本人的protel红外线报警器.docx

1、本人的protel红外线报警器课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: Protel应用课程设计-红外线报警器 初始条件： （1）可选元件：LM系列芯片、三极管、二极管、电阻、电容、导线若干、放大器、红外线传感器（2）可用仪器：示波器，万用表，毫伏表（3）仿真软件：Protel 99SE要求完成的主要任务: （1）绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图（2）绘制电路原理图相应的双面印刷版图*.pcb。（3）选做：对电路原理图进行仿真，给出仿真结果。时间安排：（1）第1-3周：选题及任务安排。（2）第4-10周：方案选择及设计。（3）第11-16周

2、：仿真及PCB制作（鉴主13楼计算机实验室）。（4）第17-18周：撰写报告及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘要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，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电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。利用红外线传感器可

3、以制作报警器，能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，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。关键词： Protel 99se，PCB设计工具，原理图设计、红外线报警、传感技术ABSTRACTAlarm time is for people to solve many problems. But the alarm on the market for some big companies are mostly financial institutions. Expensive, generally it is difficult to accept.

4、 If we design and produce a low cost, flexible and reliable anti-theft alarm system.It will ensure the security of property and play a more effective role. Infrared light has strong confidentiality and has been widely used. In addition, electronic security, in areas such as human detection, passive

5、pyroelectric infrared detectors also for its low price, technical performance characteristics and stable by the majority of users and professionals welcome. Using infrared sensors can create alarms that can detect the infrared human body to issue. When people enter the alarm monitoring in the region

6、, you can be sent warning sound.It can be used for home, office, warehouse, laboratory and other more important occasions. This design will be carried out using protel 99se PCB .Keywords: Protel 99se, PCB design tools, schematic design, infrared alarm, sensor technology目 录1 设计任务与要求 41.1 设计任务 41.2 设计

7、要求 42 软件及原理介绍 52.1 Protel 99SE简介 52.2 红外报警器电路分析 63 Protel 99SE绘图 153.1 Protel 99SE绘制电路原理图 153.1.1建立原理图文件 153.1.2载入元器件原理图符号库 163.1.3原理图放置元件 173.1.4 连接电路 183.1.5 电气法则测试 193.2 Protel 99SE绘制PCB图 213.2.1 生成网络表 213.2.2 加载网络表 223.2.3 PCB板的排版 243.2.4 PCB板的布线 264 电路仿真 275 心得体会 28参考文献 30附录 301 设计任务与要求1.1 设计任务

8、设计一个设计一个红外线报警器，其由红外线传感器、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，以实现当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声。 1.2 设计要求（1）绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch。（2）绘制电路原理图相应的双面印刷版图*.pcb。（3）选做：对电路原理图进行仿真，给出仿真结果2 软件及原理介绍2.1 Protel 99SE简介Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计

9、，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层.按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。（1）电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装

10、编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。（4）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（5）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文

11、本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（6）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。2.2 红外报警器电路分析首先介绍一下红外线传感器。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

12、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。 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。 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，

13、于是探测器无信号输出。 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。 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。 整个电路由供电电路、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。IC1采用进口器件Q74，波长为910um。IC02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。（1）供电电路该装置

14、采用912V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC5 78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。（2）红外线传感器红外线探测传感器IC1采用进口器件Q74，波长为910um。它能探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的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。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0.110Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。（3）信号放大电路红外线探测传感器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

15、到运算放大器IC02中进行高增益、低噪声放大，此时由IC0脚输出的信号已足够强。（4）电压比较器IC3作电压比较器，它的第脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2脚输出的信号电压到达IC3的脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC3的脚由原来的高电平变为低电平。（5）延时电路由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。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的脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的脚变为低电平，它与IC4的脚基准

16、电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的脚变为高电平，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的脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。（6）音响报警电路C4的脚变为高电平，VT2导通，BELL通电发出报警声。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。3 Protel 99SE绘图3.1 Prote

17、l 99SE绘制电路原理图3.1.1建立原理图文件进入Protel 99SE后，依次点击工具栏上的File/New design，新建一个后缀名为prjPCB的工程文件。新建一个*.DDB，我所做的所有内容就都会存在里面。接着点开documents文件夹，新建一个*.SCH文件，便可以开始设计原理图。若使用的是比较基本的元件可以在Protel 99SE默认提供的元件库Miscellaneous Devices.lntLib中直接浏览。Protel 99SE将元件的原理图符号，元件描述、封装号以及SI仿真模型都集中在一起显示，使用起来很方便，也在一定程度上避免了Protel 99 SE中不知道元

