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红外线

题目：

红外线探测防盗器的制作

院（系）：

班级：

电信0821班

姓名：

学号：

08147810090814781010

指导教师：

目录

1、摘要……………………………………………3

2、工作原理………………………………………3

3、单元电路设计…………………………………5

4、调试…………………………………………9

5、元器件清单………………………………………10

6、心得体会………………………………………13

7、参考文献………………………………………13

摘要

   物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线。

该报警器能探测人体发出的红外线，一般人体都有恒定的体温，一般在37摄氏度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，这种红外线探测器探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

如果在一间密闭的房间内安上这个东西，在它的有效距离和范围内，任何一个人闯入都能感应报警即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

二：

工作原理

红外线探测防盗器工作框图如下

    该装置电路原理见图1。

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，其时间约为1分钟。

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1分钟，即持续1分钟报警。

由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用开机后者立即报警，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。

该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC578L06供电。

本装置交直流两用，自动无间断转换。

IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。

IC2采用运放LM358，具有高增益、低功耗。

IC3、IC4为双电压比较器LM393，低功耗、低失调电压。

其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。

R12是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型

制作时，在IC1传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1－10Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。

安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方7－10m处走动，调整电路中的R12，使讯响器报警即可。

其它部分只要元器件质量良好且焊接无误，几乎不用调试即可正常工作。

图1

本机静态工作电流约10mA，接通电源约1分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1分钟停止报警。

如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。

三：

单元电路设计

1、信号放大单元

在这个单元电路中，当红外线探测传感器J1探测到前方有人进入时人体辐射出的红外线信号时，此时由IC1的2号管脚输出微弱的电信号，经三极管等构成的第一级放大电路中放大，再通过C2输入到运算放大器U1进行高增益、低噪声放大，此时由运放的1号管脚输出信号已近足够强，能够对信号进行放大。

2、电压比较模块

此单元电路中，U1B作为电压比较器，它的第5管脚由R10、VD1提供基准电压，当U1B1号管脚的输出信号电压到达U1B的6号管脚时，两个输入端的电压进行比较，查看U1B的7号管脚是高电平还是低电平。

3、报警延时模块

当红外线探测器检测到红外信号后，经过放大，比较Vin将为低电平，LM393的2脚也变为低电平，1脚输出为高电平，三极管导通，蜂鸣器开始报警发出声音，同时R14和C6开始充电，蜂鸣器停止报警。

此充电过程大约为一分钟，即蜂鸣器持续报警时间为一分钟。

4、开机延时模块

由VT3、R20、C8组成的开机延时电路，时间也约为1分钟，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，同时又可以防止停电后又来电时产生误报。

四、调试

此电路系统完全由硬件实现，因此电路板的焊接十分重要，也直接决定该系统的成功与否。

通过测试，基本达到了设计的要求，能够实现开机延时功能，持续报警功能。

测量参数如下：

开机延时时间：

85S

报警持续时间：

50S

红外感应距离：

1.2m

电路的延时参数由延时电路的R和C的值决定，感应距离与比较器的参考电压有关，通过改变这些值可以达到不同的测量效果。

五、元器件清单

元器件选择与制作,元器件清单见下表：

编　号

名　称

型　号

数　量

编　号

名　称

型　号

数　量

R1

电阻

47K

1

C10

电解电容

470u/25V

1

R2

电阻

1M

1

C11

涤纶电容

0.1u

1

R3

电阻

1K

1

VD1－VD5

整流二极管

IN4001

5

R4

电阻

4.7K

1

U

全桥

2A/50V

1

R5、R6、R9、R12、R13、R15、

电阻

100K（R12为线性微调电阻）

6

VT1

晶体三极管

9014

1

R7、R10、R11、R17

电阻

10K

4

VT2

晶体三极管

MPSA130.5A30V

1

R8、R16

电阻

300K

2

VT3

晶体三极管

8050

1

R14

电阻

470K

1

IC1

红外线传感器

Q74

1

R18

电阻

2.4K

1

IC2

运算放大器

LM358

1

R19

电阻

220Ω

1

IC3

比较器

LM393

1

R20

电阻

560K

1

IC4

三端稳压器

78L06

1

C1、C2、C6、C8、C9

电解电容

47u/16V（C2、C5用钽电解）

5

BL

电磁讯响器

U=12V

1

C3、C5

电解电容

22u/16V

2

T

电源变压器

12V5W

1

C4

涤纶电容

0.01u

1

S

钮子开关

1

C7

电解电容

220u/16V

1

IC1红外线传感器Q74

IC2采用运放LM358

IC3、IC4为双电压比较器LM393

查阅集成电路资料，给出集成电路的使用方法，详细了解并分析整个电路的工作原理。

LM358资料：

  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。

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式

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。

 LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

特性（Features）:

∙

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

∙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）

红外线传感器Q74

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。

比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线

最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。

随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。

人体热释电红外传感器和应用介绍

被动式热释电红外探头的工作原理及特性：

一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。

1）这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

2）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3）被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

4）一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

5）菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

六、心得体会

通过此次课程设计提高了综合运用所学知识进行电路设计的的动手能力，了解红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉使用电路设计的一般过程。

在焊接过程中应该选择适合的元器件，为了电路板的美观，一定要掌握好整体布局，使器件排列整齐。

电路板焊接后，要进行电路检查，查看虚焊，短接的地方。

调试过程中掌握好变压器的输出电压，避免因电压过大烧坏电路。

七、参考文献

1.模拟电子技术基础（第四版）童诗白华成英主编高等教育出版社

2.数字电子技术基础（第五版）阎石主编高等教育出版社

3.电子设计指南孙肖子等高等教育出版社