定時器光控防盜報警電路課程設(shè)計報告(含電路圖)

1、摘 要紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，從而實現(xiàn)電路對人或物體的感應(yīng)。紅外線接收電路的功能是利用光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖，并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時對其進行放大。聲光報警電路的功能是當(dāng)有人體或物體接近防盜報警電路時，通過聲音和顯示信號提示主人。時間延遲和自動噴灑電路的功能是當(dāng)聲光報警一段時間之后自動噴灑麻醉劑來保護財產(chǎn)。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電壓，該電路也可采用電池供電，但需要注意的問題是選擇合適電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配。關(guān)鍵詞 防盜報警/紅外線/555定時器/ LM567鎖相環(huán)頻率解碼器目 錄第一章 光電報警電路的應(yīng)用3第二章 電路的組成及其

2、原理4第一節(jié) 設(shè)計要求4 第二節(jié) 簡易光電報警電路的結(jié)構(gòu)模塊圖4 第三節(jié) 工作原理 5 一、電源電路5 二、紅外發(fā)射電路6 三、紅外接收電路7 四、選頻電路7 五、聲光報警電路8 六、時間延遲及麻醉噴射電路9第三章 主要器件使用說明11第一節(jié) 555定時器11一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能11二、555的功能描述12三、555的應(yīng)用13四、555管腳圖14第二節(jié) LM56714一、LM567管腳功能14二、LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 15第三節(jié) 繼電器17第四章 個人總結(jié)18參考文獻21附錄21附錄1簡易光控防盜報警電路總圖22附錄2元件參數(shù)列表23第一章 光電報警電路的應(yīng)用隨著時代的不斷進步,人們

3、對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不時刻留意那些不速之客。所以作為新一代的智能家居安全防盜報警器系統(tǒng)就應(yīng)運而生，并日益受到廣泛的重視和運用。另外，為了進一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級標(biāo)準，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此小區(qū)安全防范系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項目中了。以深圳為例，幾乎所有新建的住宅樓盤都預(yù)裝了防盜系統(tǒng)，并禁止安裝防盜網(wǎng)，而上海、廣州、溫州、南昌等地更是花費重金拆除了防盜網(wǎng)，其防盜功能則必須由電子防盜系統(tǒng)來完成。因此，家庭安防系統(tǒng)必將有很大的發(fā)展，并且也將從北京、上

4、海、廣東等發(fā)達城市向內(nèi)地蔓延開來，形成一個全新的朝陽產(chǎn)業(yè)。第一節(jié) +設(shè)計要求1.要求電路能夠通過感應(yīng)裝置，檢測出是有物體接近所要保護的財產(chǎn)。2.要求電路當(dāng)判定有物體接近時，能過通過聲光形式報警。3.要求電路當(dāng)發(fā)出警報一段時間T后，能夠自動噴灑出麻醉劑。4.要求電路可以根據(jù)需要，調(diào)節(jié)噴灑出麻醉劑的等待時間T。第二節(jié) 簡易光電報警電路模塊圖簡易光控防盜報警電路的總體框架圖如圖1所示。它由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路，選頻及聲光報警電路、時間延遲電路，自動噴灑麻醉劑電路和電源電路6部分構(gòu)成的。選頻及聲光報警電路時間延遲和自動噴灑電路紅外線接收電路紅外線發(fā)射電路電源電路圖1 簡易光控報警防盜報警電路

5、的總體框圖紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，從而實現(xiàn)電路對人體或物體的感應(yīng)。紅外線接收電路的功能是利用光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖，并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時對其進行放大。聲光報警電路的功能是當(dāng)有人體或物體接近防盜報警電路時，通過聲音和顯示信號提示主人。時間延遲和自動噴灑電路的功能是當(dāng)聲光報警一段時間之后自動噴灑麻醉劑來保護財產(chǎn)。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電壓，該電路也可采用電池供電，但需要注意的問題是選擇合適電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配。第三節(jié) 工作原理一、 電源電路圖2電源供電電路電源電路的設(shè)計可以采用兩種方法來實現(xiàn)：第一種方法是采用電池供電，但需要注

6、意的問題是選擇合適電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配；第二種方法就是采用上圖所示電路。電路直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換為+12V和+5V的直流電壓。電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C3、C5、C4、C6、C7、C8和C6完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成芯片LM7812和LM7805來實現(xiàn)。其中+5V電源主要用來給LM567芯片供電。二、 紅外發(fā)射電路圖3 紅外發(fā)射電路雙束紅外線發(fā)射電路（如圖）：由一塊時基集成電路NE555及其外圍阻容元件構(gòu)成一多諧振蕩器，頻率f1.443/（R12R）×C1