18、件封装号的问题。如果需要修改，可以在Model Name框中自行修改。3.1.2载入元器件原理图符号库(1)在设计浏览器管理中单击Browse标签，即可打开原理图编辑管理窗口。(2)装入所需要的元器件原理图符号库。单击管理窗口中的Add/Remove按钮，系统弹出【Change Library File List】对话框。(3)在图中鼠标单击【查找范围】，选择Protel 99SE自带的元器件原理图符号库的存放路径。(4)在元器件原理图符号库列表框中单击所需要的库文件，例如“Miscellaneous Devices.ddb”，然后单击Add按钮，被选中的文件就会出现在【Selected Fi

19、les】列表框中。(5)重复上述操作，将所需要的库文件都加到列表框中，然后单击OK。(6)若想移除某个已装入的元件库，只要在【Selected Files】列表框中选中该文件，单击Remove按钮即可。3.1.3原理图放置元件下图为常用元件的工具栏，可以通过view菜单的toolbars选择。(1) 电容、电阻等常用元件也在Miscellaneous Devices.Lib库里，该应该已经在 Libraries面板中被选择。(2) 在Libraries面板的元件过滤器栏键入cap或res。(3) 在元件列表中点击元件选择它，然后点击Place按钮。现在在你的光标上悬浮着一个电容符号。(4)按T

20、AB键编辑电容的属性。在Component Properties对话框的Properties单元，设置Designator，检查PCB封装模型。(5)规则栏的设置将显示在原理图中。点击规则列表中的Add显示Parameter Properties对话框，进行相应的设置。 3.1.4 连接电路 连线起着在你的电路中的各种元件之间建立连接的作用。(1)从菜单选择Place Wire或从Wiring Tools工具栏点击Wire工具进入连线模式。光标将变为十字形状。(2)将光标放在元件一端。当你放对位置时，一个红色的连接标记会出现在光标处。这表示光标在元件的一个电气连接点上。(3)左击或按ENTER

21、固定第一个导线点。移动光标你会看见一根导线从光标处延伸到固定点。(4)将光标称到Q1的基极上，你会看见光标变为一个红色连接标记。左击或按ENTER连接到Q1的基极。(5)完成这部分导线的放置。注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按ESC。3.1.5 电气法则测试选择菜单命令Tools/ERC，系统弹出【Setup Electrical Rule Check】设置对话框，进行相应设置后点击OK即可进行电器检测。当原理图做好后，首先要进行电气规则检查。打开工具菜单的电气规则检查，选定所有项，如下图，单击如果有错误要找出并改正，没有错误则

22、可以进行下一步，如下图。3.2 Protel 99SE绘制PCB图3.2.1 生成网络表电气检查没有错误时就要要生成网络表，这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。下面显示部分网络表，这里不全部列出。SIP3Q74BT?RAD0.3BATTERYC1RB.4/.847uC2RB.4/.847uC3RB.4/.8 3.2.2 加载网络表生成网络表之

23、后，就进入了PCB板绘制的阶段。选择File/New/PCB生成一个后缀为PcbDoc的文件。PCB板分为很多层，主要有Top-Layer、Bottom-Layer、Mechanical、Top Overlay、Keep-Out-layer和Multi-Layer。按步骤设置PCB板的Mechanical物理边界以及Keep-Out Layer电气边界。先执行Design/Board Sharp/Redefine Board Sharp命令，此时光变变成十字形。然后在Mechanical层面上划定PCB板的物理边界，最后在禁止布线层（Keep-Out Layer）上面划定电器边界。在正确设置完

24、成PCB板之后，在PcbDoc文件下选择Design/Import Changes From命令加载网络表，对话框显示详细的网络连接信息。点击Validate Changes按钮可以检查装入的元件封装、电器规则以及元件的网络连接是否正确，如果正确，屏幕上不显示错误。 加载网络表如上图，若没有出现错误便可以单击excute载入网络。3.2.3 PCB板的排版 PCB手动排版，可以从美观的角度进行排版。如下图选定所有的元件拖至PCB板上，执行Tools/Auto Place命令， 99SE开始自动排版。一般来说 99SE的自动排版后的PCB板已经比较理想，但是在美观角度仍然需要手动排版进行进一步美

25、化。下图即为线自动布局，然后手工布局，感觉比纯手工布局好一些。3.2.4 PCB板的布线在元件排版完毕之后，就可以进入到最后的布线阶段。Protel 99SE具有强大的自动布线功能，不仅布线快速而且合理，通过率很高。我们可以执行Auto Route/All命令，选择Default 2 Layer Board选项，再点击Route All完成双层PCB板的布线。这里我们建议选择自动布线与手工布线结合的方式排版，满意后再自动布线，当然自动布线可以执行许多次，每次的线基本不同，可以选择认为合适的保存下来。99SE在完成自动布线之后显示一共布线83条，并且全部成功，至此基于 99SE的PCB板设计全部

