理论知识让我错过了一次就OK的那种感觉，但我在制作电路的过程中感觉到了一种力量，那种力量可以让我废寝忘食的不断改善调试电路，可以让我兴奋的久久的为了电路而深思，可以让我深夜写着课程设计说明书，回顾自己的毕业设计制作过程，心中一阵感慨，有失落，有兴奋，有喜悦，有苦恼，但我觉得它值得我这样去做，因为它不仅让有了一次实践的机会，让我学会怎样去面对制作过程中遇到的困难，怎么去解决，让我学会了思考，让我隐隐约约记忆起以前学过的知识，原来不知道学了有什么用的枯燥电路原理，现在让我在实际应用中觉得少学了好多东西，心中无限后悔。
但这次课程设计给我的感受是很真、很纯的感受，亲身体会其制作的艰难路程，这不仅加深了我以前因为种种迷惑不知道的电路知识的认识，而且为我将来的人生也奠定了基础，相信通过以后的学习锻炼,理论结合实践，为社会作贡献。
时光如逝，来大学已经两年了，最近一个多星期的毕业设计也是对我所学专业知识、技术、技能各方面的一个总结。
但我懂得在以后的工作中要全面考虑事情，不能急于求成。
在此衷心感谢我的指导老师，教会了我在处理问题时的步骤和方式。
感谢老师在设计过程中对我的耐心指导和帮助。
这次课程设计是我大学两年年最难忘的一件事，也是给各位老师的一个汇报，在以后的路上，我会更加充满信心向更深处学习，绝对不辜负你们的期望。
参考文献
1，何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
2，姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
3，王澄非，电路与数学逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4，李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
5，康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年
附录简易光控防盗报警电路总体图
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