紅外線防盜報警系統(tǒng)實訓(xùn)指導(dǎo)書.doc

1、模擬電子課程設(shè)計實訓(xùn)指導(dǎo)書閩南理工學(xué)院電子與電氣工程系 2009年12月16日理解紅外線防盜系統(tǒng)的設(shè)計意義、設(shè)計思路、設(shè)計電路的原理框圖以及系統(tǒng)的主要特點.1。系統(tǒng)問題的提出以及系統(tǒng)設(shè)計的意義根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器是指,能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。紅外線信號由于其隱蔽性好，工作性能穩(wěn)定等特點,使得他具有什么廣泛的運用. 在工農(nóng)業(yè)、消防、銀行、酒店、商場、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境進行監(jiān)控和報警，以防止失竊的行為發(fā)生,而銀行，酒店等，防盜報警更是至關(guān)重要的.在以往的防盜系統(tǒng)中普遍采用熱釋電、微波等技術(shù)措施采集人體入侵

2、信號，這些在室內(nèi)應(yīng)用時，有較好的效果，然而在許多場合如圍墻及院子等地方，要進行布防,以上所提的措施在實際運用中誤報率極高,更進一步講，根本無法正常工作。 我們知道,在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，人體入侵探測器非常容易受環(huán)境的影響而使得參數(shù)改變，隨著紅外線及激光技術(shù)的成熟,許多運用于室外場合的紅外線防盜和激光防盜開始誕生，由于光線是直線傳輸,在發(fā)射端發(fā)射光束,中間如無遮擋，則接收端就能收到正常的光束；當(dāng)有人經(jīng)過布防區(qū)域時，光束被擋住，此時接收端便無法接收到光束,從而啟動報警電路工作，達到報警的目的。本設(shè)計利用多諧振蕩電路作為紅外線發(fā)射器的驅(qū)動電路,驅(qū)動紅外發(fā)射管,向布防區(qū)內(nèi)發(fā)射紅外線，接收端利用專用的紅外

3、線接收器件對發(fā)射的紅外線信號進行接收，經(jīng)放大電路進行信號放大及整形后驅(qū)動數(shù)字門電路，輸出報警信號，又經(jīng)報警信號鎖定電路，將報警信號進行鎖定，即使現(xiàn)場的入侵人員走開，報警電路也將一直報警，直到人為解除后方能取消報警，這些設(shè)計與實際運用中的要求相符,是一款價格低而實用性強的產(chǎn)品。2.設(shè)計思路與原理方框圖設(shè)計一款防盜報警器最主要的是如何有效地檢測到人體信號,同時通過電路的處理,如何保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和保證較低的誤報率將是我們所要研究和解決的問題.而整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于人體信號檢測傳感器的穩(wěn)定性，至于后續(xù)的信號處理基本一致，根據(jù)實際使用中的一些具體情況，經(jīng)精心的設(shè)計，列出如下方案供選擇:3.

4、設(shè)計方案比較設(shè)計方案1 基于熱釋電傳感器的有線防盜報警器設(shè)計方案2 基于紅外線對射型傳感器的有線防盜報警器設(shè)計方案3 基于微波反射型傳感器的有線防盜報警器4.系統(tǒng)的硬件設(shè)計為使紅外防 報警系統(tǒng)能夠具有更好的實用性,并且具有更高的性能，我們對該系統(tǒng)的硬件進行精心的設(shè)計.該系統(tǒng)的硬件設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法。按實現(xiàn)的功能來分，可分為以下幾個系統(tǒng)部分。其中有紅外發(fā)射管與紅外接收管構(gòu)成的紅外發(fā)射接收系統(tǒng)，紅外發(fā)射與接收處理系統(tǒng),控制輸出音頻系統(tǒng)等。主要的系統(tǒng)電路有：電源電路,紅外發(fā)射/接收電路，發(fā)射與接收控制電路,報警輸出電路等。語音片采用的是音樂片，用來觸發(fā)報警系統(tǒng)中的聲音.附圖1就是紅外線對射報

5、警器系統(tǒng)總電路圖。下面對各個模塊的電路進行詳細的設(shè)計和分析。1）紅外防盜報警系統(tǒng)的電源電路的設(shè)計與分析在了解紅外防盜報警器電源設(shè)計之前，我們先對整流，濾波與穩(wěn)壓電路的工作原理及其一些基本的參數(shù)進行分析,之后來分析電源電路的有關(guān)內(nèi)容。再根據(jù)其性質(zhì)著重對其電源電路進行分析。（1）整流電路的工作原理及其參數(shù)分析整流是把交流電變換成直流電的過程,它的基本原理是利用了晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?。?)濾波電路的工作原理及其參數(shù)分析 雖然整流電路的輸出電壓包含一定的直流成分，但脈動較大,須經(jīng)過濾波才能得到較平滑的直流電壓. （3）直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo) 穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO（或電壓可調(diào)范圍UOmin

