紅外遙控報(bào)警器--模電課設(shè)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 模擬電路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 紅外遙控報(bào)警器 學(xué) 院 名 稱(chēng)： 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 評(píng)分： 教師： 2013 年 3 月 15 日 模擬電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20122013 學(xué)年第 2學(xué)期第 1 周 3 周 題目紅外遙控報(bào)警器內(nèi)容及要求 當(dāng)有人遮擋紅外光時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，無(wú)人遮擋紅外光時(shí)報(bào)警器不工作； 紅外發(fā)射器，發(fā)射頻率為30kHz，控制距離2m； 報(bào)警信號(hào)頻率800Hz。進(jìn)度安排第1周：查閱資料，到機(jī)房學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第3周：

2、檢查設(shè)計(jì)結(jié)果、撰寫(xiě)課設(shè)報(bào)告。學(xué)生姓名： 指導(dǎo)時(shí)間：周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點(diǎn)：E 樓 311室任務(wù)下達(dá)2013 年2月25日任務(wù)完成2013 年 3 月15日考核方式1.評(píng)閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它指導(dǎo)教師 系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔。 摘要本次課設(shè)是紅外遙控器報(bào)警器，采用了555多諧振蕩器，自激多諧振蕩器產(chǎn)生紅外光的調(diào)制脈沖，脈沖經(jīng)功率放大后控制紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外脈沖。芯片經(jīng)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生方波并利用紅外發(fā)射與接收二極管的開(kāi)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制從而

3、達(dá)到警報(bào)功能。達(dá)到了當(dāng)無(wú)人阻擋時(shí)，遠(yuǎn)紅外接收二極管接收到紅外發(fā)射二極管發(fā)出的紅外線，蜂鳴器不發(fā)出警報(bào)；當(dāng)有人阻擋時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)的效果。關(guān)鍵字：警報(bào)功率放大多諧振蕩 目 錄 前 言1第一章 電路組成及工作原理21.1方案選擇21.2設(shè)計(jì)原理21.2.1紅外發(fā)射電路31.2.2紅外光敏接收電路4第二章 電路設(shè)計(jì)及器材選擇52.1紅外發(fā)射電路52.2紅外光敏接收器電路52.3放大電路52.4整流開(kāi)關(guān)電路6第三章 電路仿真和系統(tǒng)調(diào)試73.1電路仿真73.2仿真結(jié)果83.3系統(tǒng)調(diào)試9第四章 結(jié)論10第五章 參考文獻(xiàn)11 前 言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們的防盜意識(shí)也增強(qiáng)，相應(yīng)的對(duì)報(bào)警器的需

4、求也日益豐富，報(bào)警器的運(yùn)用已深入到各行各業(yè)，比如銀行、學(xué)校及一些保密行業(yè)。市場(chǎng)上大部分的報(bào)警器都比較昂貴，一般人難以接受，如果通過(guò)設(shè)計(jì)一些低價(jià)且性能好靈敏度高可靠地防盜報(bào)警器，必將在防盜和保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)上發(fā)揮有效作用。由于紅外光為不可見(jiàn)光具有較強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜，警戒上得到廣泛運(yùn)用。電子通訊技術(shù)的發(fā)展我們通過(guò)利用所學(xué)知識(shí)去創(chuàng)造適合與家庭的低價(jià)位低成本，但是運(yùn)行可靠的智能型安全防范報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于室內(nèi)出現(xiàn)入室盜竊，可發(fā)出信息并及時(shí)處理。在博物館中的名貴物品周?chē)贾眉t外線，一旦有人越過(guò)觀看范圍，對(duì)其物品有所企圖時(shí)，擋住了紅外光線，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出聲音，從而起到保護(hù)名貴物品的作用！第一章 電路

