红外报警器.docx

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红外报警器

模电课程设计

红外报警器

系、部：

电气与信息工程系

学生姓名：

朱涛

指导教师：

尹艳清职称：

讲师

专业：

电子信息工程技术

班级：

0902

学号：

09400230217

完成时间：

2011年1月8日

摘要

红外线是一种光线,是太阳光线中众多不可见光线中的一种,具有普通光的性质,可以以光速直线传播。

红外线由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又称为红外热辐射（Infraredradiation）。

红外线可分为三部分,即近红外线,波长为0.75～1.50μm之间;中红外线,波长为1.50～6.0μm之间;远红外线,波长为6.0～l000μm之间。

随着科学技术的发展,红外线越来越广泛的应用于通讯、军事、航天、医疗、考古、天文、探测等科学领域,即使在日常生活和农业生产中也广泛应用到红外技术。

如红外线取暖器、红外自动干手器、红外线报警器、远红外粮食烘干，红外报警器等。

关键字：

课程设计红外报警器

Abstract

Infraredrayisalight,isthesun'sraysoflightofnumerousnotvisible,havingregularlightofnature,canatthespeedoflightlineartransmission.InfraredbyGermanscientistshuoXuErin1800,alsocalledInfraredradiationfoundwouldradiation）.Infraredraycanbedividedintothreeparts,namely,nearinfraredwavelengths0.75~1.50muonmbetween;Ininfrared,wavelength1.50~6.0muonmbetween;Farinfraredray,wavelengthl000muonmfor6.0~between.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,infraredmoreandmorewidelyusedincommunications,militaryandaerospace,medical,archaeological,astronomy,detector,suchasscientificfields,evenindailylifeandtheagriculturalproductioniswidelyappliedtoinfraredtechnology.Suchasinfraredheater,infraredautomaticairingimplement,infraredalarm,infraredgraindrying,infraredalarmandetc.

Keyword:

curriculumdesigninfraredalarm

目录

1、系统概述…………………………………………………01

1.1课程设计内容和要求…………………………………01

1.2设计思路……………………………………………01

1.3系统框图………………………………………………02

2、电路的设计………………………………………………03

2.1电路原理……………………………………………03

2.2报警电路工作流程及参数计算………………………07

2.3电源部分电路原理……………………………………08

3、调试总结………………………………………………………09

3.1调试……………………………………………………10

3.2总结……………………………………………………10

参考文献…………………………………………………………11

附录…………………………………………………………12

附录一清单…………………………………………………12

附录二原理图和pcb图……………………………………13

1、系统概述

1.1课程设计内容和要求

设计一个红外线防盗报警器。

要求：

如果有人进入监视区域，立即报警，报警时长为30S。

1.2设计思路

人体能够产生红外线，如果利用一种专门感应人体红外线的元件，经过设计便可以实现报警器功能.通过资料找到了热释电红外线传感器。

它是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。

它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。

将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路。

完成设计。

1.3系统框图

根据前面思路画出系统框图。

如图1.3.1所示

红外传感器信号放大器电压比较器

报警器延时电路

图1.3.1系统框图

红外传感器--检测电路：

采用热释电传感器将人体发射出的红外线转换成电信号。

如我们从采用的热释电传感器re200b。

信号放大器：

主要由三极管、运算放大器将传感器小信号放大。

电压比较器比较电路：

通过电压比较器控制何时报警。

延时电路：

主要通过电容充电放电完成。

报警器:

通过蜂鸣器将信号的变化表现出来。

具体说明将在下节说明。

2、电路设计

2.1报警部分电路原理

该报警器由检测电路、放大电路、比较电路、延时电路及报警电组成。

检测电路：

采用热释电传感器将人体发射出的红外线转换成电信号。

我采用的是RE200B热释电传感器。

RE200B热释电传感器实物图和封装图如图3.1.1所示。

传感器特征如下：

灵敏元面积：

2.0×1.0mm2

工作波长7-14μm

输出信号：

＞2.5V（420°k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz带宽72.5db增益）

工作电压：

2.2-15V

工作电流：

8.5-24μA（VD=10V,Rs=47kΩ,25℃）

源极电压：

0.4-1.1V（VD=10V,Rs=47kΩ,25℃）

工作温度：

-20℃-+70℃°

图2.1.1RE200b实物图和封装图

放大电路：

主要由三极管、LM358运算放大器将传感器小信号放大。

如图2.1.1VT1R2﹑R3组成单管共射放大电路，将RE200B感应信号送到VT1进行放大。

图2.1.2第一级单管共射放大电路图2.1.3运算放大电路

将经过VT1放大后的信号输入到LM358进行高增益﹑低噪声同相比例运算放大。

如图2.1.3所示。

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

框图如图2.1.4所示。

其特性如下：

·内部频率补偿　　

·直流电压增益高（约100dB）　　

·单位增益频带宽（约1MHz）　　

·电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；双电源（±1.5一±15V）　　

·低功耗电流，适合于电池供电LM358

·低输入偏流　　

·低输入失调电压和失调电流　　

·共模输入电压范围宽，包括接地　　

·差模输入电压范围宽，等于电源电压范围　　

·输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）

图2.1.4Lm358功能框图

比较电路：

通过电压比较器判断传感器电压变化控制何时报警。

由LM358﹑C5﹑R12﹑VD1﹑R10﹑R11组成，由RE200B产生信号进行放大后经过运算放大器进入第二个电压比较器。

两个输入端进行电压比较。

以控制是否报警。

如图2.1.5所示

图2.1.5电压比较器

12V

延时电路：

主要通过电容充电放电完成。

报警延时主要由LM393、R13、R14、R15、R16、C6和VD2组成。

如图2.1.6为报警延时部分电路。

开机延时报警电路VT3、R20、C8组成，防止使用者开机报警。

如图2.1.7所示。

具体电路参照附录二总电路图。

6V

图2.1.6报警延时部分图2.1.7开机延时报警电路



LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达2.0的独立精密电压比较器构成。

该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。

该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。

本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。

LM393系列可直接与TTL及CMOS逻辑电路接口。

无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393系列便与MOS逻辑电路直接接口。

其特点如下：

●电源电压范围宽：

单电源2.0V-36V，双电源±1.0V-±18V

●电源电流消耗低：

（0.4mA）

●输入偏置电流低：

25nA

●输入失调电流低：

±5nA

●最大输入失调电压：

±3mA

●输出饱和电压低：

250mV

使用时需注意引脚功能，LM393功能框图和封装图如图2.1.8所示。

图2.1.8LM393功能框图和封装图

2.2报警器电路工作流程及参数计算

电路图见附录二。

由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。

红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2①脚输出的信号已足够强。

IC3作电压比较器，它的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2①脚输出的信号电压到达IC3的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC3的⑦脚由原来的高电平变为低电平。

IC4为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，因为比较电压U0=R16/（R16+R15）.6V=4.5V其延时时间：

由公式:

U0=6（1-e-t/RC）带入参数得t=30.49秒，约为30S。

当IC3的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平，它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2导通，讯响器BL通电发出报警声。

人体的红外线信号消失后，IC3的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。

由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为45秒，即持续45秒钟报警。

由VT3、R20、C8组成开机延时电路，当蜂鸣器的负端变为低电平时延时时间T由公式UC（t）=12.e-（t/RC）代入数据的T约30秒它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。

2.3电源部分电路原理

变压器：

通过报警部分所用原件要求得知，需要提供12V初始电源。

于是可以选择变比18的变压器。

将220V变为12V。

整流桥：

在通过变压器变压后电压送入整流桥整流后的输出波形为脉动的直流,加电容滤波整形后为接近平稳的直流。

如图2.3.1所示。

因为输入12V所以可选择整流桥2w005。

整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路,选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。

本次电源整流桥我采用了桥。

AC为输入端接变压器变压器输出端。

+-为输出端。

其中+脚引脚最长。

引脚说明如图2.3.3所示。

电路图如图2.3.2所示。

图2.3.1整流桥输出波形

图2.3.2变压器输入整流桥图2.3.3整流桥俯视图

集成稳压电路：

为提高稳定性，整流滤波之后为了稳压直接选择三端稳压集成电路进行稳压。

根据要求只需要LM7812即可。

为了使电源用途更广，我还做了+5V，-5V，-12V，其涉及到到LM7805﹑LM7912﹑LM7905。

图2.3.4LM7812接入电路

lm7812是三端稳压集成电路IC芯片元器件，适用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。

其封装图及引脚说明如图2.3.5所示。

其中LM7805与Lm7812引脚功能相同。

LM7912和LM7905引脚功能不同，由于本次不会直接用到，在这里就不介绍。

使用时注意加散热片。

图2.3.5LM7812引脚说明

3、调试和总结

3.1调试

1.电源调试

将变压器接入220V市电，按下电源上六角开关，发现指示灯都亮。

用万用表测试输出端口，发现电压正常。

电源无问题。

2.报警器调试

给报警部分接入12V电压，按下电源开关，等待后发现声音没有声音产生。

用螺丝刀调节R11电阻，蜂鸣器发出声响。

经测试发现报警器按要求正常报警。

3.2总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图。

我深知做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

在此，感谢老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！

参考文献



[1]刘笃仁.传感器原理及应用技术[M]西安西安电子科技大学出2007.5

[2]吕泉.现代传感器原理及应用[M]北京清华大学出版社2006.5

[3]胡艳如.模拟电子技术[M]第二版高等教育出版社2004.4

[4]杨志忠.数字电子技术[M]第三版高等教育出版社2008.6

附录



附录一

元件清单

附录二

原理图和PCB图