6、UOmax）和最大輸出電流IOmax是它的特性指標(biāo)，這兩個指標(biāo)決定了該電源的適用范圍，同時也決定了穩(wěn)壓器的特性指標(biāo)以及如何選擇變壓器、整流管和濾波電容。而輸出電阻、紋波電壓、溫度系數(shù)是穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)，它們決定了穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓系數(shù)、輸出阻抗、溫度系數(shù)和濾波電容的選擇。（4）直流穩(wěn)壓電源主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法 （1）輸出電壓可調(diào)范圍的測量 按圖2。5所示接線。輸入端接220V交流電壓，輸出端 接萬用表或數(shù)字萬用表，調(diào)節(jié)電路中RW的大小,使 其值為最大和最小，測出對應(yīng)的輸出電壓UOmin和UOmax。則該穩(wěn)壓電源輸出電壓的可調(diào)范圍為UOmin UOmax。 圖2。5 Uo可調(diào)范圍的測量圖 （2）最

7、大輸出電流的測量 按圖2。5接線。穩(wěn)壓電源的輸入端接220V的 交流電壓，將穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)到10V， 然后在穩(wěn)壓電源的輸出端接滑線變阻器RWL,如圖2。6所示。RWL的值應(yīng)調(diào)到1k以上。用萬用表或數(shù)字萬用表測出對應(yīng)的UO。然后逐漸減小RWL的值，直到UO的值下降5%,此時流經(jīng)負載RWL的電流就是IOmax。記下IOmax后應(yīng)迅速增大RWL的值，以減小穩(wěn)壓電源的功耗。圖2。6 最大輸出電流的測量框圖（3）紋波因數(shù)g的測量用晶體管毫伏表測量電源輸出端的交流電壓分量的有效值，用萬用表（或數(shù)字萬用表）的直流檔測量電源輸出端的直流電壓分量，按式（5）就可算出電源的紋波因數(shù)。 （4）輸出電阻RO的測

8、量 按圖2。7接線.在不接負載電阻RL時測得開路電壓UO1，這時IO10，接上負載電阻RL 時，測得UO2和IO2，則 （11） 圖2.7輸出電阻測量框圖 （5）電壓調(diào)整率電源不接負載,輸入交流電壓220V，將電源的輸出電壓調(diào)至一定值UO1,然后再把輸入的交流電壓調(diào)為240V或180V時，測出電源的輸出電壓UO2,則 （12） （6）穩(wěn)壓系數(shù)可由電壓調(diào)整率計算而得。(5) 系統(tǒng)外圍穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計與分析圖2.8穩(wěn)壓電源原理圖因為系統(tǒng)是由集成塊IC直接控制處理，其穩(wěn)定的電壓是十分重要的，所以我們專門精心設(shè)計了一個穩(wěn)壓電源，如圖2。8所示，使步進電機能在各種特殊的環(huán)境都能正常工作。為了改善波紋特

9、性，在穩(wěn)壓電源的輸入端加接電容C10；在其輸出端加接電容C1，C2,目的是為了改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)、防止自激振蕩和減少高頻噪聲。電路中加入一個發(fā)光二極管是為了對輸出的電壓進行穩(wěn)壓保護，用于電壓小于額定電壓或?qū)Φ囟搪返臅r候的保護。三腳穩(wěn)壓塊選擇：該裝置中的穩(wěn)壓塊選用LM7805集成穩(wěn)壓塊. LM7805系列集成穩(wěn)壓塊主要技術(shù)參數(shù)： 輸入電壓：DC5V35V最大輸出電流:1。5ALM7805系列穩(wěn)壓塊封裝如圖2.9所示： 1腳為輸入端 2腳為公共端 3腳為輸出端 注意事項: 引腳不能接錯，公共端不能懸空； 為防止過熱應(yīng)安裝散熱片； 圖2.9 LM7805引腳功能（在安裝時，由于用力過猛,把引腳給壓斷