5、組成及工作原理1.1方案選擇第一方案：地球上的物質(zhì)都會(huì)輻射紅外線,有的強(qiáng)烈有的平靜，當(dāng)有人進(jìn)入探測(cè)器范圍內(nèi)，探測(cè)器探測(cè)到人體發(fā)出的較強(qiáng)的紅外熱輻射，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，引起報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。第二方案：在探測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)，紅外光由發(fā)射端發(fā)射到接收端。當(dāng)有人進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)，擋住紅外光線，接收端接受不到紅外光線，以此引起接收系統(tǒng)中報(bào)警電路的反應(yīng)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。通過(guò)分析和比較，方案一的可行性不是很好，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容超出我們所學(xué)知識(shí)的范圍，所以我和同組人選擇方案二。其原因是控制范圍要求在2米以上，就要求紅外發(fā)射器功率不能太小，且報(bào)警器的靈敏度是判斷報(bào)警器好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，靈敏度越高越好。但是要考慮到報(bào)警器對(duì)飄浮物和微小

6、動(dòng)物的誤報(bào)，另外還要考慮白天黑夜光線的影響。還有，在選擇器件時(shí)還要從經(jīng)濟(jì)上考慮，最好選用一些常用芯片器件，從而選擇555芯片作為本設(shè)計(jì)的理想芯片。1.2設(shè)計(jì)原理紅外遙控報(bào)警器由紅外發(fā)射部分和紅外接收部分組成。紅外發(fā)射電路由555自激振蕩電路和脈沖發(fā)生電路；紅外接收則由紅外接收二極管控制自激振蕩電路，使得蜂鳴器發(fā)生變化。電路框圖如下：自激振蕩發(fā)射二極管接收二極管自激振蕩蜂鳴器紅外發(fā)射電路框 紅外接收電路框 圖1.1系統(tǒng)組成圖系統(tǒng)主要是由集成運(yùn)算放大路和整流開(kāi)關(guān)電路組成。通過(guò)將脈沖信號(hào)放大、整流以控制三極管通斷從而控制蜂鳴器是否工作發(fā)聲，到報(bào)警目的。諧振蕩器產(chǎn)生30KHz的不對(duì)稱(chēng)脈沖紅外信號(hào)，遠(yuǎn)紅

7、外光敏二極管對(duì)紅外線敏感，當(dāng)無(wú)人遮擋時(shí)，紅外線照射使遠(yuǎn)紅外光敏二極管導(dǎo)通，同時(shí)將555芯片4管腳短路導(dǎo)致555芯片不發(fā)生自激，從而蜂鳴器不響。反之，則555正常工作，給蜂鳴器提供電壓使蜂鳴器響。1.2.1紅外發(fā)射電路此電路主要由一個(gè)555芯片和一個(gè)三極管構(gòu)成。其中555芯片自激振蕩會(huì)產(chǎn)生脈沖波，其頻率由R1、R2和電容C1確定，該信號(hào)控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出所需的30kHz的紅外脈沖信號(hào)，電容C2是為了提高555芯片的抗干擾能力。圖1.2 紅外發(fā)射電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的紅外線報(bào)警器發(fā)射電路，其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率計(jì)算公式為：fo143（R12R2）C1；（1-1）按要求，需

8、產(chǎn)生30kHz的信號(hào)，所以取R1=1k，R2=2.0k，C1=10nF。作為抗干擾作用的電容C2取C2=10nF。由于此時(shí)555芯片三管腳外沒(méi)有任何電阻，極易使555芯片燒毀，所以與三管腳串聯(lián)一個(gè)電阻R3，取R3=1.0k。1.2.2紅外光敏接收電路此電路由一個(gè)遠(yuǎn)紅外光敏二極管和一個(gè)555芯片構(gòu)成。其原理如下：紅外發(fā)射器由自激多諧振蕩器產(chǎn)生30kHz的不對(duì)稱(chēng)脈沖紅外信號(hào)，遠(yuǎn)紅外光敏二極管對(duì)紅外線敏感，當(dāng)無(wú)人遮擋時(shí)，紅外線照射使遠(yuǎn)紅外光敏二極管導(dǎo)通，同時(shí)將555芯片4管腳短路導(dǎo)致555芯片不發(fā)生自激，從而蜂鳴器不響。反之，則555正常工作，給蜂鳴器提供電壓使蜂鳴器響。圖 1.3 紅外接收電路所選