7、，本電路設(shè)在1400Hz左右。合上開關(guān)SA，發(fā)射器就發(fā)射出兩束相距10cm的調(diào)制紅外線，照射在紅外接收管上，作為報警的信號源。但是考慮到實際中電源開啟后防止人未離開就發(fā)生誤報警，在復(fù)位端加一個延時復(fù)位電路。電源開啟一段時間后對電容C9充電充滿后4端復(fù)位，電路起振。三、 紅外接收電路圖4紅外接收電路信號接收處理上（如圖）：兩只光電接收管分別接收一束紅外光，并將其轉(zhuǎn)化為相同頻率的信號電壓，經(jīng)過紅外線經(jīng)兩個三極管組成的全頻放大電路放大后送入鎖相環(huán)頻率解碼集成電路LM567進行選頻。四、 選頻電路圖5 選頻電路選頻電路主要由鎖相環(huán)頻率解碼器LM567及相關(guān)元件組成，其中心頻率f1/1.1RNCN，改變

8、RN或者CN的數(shù)值,可使中心頻率改變.當(dāng)外加在LM567第3引腳上的外來信號頻率與選頻電路的中心頻率一致時,LM567第8引腳便呈低電平,當(dāng)外來信號與中心頻率不一致時，8引腳置高電平。五、 聲光報警電路圖6 聲光報警電路聲光報警電路（如圖四），它主要由多諧振蕩電路、音頻振蕩電路及穩(wěn)壓電路組成。當(dāng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出的兩束紅外線同時被遮斷時，接收選頻電路失去與中心頻率相一致的外來信號，LM567第8引腳立即跳變?yōu)楦唠娖剑?55芯片被置位導(dǎo)通，555開始振蕩，發(fā)光二極管LED點亮并開始閃爍，揚聲器發(fā)出類似警車笛聲這樣做的目的是對歹徒有一定的震懾作用，將其嚇走。如果只有一束紅外線被遮斷或兩束紅外線非同

9、時被遮斷，則該報警電路不會報警，因此可防止小動物闖入警戒范圍內(nèi)而引起的誤報警，提高了其可靠性。六、 時間延遲及麻醉噴射電路圖7時間延遲及麻醉噴射電路圖五中，由NE555組成的左半部電路為時間延遲電路。該電路主要由兩部分組成：一是整流和濾波電路；二是由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。前端電路的輸出電壓V1首先經(jīng)過二極管D5和D6整流，再經(jīng)過電容C1濾波，則在NE555集成電路的TREG端產(chǎn)生了觸發(fā)電平信號。當(dāng)接收到紅外線脈沖時，前端電路輸出電壓V1經(jīng)由整流和濾波在TRIG端產(chǎn)生一個高電平信號，由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路特性可知，輸出端Q輸出低電平；當(dāng)由于人體或者物體的阻隔，沒有接收

10、到紅外線脈沖時，前端電路沒有輸出電壓V1，則TRIG端輸入為零，單穩(wěn)態(tài)電路接收到觸發(fā)信號，輸出端Q輸出為高電平并保持一段時間。延遲時間由可變電阻R2和電容C2的數(shù)值決定，通過調(diào)節(jié)可變電阻的大小，可以改變延遲時間的長短，以適合不同場合的應(yīng)用。該圖的右半部分為麻醉劑開關(guān)電路。由于電磁閥通過的是大電流、在功率，而直流電源一般無法提供很大的電流和功率，因此電磁閥需要交流供電，從而電路中的開關(guān)需要采用繼電器電路。而一般NE555集成電路的輸出電流無法驅(qū)動繼電器，因此需要加入電流放大電路。由在極管構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型和簡單的電路，其中R10為限流電阻，防止輸入電流過大燒毀在極管。Q4為共發(fā)射極

11、電路，當(dāng)輸出端Q為高電平時，三極管導(dǎo)通飽和，將輸入電流放大 倍；當(dāng)輸出端Q輸出低電平時，三極管截止，無電流通過。繼電器連接Q5的集電極，當(dāng)有電流驅(qū)動時，開關(guān)吸合，電磁閥通電，麻醉劑噴灑出；當(dāng)無電流驅(qū)動時，開關(guān)斷開，電磁閥不通電，沒有麻醉劑噴灑出，同時在繼電器兩端并聯(lián)一個二極管實現(xiàn)保護。第二章 主要器件的使用說明第一節(jié) 555定時器一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能555定時器電路是一塊介于模與數(shù)字電路的一種混合電路，由于這種特殊的地位，故555定時電路在報警電路、控制電路得到了廣泛的應(yīng)用。下圖為555的內(nèi)部電路，從圖上可以看出，其僅有兩個比較器、一個觸發(fā)器、一個倒相器、放電管和幾個電阻構(gòu)成，由于比較器電路

12、是一個模擬器，而觸發(fā)器電路為數(shù)字電路，故其為混合器件。圖8 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖555為一8腳封裝的器件，其各引腳的名稱和作用如下：1腳GND,接地腳2腳TL,低電平觸發(fā)端3腳Q,電路的輸出端4腳/RD,復(fù)位端，低電平有效5腳V_C,電壓控制端6腳TH,閾值輸入端7腳DIS，放電端8腳VCC,電源電壓端，其電壓范圍為：318V二、555的功能描述上圖中當(dāng)V_C不外接電壓時，三個電阻對電源電壓進行分壓，每個電阻上的壓降為1/3VCC,則兩個比較器的同相端的輸出電壓分別為：1/3CC,2/3VCC。從圖上可以看出，其555的工作可分為下列3種情況加以討論：1.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓低于1/3V