10、過，因此在后面的安裝過程中,我們特別小心)。 印制板上的濾波電容應(yīng)直接與引腳相連。這樣設(shè)計出來的電源具有實用性強，性能穩(wěn)定等特點。2）紅外線發(fā)射與接收電路的設(shè)計與分析在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中,紅外線的發(fā)射與接收的應(yīng)用非常廣泛,因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎.（1）紅外線發(fā)射電路的設(shè)計圖2。13 紅外發(fā)射電路VT7、VT8、R13R16、C8和C9組成多諧振蕩器。系統(tǒng)上電后，VT7或VT8兩都必有一管進入導(dǎo)通狀態(tài)，若VT7先進入導(dǎo)通狀態(tài),電流經(jīng)R14、C8和VT7向C8充電，開始時，C8兩端電壓為0，因此VT8的基極電壓也為0，VT8截止；當(dāng)C8上的電量越充越多時，

11、VT8的基極電壓開始上升，其集電極電流不斷增大，這個電流的增大，使VT8的集電極電壓不斷下降，同時通過C9將影響到VT7的基極電壓，VT7基極電流的減小,又反過來使VT8的基極電流進一步增大,這個正反饋的過程非?？?馬上VT8進入導(dǎo)通狀態(tài)，由于VT8的導(dǎo)通，經(jīng)C9耦合，使VT7迅速截止，接下來的過程同VT7導(dǎo)通時的過程一樣,如此反復(fù)，多諧振蕩器得以工作。這個振蕩信號經(jīng)R17，經(jīng)VT6放大后,驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。（2）紅外線接收電路的設(shè)計與分析由于該系統(tǒng)是利用紅外發(fā)射管通過發(fā)射的接收來工作的.所以應(yīng)該配較高的性能的紅外線接收電路。紅外發(fā)射電路發(fā)送的紅外線信號被D3接收后,送入VT2基極,

12、進行入放大,經(jīng)放大后的紅外線信號,經(jīng)C5耦合后，送入VT1進行再次放大，經(jīng)兩級放大后,接收到的紅外線信號已足夠強,經(jīng)C4耦后送入由D1、D2組成的倍壓整流電路進行整流，C7濾波后形成一個直流控制電壓,這個直流控制電壓信號足夠強,大于CW1的穩(wěn)壓電壓，因此CW1擊穿,電流流經(jīng)VT5的基極，VT5飽和導(dǎo)通,集電極輸出低電平信號；當(dāng)發(fā)射過來的紅外線信號被人擋住時,D3將無法接收到紅外線信號，倍壓整流電路無信號輸出，原充在C7兩端的電荷經(jīng)R12進行放電，此時CW1阻斷，電流極小，VT5截止,其集電極輸出高電平，這個高電平信號送入后續(xù)邏輯處理電路，就可以判斷為有人進入，從而作出相應(yīng)的操作。3）紅外防盜報

13、警系統(tǒng)的控制電路的設(shè)計系統(tǒng)的控制電路主要是通過4個與非門構(gòu)成的CD4011以及NE555定時器共同完成的,把輸出信號通過報警電路發(fā)出報警聲音。(1） 集成電路4011的引腳及其功能特點4011集成電路是由4個與非門所構(gòu)成組合成的一個邏輯組合集成電路，它在電路的轉(zhuǎn)換上有著重要的作用。以下就是4011的引腳圖及其內(nèi)部功能圖2.15 圖2.15 4011的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(2） 紅外報警系統(tǒng)的控制部分的總體設(shè)計上電時,正電源經(jīng)C3、R1向C3充電，由于C3兩端剛上電時電壓為0，因此電源電壓全部加在R1上，CD4011的13腳獲得一個高電平信號，而在紅外線發(fā)射與接收器間沒有人擋住時,CD4011的8、

14、9腳為低電平信號輸入，因此CD4011的12腳也為高電平，與非門的兩個輸入口全為高電平時，其11腳輸出為低電平，經(jīng)R6耦合,送入1、2腳，經(jīng)反相后在3腳輸出高電平信號，這個高電平信號一方面經(jīng)R7，使報警電路不工作,另一方面經(jīng)R8,使13腳保持高電平，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)紅外線信號被擋住時,8、9腳輸入一個高電平信號，反相后10腳變?yōu)榈碗娖叫盘栞敵?由于12腳與10腳相連,因此11腳馬上輸出為高電平,送入1腳后,使3腳輸出為低電平，這個低電平一路經(jīng)R7，開啟報警電路，另一方面經(jīng)R8，使13腳為低電平，13為低電平后，報警信號就被鎖定，這時即使接收電路又收到了紅外線信號，12腳變?yōu)楦唠娖剑捎?3