9、的光敏二極管為普通型遠(yuǎn)紅外光敏二極管。為了保護(hù)二極管，選用R6為30k。根據(jù)要求蜂鳴器要產(chǎn)生800HZ的報(bào)警頻率，由555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率f1由公式：f1143（R42R5）C3 （1-2） 計(jì)算可得，所以取R4=10k，R5=4k，C3=100nF。C4的作用是為了提高555芯片的抗干擾能力，使得報(bào)警器能夠正常工作，故取C4=10nF第二章 電路設(shè)計(jì)及器材選擇2.1紅外發(fā)射電路由555芯片和三極管構(gòu)成的紅外發(fā)射的電路，其目的為了發(fā)射一個(gè)30kHz的不對(duì)稱(chēng)紅外脈沖信號(hào)。555是組成一個(gè)多諧振蕩器，其頻率為fo143（R12R2）C1 （2-1），R1=1k，R2=2.0k，C1=10n

10、F，作為抗干擾作用的電容C2取C2=10nF。2.2紅外光敏接收器電路電路由一個(gè)遠(yuǎn)紅外光敏二極管和一個(gè)耦合電容C1構(gòu)成其原理如下：紅外發(fā)射器由自激多諧振蕩器產(chǎn)生30kHz的不對(duì)稱(chēng)脈沖紅外信號(hào)，遠(yuǎn)紅外光敏二極管對(duì)紅外線敏感，當(dāng)無(wú)人遮擋時(shí)，紅外線照射使遠(yuǎn)紅外光敏二極管導(dǎo)通，同時(shí)將脈沖紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為交流電信號(hào)。而耦合電容C1起傳遞信號(hào)以供放大和隔絕供電源之直流信號(hào)作用。所選的光敏二極管為普通型遠(yuǎn)紅外光敏二極管，耦合電容C1僅起耦合和隔直通交作用，故選普通的1uF瓷介電容。電阻R3選1k,電阻R4選33k2.3放大電路 放大電路是個(gè)兩極放大.主要由集成運(yùn)算放大器，耦合電容C2和三極管Q1構(gòu)成。 原理

11、如下:交流電信號(hào)經(jīng)C1、R3流入555進(jìn)行放大倍數(shù)由R5/R3的值控制?？紤]到此時(shí)555電源供電在其管腳3處接入分壓偏置電阻R1、R2以減小3管腳的輸入電壓從而利于放大。電信號(hào)經(jīng)管腳6進(jìn)入耦合電容C2濾去了供電源帶來(lái)的直流信號(hào)直達(dá)三極管進(jìn)行二次放大使信號(hào)顯著增強(qiáng)。2.4整流開(kāi)關(guān)電路 整流開(kāi)關(guān)電路由耦合電容C5、整流二極管D2、D3和三極管Q2、充電電容C4構(gòu)成。其原理如下：大后的交流信號(hào)經(jīng)電容C5濾去由供電源帶來(lái)的直流成份后分成兩支，正半周經(jīng)二極管D3流入充電電容C4和作為開(kāi)關(guān)作用的三極管Q2中,使三極管Q2導(dǎo)通,同時(shí)給C4充電,因?yàn)樾盘?hào)負(fù)半周不經(jīng)過(guò)三極管Q2，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)間斷半個(gè)周期,所以這里

12、充電后的電容C4就會(huì)相當(dāng)于一個(gè)供電源,起一個(gè)延時(shí)的作用給三極管Q2供電以使其導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)Q2導(dǎo)通則蜂鳴器會(huì)被旁路而不發(fā)聲其負(fù)半周通過(guò)二極管D2流出。蜂鳴器發(fā)聲頻率來(lái)源于其本身的發(fā)聲頻率。當(dāng)有人遮擋時(shí)則三極管Q2截止蜂鳴器由直流供電源供電工作而發(fā)聲。C5起到耦合和隔直作用，故也選普通的1uF瓷介電容。設(shè)置電阻R8=1 K整流作用的二極管D2、D3選用普通的2N711型管。C4作為充電電容,可選用1uF瓷介電容。三極管Q2作用相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān),選用普通的NPN管。電阻R9是控制蜂鳴器的輸入電壓的,阻值設(shè)為550。第三章 電路仿真和系統(tǒng)調(diào)試3.1電路仿真仿真時(shí)，我們用開(kāi)關(guān)代替接收二極管。閉合開(kāi)關(guān)，相當(dāng)