13、CC而閾值輸入端電壓大于2/3VCC時,其下面比較器輸出為高電平，觸發(fā)器輸出高電平；2.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓高于1/3VCC，而閾值輸入端電壓小于2/3VCC時,其兩個比較器輸出皆為低電平，觸發(fā)器輸出保持不變；3.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓高于1/3VCC而閾值輸入端電壓大于2/3VCC時,其上面比較器輸出為高電平，觸發(fā)器輸出低電平。詳細情況見下列表格：輸入輸出THTL/RDQ放電管狀態(tài)××00導(dǎo)通2/3VCC1/3VCC10導(dǎo)通2/3VCC1/3VCC1保持不變保持不變2/3VCC1/3VCC10導(dǎo)通2/3VCC1/3VCC11截止表1 555的內(nèi)部觸發(fā)電平表格三、55

14、5的應(yīng)用1、單穩(wěn)類電路 作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。 2、雙穩(wěn)類電路 作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。 3、無穩(wěn)類電路 作用：方波輸出 ，電源變換，音響報警，玩具，電控測量，定時等。四、555管腳圖圖9 555外部引腳圖第二節(jié) LM567一、LM567管腳功能IC2是LM567。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其、腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1RC。其、腳通常分別通過一個電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容

15、量應(yīng)至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號25mV。腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內(nèi)部電路及詳細工作過程非常復(fù)雜，這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng)LM567的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號時，腳由高電平變成低電平，腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)頻方波信號。在圖4的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控制二、LM5

16、67內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 LM567為8腳直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳定義及外圍元件連接方法如下圖所示。 LM567內(nèi)部包含了兩個鑒相器PD1及PD2、放大器AMP、電壓控制振蕩器VCO等單元電路。鑒相器PD1、PD2均采用雙平衡模擬乘法器電路，在輸入小信號情況下(約幾十mV)，其輸出為正弦鑒相特性，而在輸入大信號情況下(幾百mV以上)，其輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性(三角)鑒相特性。鎖相環(huán)路輸出信號由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無外加控制電壓時的振蕩頻率)與外接定時元件RTCT的關(guān)系式為： f01/1.1RTCT。圖10 LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖選用適當(dāng)?shù)亩〞r元件，可使LM567的

17、振蕩頻率在0.01Hz500kHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。電路工作時，輸入信號在鑒相器PD1中與VCO的輸出信號鑒相，相差信號經(jīng)濾波回路濾波后，成為與相差成一定比例的電壓信號，用于控制VOC輸出頻率f0跟蹤輸入信號的相位變化。若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內(nèi)，則環(huán)路鎖定，在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時，二者之間只有一定相位差而無頻率差。 環(huán)路用于FM信號解調(diào)時，腳2輸出的經(jīng)過濾波后的相差信號可作為FM解調(diào)信號的輸出，而當(dāng)環(huán)路用于單音解調(diào)時，電路則利用PD2輸出的相差信號。 PD2的工作方式與PD1略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號f0經(jīng)90°移相后再與輸入信號進行鑒相，是一正交鑒相

18、器。在環(huán)路鎖定情況下，PD2的兩個輸入信號在相位上相差約為90°，因而PD2的輸出電壓達到其輸出范圍內(nèi)的最大值，再經(jīng)運算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個低電平。AMP的輸出端為OC輸出方式，低電平輸出時可吸收最大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號除可由上拉電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號以與TTL或CMOS接口電路相匹配外，還可直接驅(qū)動LED及小型繼電器等較大負載。LM567的電氣參數(shù)如表1所列。值得一提的是，接在2腳的環(huán)路濾波電容C2與內(nèi)部電阻一道構(gòu)成鎖相環(huán)路的RC積分濾波器，該濾波器時間常數(shù)的大小在很大程度上決定了鎖相環(huán)路的環(huán)路帶寬BW的大小。當(dāng)BW較大時，捕獲范圍大而穩(wěn)定性差。

19、減小BW則正好相反，其穩(wěn)定性較好而捕獲范圍變小。LM567的環(huán)路帶寬BW可由下式計算： BW=1070(Vif0C2)1/2 ，式中，Vi為輸入信號的幅值(rms) ，C2為濾波電容的容量(單位為F) 。實際上，由上式計算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100才是鎖相環(huán)路的實際捕獲帶寬。實際應(yīng)用中調(diào)整C2的大小可使BW在04范圍內(nèi)變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關(guān)系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。當(dāng)用于單音解碼時，其工作特性為：當(dāng)LM567信號輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號且頻率落入f0±BW范圍內(nèi)時，輸出端輸出一個低電平的檢測信號，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應(yīng)用于各種低頻單一頻率信號的解碼。 第三節(jié) 繼電器繼電器是一種用途廣泛的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品，如空調(diào)器、彩電、冰箱、洗衣機等；也應(yīng)用于工業(yè)自動化控制和儀表。在電子元器件中，繼電器一般被認為是一種最不可靠的電子元件，在整機可靠性設(shè)計中，把繼電器、電位器、可調(diào)電感器及可變電容器列為建議不用或少用的元件。 但是，由于繼