15、腳已為低電平，所以也無法關(guān)斷報警,直到人為按下復(fù)位鍵后，將13腳強拉為高電平,這樣就可以關(guān)斷報警，重新進入布防守候狀態(tài)。4)報警電路的設(shè)計（1）音樂集成電路介紹語音聲集成電路是指能發(fā)出中文或外文語句的語音器件，這種器件內(nèi)的“語言存貯器”容量一般不大，只能發(fā)出簡單的語句,如“歡迎光臨”，“恭喜發(fā)財"，“祝你生日快樂"，“早晨好，快起床”，“高壓危險,請勿靠近”,“倒車請注意"，“抓賊呀"等等，而音樂集成電路內(nèi)部存貯的是音樂信號，有各種中外歌曲，有模擬各種動物的叫聲，有各種汽車的聲音等等，雖然語句和音樂不復(fù)雜，但具有價格低廉、使用方便及電路簡單的特點,所以被

16、廣泛地運用于各個領(lǐng)域。該類集成電路大都采用黑膠加印制板的軟封裝結(jié)構(gòu)形式，其接線方式大都可歸納如下:(特殊除外）正電源、觸發(fā)端、信號端和地。有的還需要接入振蕩電阻，而這個電阻一般都直接焊在音樂集成電路的線路板上，對于該類電路的應(yīng)用設(shè)計只需要為她提供電源（一般為3V左右），就可以在信號端輸出所需要的音樂信號了。最基本的應(yīng)用電路為:對于有觸發(fā)端的電路設(shè)計一般有兩種啟動方式：1、 通過電子開關(guān)控制音樂集成電路的供電，從而控制音樂集成電路是否工作。這種方式的電路設(shè)計，必須把觸發(fā)端直接和正電源端相接，這樣只要一向音樂集成電路供電,其觸發(fā)端便得到一個觸發(fā)信號，啟動電路工作,這種方式只要一直保證向音樂集成電路

17、供電,她便會反復(fù)地演湊；2、 向觸發(fā)端送入觸發(fā)信號。這種方式的電路設(shè)計要求讓音樂集成電路始終接入電源,而通過外電路向其送入觸發(fā)信號，從而啟動電路工作。這種方式每觸發(fā)一次完成后便停止工作,當(dāng)要求其連續(xù)工作時，必須在一個循環(huán)結(jié)束時,向其觸發(fā)端送入觸發(fā)信號才能進入下一個循環(huán)周期。(2)報警電路的設(shè)計我們在設(shè)計這部分電路時，將音樂集成電路設(shè)計成通過電子開關(guān)控制音樂集成電路的供電，從而控制音樂集成電路是否工作的這種方式。 當(dāng)檢測到有人進入布防區(qū)域后，邏輯控制單元輸出低電平信號，經(jīng)R7使VT3飽和導(dǎo)通,經(jīng)R21、CW2提供一個3。6V的電壓,作為語音電路的工作電源，語音電路工作后，從B腳輸出音頻信號，經(jīng)R

18、2送入VT4進行功率放大，放大后驅(qū)動喇叭發(fā)出110警車的報警聲.5）元件安裝焊接及系統(tǒng)調(diào)試(1)元件安裝的基本要求與原則制造電子產(chǎn)品，可靠性與安全是二個重要因素，而零件的安裝對于保證產(chǎn)品的安全可靠是至關(guān)重要的.任何疏忽都可能造成整機工作失常,甚至導(dǎo)致更為嚴重的后果。元件安裝時我們要保證導(dǎo)通與絕緣的電器性能、保證機械強度、抱著那個傳熱的要求和安裝時接地與屏蔽要充分利用。為達到產(chǎn)品的可靠與安全，安裝時應(yīng)遵循一些基本的要求與原則。 元件安裝的基本要求 保證導(dǎo)通與絕緣的電氣特性,電氣連接的通與斷是安裝的核心這里所說的通與斷,不僅是安裝后簡單的使用萬用表測試的結(jié)果,而且要考慮在振動，長期工作，濕度等自然

19、條件變化的環(huán)境中，都能保證通者恒通,斷者恒斷. 保證機械強度，電子產(chǎn)品在使用過程中,不可避免的需要運輸和搬動，會發(fā)生各種有意或無意達到振動，沖擊，如果機械安裝不夠牢固,電氣連接不夠可靠，都有可能因為加速度的瞬間受力使裝置受到損害。 保證傳熱的要求，在安裝中,必須考慮某些零部件在傳熱，電磁方面的要求. 安裝時接地與屏蔽要充分利用，接地與屏蔽一是消除外辦對產(chǎn)品的電磁干擾,二是消除產(chǎn)品對外辦的電碰干擾，三是減少產(chǎn)品內(nèi)部的相互電磁干擾。 安裝元件時應(yīng)注意以下原則： 為避免因元器件發(fā)熱而減弱銅箔對基板的附著力,并防止元器件的裸露部分同印制導(dǎo)線短路,安裝時元器件應(yīng)離開面板約12mm.裝配時，應(yīng)該先安裝那些

