光控防盜報警電路1

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

2、3第二章 電路的組成及其原理 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) LM567 14一、 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

3、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(zhǔn),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

4、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)。第二章 電路的組成及其原理第一節(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

5、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。 圖 1 簡易光控報警防盜報警電路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

6、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、

7、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 f =1.443/ (R1+2R ×C1 ,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

8、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 f =1/1.1RN C N ,改變 R N 或者 C N 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

9、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? 555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

10、的單穩(wěn)態(tài)電路。 前端電路的輸出電壓 V 1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

11、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

12、, 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。第三章 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

13、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 V CC , 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 1/3VCC 而閾值輸入端電壓大 于 2/3VCC 時 , 其下

14、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: 表 1 555的內(nèi)部觸發(fā)電平表格三、 555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,

15、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, f2 1/1.1RC。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

16、4.75 9V ,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、 LM567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

17、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的振蕩頻率在 0.01Hz 500kHz 范圍內(nèi)

18、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

19、正交鑒相 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(fù)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

20、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。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(Vi/f0C21/2 ,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 0%4%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

21、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(rèn)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, 由于繼電器在控制電路 中有獨特的電氣、物理特性,其斷態(tài)的高絕緣電阻和通態(tài)的低導(dǎo) 通電阻,使得其它任何電子元器件無法