13、于接受二極管導(dǎo)通，此時(shí)報(bào)警器處于短路狀態(tài)，因此蜂鳴器不響。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，即是接收二極管沒(méi)有接收到發(fā)光二極管發(fā)射出的紅外光線，此時(shí)有電流從蜂鳴器處流過(guò)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電路仿真圖如下：圖3.1電路仿真圖 3.2仿真結(jié)果1.在紅外接受二極管接收紅外光時(shí)，也就是報(bào)警器處于短路狀態(tài)是，蜂鳴器兩端的波形為一條直線，并且此時(shí)電壓3.717V。仿真圖如下：圖3.2紅外接收二極管接收紅外光波形2.隔絕紅外光線時(shí)，此時(shí)紅外接收二極管不導(dǎo)通，報(bào)警器響起時(shí)，蜂鳴器兩端的波形為直線波，此時(shí)兩端電壓值為300pV。仿真圖如下： 圖3.3蜂鳴器導(dǎo)通時(shí)波形3.3系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)連接上5V直流電源后用萬(wàn)用表測(cè)試各電路模塊，功能基本正常

14、。但在發(fā)射電路紅外發(fā)射二極管與紅外接收二極管之間用物體擋住時(shí)，蜂鳴器沒(méi)有響，未達(dá)到報(bào)警功能，于是再次檢查了一下電路圖，卻發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細(xì)查看元件后，才發(fā)現(xiàn)紅外光敏二極管焊反了，于是取下該管，另去庫(kù)房領(lǐng)了個(gè)新的遠(yuǎn)紅外接收管焊了上去，再測(cè)試，發(fā)現(xiàn)可以達(dá)到報(bào)警功能，但是連著電源的時(shí)候電路板受到移動(dòng)和碰撞時(shí)蜂鳴器聲音會(huì)產(chǎn)生變化，便猜想是某個(gè)元件接觸不良，重點(diǎn)查看剛剛換過(guò)的二極管，發(fā)現(xiàn)由于激動(dòng)導(dǎo)致二極管管腳焊接不牢，經(jīng)過(guò)補(bǔ)焊之后解決該問(wèn)題。最后再測(cè)試，發(fā)現(xiàn)效果良好，蜂鳴器響聲正常。實(shí)物圖如下：圖3.4 實(shí)物圖實(shí)物圖焊好之后我們進(jìn)行一些測(cè)量，在未接收紅外線照射時(shí)測(cè)量蜂鳴器的輸入電壓，測(cè)得結(jié)果為3.8

15、9V，接收到紅外線時(shí)，蜂鳴器兩端電壓為0V，并且在紅外發(fā)射二極管兩端電壓為0.96V。測(cè)量結(jié)果表明我們已經(jīng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所要求結(jié)果，完成此次要求。第四章 結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵在于報(bào)警器是否按規(guī)定要求，即是遮住紅外光線，讓接收端不接受紅外光線時(shí)，蜂鳴器就不報(bào)警。在設(shè)計(jì)仿真時(shí)候我們利用555芯片經(jīng)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生方波并利用紅外發(fā)射與接收二極管的開(kāi)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制從而達(dá)到警報(bào)功能。 然而在調(diào)試過(guò)程中不是那么理想，遮住紅外發(fā)光二極管發(fā)出光線，報(bào)警器沒(méi)有反應(yīng)，有關(guān)資料的查詢(xún)我們明白在此時(shí)太陽(yáng)光中的紅外光線對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響，于是我們想辦法遮住太陽(yáng)光，就在紅外接收二極管上面纏繞黑色膠帶，以隔絕太陽(yáng)光。在調(diào)試過(guò)程中，555芯片因?yàn)殡妷禾鬅龎牧艘淮?，更換了芯片之后，在芯片在芯片三管腳處加上了一個(gè)保護(hù)電阻。為了保護(hù)紅外接收二極管，串聯(lián)一個(gè)電阻R6，起到保護(hù)二極管作用。加上保護(hù)措施之后，電路不僅實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能，而且能確保我們?cè)诓僮鬟^(guò)程中安全