26、制作完成。击菜单命令Auto Route/Setup 对自动布线功能进行设置。点击菜单命令Auto Route/All 开始自动布线。对布线进行手工初步调整：需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下。最后再做一次DRC检测，如果没有错误便可以点击存盘了。下面是我的最终确定的PCB图。4 电路仿真在完成了PCB板的制作后，下面对模拟乘法器调幅电路的原理图进行仿真。作为一款驰名已久的板卡级设计软件，相比Protel 99 SE，Protel 99SE在仿真功能上有了很大的进步，同样拥有强大的仿真功能。在仿真之前再检查一遍电路元件的参数设置，进行正确的封装。将电容电感的初始

27、储能设置为0V，将二极管和三极管的初始状态设置为截止状态“OFF”。然后执行Design/Simulate/Mixed Sim命令进入仿真对话框。选择最基本的瞬态特性分析Transient Analysis选项，并且将载波信号，调制信号，已调信号的节点VC，VIN，VOUT添加到激活信号（Active Signal）框格内开始仿真。由于protel的仿真功能不像他的制版功能那么强大，而我们又接触了Multisim等仿真软件，再者本设计由于部分元件元件库里没有，而且红外线传感器所以进行了部分仿真。5 心得体会Protel使用设计总结：作为电路设计必须使用的软件，Protel99se被现代电子设计

28、者们广泛的使用，我们作为电子信息工程专业的学习者，理应熟练掌握这种实用性好、专业性强的软件。经过对Protel99se一周的学习和应用，从开始的无法上手，到现在的马马虎虎，虽然不能说做的很好，但是自己看到了自己的进步，从这点上还是很高兴的。开始是按设计图布线，第一次做用的汉化版，所以熟悉的也要快点，在设计的时候就出现了问题，有些元件在库中的管脚长度是一定的，这让线路会发生转折影响美观，经过摸索，发现元件可以自己编辑，我就把电阻的管脚长度从缩短了一半，这样就可以了，最开始不知道要封装，所以第一次没有封装，然后进行ERC电气检查，有很多错误，然后返回SCH制作页面，发现是有2个网络标号标记错误和一

29、条总线断掉，修改错误后再检查就没问题了。然后是制作网络表，这时我是靠观看视频来学习的，再是创建PCB电路板，这时就发现有很多错误，这时我才知道元件需要仔细设置Footprint，即元件的封装，我上网搜了一个封装表，里面有很多封装形式，电阻电容都有它各自的封装形式，于是我对它们进行封装，再制作网络表导入PCB，发现还是有问题，后来才发现，我们Protel99se软件本身就有一个PCB封装库，一些常用元件就有它自己的封装，如果没有封装形式，就需要按照元件实际大小进行封装设计，比如TL16C554在封装库就有它自己的封装形式，它的封装形式就是PGA68X11_SKT，这在封装库中是可以找到的，这时再

30、对SCH文件中进行封装，制作网络表，从60个错误剩下了只有4个错误了，这4个错误都和电阻R1有关，经过分析，最后发现是最开始做SCH文件时，自己编辑电阻管脚长度忘记管脚NODE的标记，这样再对它进行修改后，网络表中就没有错误了。导入PCB的制作，PCB的制作有很多规则，首先要满足可行性，再是要节省，画出板的大小后，就可以将元件添加进去了，第一次手动布线，花了很长时间还是做不好，最后采用了自动布线，我想，一块好的PCB需要人的手动布线，好的手动布线需要人长时间的训练磨出来的。如果有机会我希望能更一步的学习和使用Protel。 参考文献1. 王彦平：Protel99电路设计指南 清华大学出版社2000版；2. 朱定华：Protel 99 SE原理图和印制板设计 清华大学出版社2007版；3. 万华清：Protel 99 SE电路设计 人民邮电出版社2007版4. 无线电2006年合订本（下） 无线电杂志社2007版5肖玲妮：PROTEL 99 SE印刷电路板设计教程 清华大学出版社2006版附录元器件清单见下表。编 号名 称型 号数 量编 号名 称型 号数量R1电阻47K1C10电解电容470u/25V1R2电阻1M1C11涤纶电容0.1u1R3电阻1K1VD1VD5整流二极管IN40015R4电阻4.7K1U全桥2A/50V1R5、R6、R9、R12、R13、R15、电阻10