20、需要機械固定元器件，在此裝置中如穩(wěn)壓管、中心芯片插座。 各種元器件的安裝，應(yīng)該使它們的標(biāo)記(用色碼或字符標(biāo)注的數(shù)值，精度等）朝上面或易于是辨認的方向,并注意標(biāo)記的讀書方向一致 （從左到右或從上到下）。 在安裝元件時應(yīng)與焊接同步進行操作。（2）焊接注意的基本事項在電子制作過程中，焊接工作是必不可少的。它不但要求將元件固定在電路板上，而且要求焊點必須牢固、圓滑，所以焊接技術(shù)的好壞直接影響到電子制作的成功與否,因此焊接技術(shù)是每一個電子制作愛好者必須掌握的基本功，焊接時的要點和注意事項有下面幾點:1電烙鐵的選擇：電烙鐵的功率應(yīng)由焊接點的大小決定,焊點的面積大,焊點的散熱速度也快，所以選用的電烙鐵功率也

21、應(yīng)該大些.一般電烙鐵的功率有20W、25W、30W、35W、50W 等等。在制作過程中選用30W左右的功率比較合適。電烙鐵經(jīng)過長時間使用后，烙鐵頭部會生成一層氧化物，這時它就不容易吃錫,這時可以用銼刀銼掉氧化層，將烙鐵通電后等烙鐵頭部微熱時插入松香，涂上焊錫即可繼續(xù)使用，新買來的電烙鐵也必須先上錫然后才能使用。2焊錫和助焊劑:選用低熔點的焊錫絲和沒有腐蝕性的助焊劑，比如松香，不宜采用工業(yè)焊錫和有腐蝕性的酸性焊油,最好采用含有松香的焊錫絲,使用起來非常方便。3焊接方法：元件必須清潔和鍍錫，電子元件保存在空氣中，由于氧化的作用，元件引腳上附有一層氧化膜，同時還有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，

22、并且立即涂上一層焊錫（俗稱搪錫）,然后再進行焊接。經(jīng)過上述處理后元件容易焊牢,不容易出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。焊接時應(yīng)掌握焊接的溫度和焊接的時間，使電烙鐵的溫度高于焊錫的溫度，但也不能太高,以烙鐵頭接觸松香剛剛冒煙為好。焊接時間太短，焊點的溫度過低，焊點融化不充分,焊點粗糙容易造成虛焊,反之焊接時間過長，焊錫容易流淌，并且容易使元件過熱損壞元件.同樣地,要掌握焊接點的上錫數(shù)量，焊接點上的焊錫數(shù)量不能太少，太少了焊接不牢，機械強度也太差.而太多容易造成外觀一大堆而內(nèi)部未接通。焊錫應(yīng)該剛好將焊接點上的元件引腳全部浸沒，輪廓隱約可見為好。最后，要注意烙鐵和焊接點的位置，有些人在焊接時，一般將電烙鐵在焊接處來回移

23、動或者用力擠壓，這種方法是錯誤的。正確的方法是用電烙鐵的搪錫面去接觸焊接點，這樣傳熱面積大，焊接速度快.4焊接后的檢查：焊接結(jié)束后必須檢查有無漏焊、虛焊以及由于焊錫流淌造成的元件短路。虛焊較難發(fā)現(xiàn),可用鑷子夾住元件引腳輕輕拉動，如發(fā)現(xiàn)搖動應(yīng)立即補焊。對于不同的器件，焊接時的具體操作一般不同。焊接一般元件時,將插好元件的印制板焊接面朝上，左手拿焊錫絲，右手持電烙鐵,把烙鐵頭貼著元件的引線加熱，使焊錫絲在高溫下熔化，沿著引線下流動，直至充滿焊孔并覆蓋引線周圍的金屬部分。然后撤去焊錫絲,并沿著引線向上提拉烙鐵頭，形成像水滴一樣光亮的焊點。焊接速度要快，一般不超過3s,以免損壞元件；焊接晶體管等器件時，可用鑷子或尖嘴鉗夾住管腳進行焊接，因鑷子和鉗子具有散熱作用,可以保護器件；焊接集成電路時。雙列直插式集成電路塊的管腳之間距離只有25mi