紅外報警器的設計

1、第一章 緒論1.1 國內外的研究現(xiàn)狀及研究意義隨著社會的發(fā)展，人們安防意識的提高，現(xiàn)代化的安防技術得到了廣泛的應用。為了防止非法的入侵和各種破壞活動，傳統(tǒng)的防范手段己難以適應要害部門、重點單位安全保衛(wèi)工作的需要。人力防范往往受時間、地域、人員素質和精力等因素的影響，亦難免出現(xiàn)漏洞和失誤。近年來由于紅外線是不可見光，具有很強的隱蔽性和保密性，所以眾多的紅外產品也逐漸應用到小區(qū)的安保之中，但大多數(shù)都應用在夜間照明，以提高監(jiān)控性能。同比國外的各類防盜、保安報警器基本都是以超聲波、紅外發(fā)射接收以及微波等技術為基礎。利用科技手段和有效的物業(yè)管理，改變人們安全防范的方法和手段，從單一封閉式、被動型安全防范

2、模式向多元化、綜合化、電控化以及紅外報警處理方向發(fā)展。目前國際上應用最多的是主動紅外對射總線制報警主機的方式，這種方式具有技術成熟、可靠性高、易擴展、操作簡便、經(jīng)濟性好等優(yōu)點。1.2 紅外報警分類紅外報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器，是報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。被動式報警器少了一項功能，就是發(fā)射紅外線。物理學上告訴我們，當物體的溫度高于0K的時候，就會發(fā)出紅外線，換句

3、話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強,當感應到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發(fā)反警。在溫度異常的情況下，也會產生誤報警的情況。第二章 設計方案本設計是基于紅外發(fā)射-接收對管，紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，接收管接收光線，當接收管接收不到紅外光的時候，而使紅外接收電路電流發(fā)生變化，紅外管和限流電阻之間電位變化，然后經(jīng)過三極管將變化的信號放大，從而可以驅動繼電器。繼電器的開合，當接收不到紅外光的時候，繼電器沒有導通，555定時器組成的多諧振蕩器的不能工作，當接收到紅外光的時候繼電器導通，多諧振蕩器工作，輸出端

4、輸出占空比接近1:1的方波，方波的頻率是6.3HZ，輸出端再加上一定的驅動電路來驅動LED和蜂鳴器，從而驅動LED發(fā)功二極管的閃爍，和蜂鳴器的嘀嘀的報警聲。本設計各部分電路只需+5V電源供電，采用一個5V的直流穩(wěn)壓電源供電。第三章 設計原理3.1 第一級電路：光控電路圖3.1 第一級光控電路該光控電路由一對紅外收發(fā)管、三極管，繼電器和一個反向保護二極管組成。紅外線發(fā)射管也稱紅外線發(fā)射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應用于各種光電開關及遙控發(fā)射電路中。紅外線發(fā)射管的接法和一般發(fā)光二極管接法一樣。需要串聯(lián)一個限流電阻。本設計采用了1K的

5、限流電阻。使電流保持在5ma左右。紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件。 紅外接收管接收到的是模擬量，本設計在第一級工作電路中，使用三極管來處理紅外接收管接收到的模擬量，將其轉變?yōu)楦叩碗娖剑乖诮邮展芪唇邮盏郊t外光時為高電平，接收到紅外光時轉變?yōu)榈碗娖?，從而導通繼電器，使繼電器吸合，將下一級電路導通。其中繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。在本設計中，由于繼電器內部有一個線圈，這個線圈在通電時會產生一個比較高的反向電壓，為了防止這個反向

6、電壓可能會倒灌到控制電路中擊穿控制電路的元器件，在繼電器的線圈兩端反向并入一個二極管來吸收這個反向電壓，二極管的接法是繼電器與控制電路的正極連接的一端接二極管的負極，繼電器與負極連接的一端接二極管的正極。3.2 第二級電路：多諧振蕩器圖3.2 第二級多諧振蕩器電路555定時器構成的多諧振蕩器其工作原理，是在接通電源后，電容被充電，第2管腳電壓設為，上升，當上升到時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJT T導通，此時OUT輸出為低電平，電容通過和T放電，使下降，當下降到時，觸發(fā)器又被置位，OUT電平翻轉為高電平。電容器放電所需的時間為當放電結束時，T截止，將通過、向電容充電，由上升到所需的時間為，當上升

7、到時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率多諧振蕩器波形如圖：圖3.3多諧振蕩器輸出波形經(jīng)計算，本設計的多諧振蕩器的參數(shù)為：第四章 元器件選擇4.1 紅外線發(fā)射管圖4.1 紅外發(fā)射管紅外線發(fā)射管也稱紅外線發(fā)射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應用于各種光電開關及遙控發(fā)射電路中。紅外線發(fā)射管的結構、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。4.2 紅外線接收管圖4.2 紅外接收管紅外線

8、接收管是在LED行業(yè)中命名的，是專門用來接收和感應紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線光線的。一般情況下都是與紅外線發(fā)射管成套運用在產品設備當中。特征與原理：紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結，和普通二極管相比，在結構上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙

9、脫共價鍵，從而產生電子-空穴對（簡稱：光生載流子）。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。4.3 繼電器JRC-21F圖4.3 繼電器JRC-21內部原理圖本設計所用的繼電器型號是JRC-21F其內部構造如圖4.3當中間兩個引腳接通5v電壓（兩個引腳無正負）的瞬間，會聽見磁鐵相吸的啪嗒聲，這時常開觸點閉合，常閉觸點斷開，斷電后觸點歸位。JRC-21F 2A DC 5V 的一些參數(shù)如

10、下2A 輸出電流最大值5V控制繼電器線圈的電壓值外型尺寸(LWH) 15.5 11 11.5 mm觸點負載1A,3A/125VAC, 30VDC觸點接觸電阻50 m最大切換功率30W 62.5VA最大切換電壓30VDC 125VAC最大切換電流3A線圈功耗0.2W, 0.36W, 0.45W線圈額定電壓5VDC吸合電壓Max 75% 額定電壓釋放電壓Min 10% 額定電壓動作時間5ms釋放時間5ms線圈允許最大電壓VDC(max) 110% 額定電壓絕緣電阻1000 M重量3.5g.4.4 NE555定時器NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都

11、是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號NE555的主要特點：1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。NE555的結構圖和引腳配置圖如圖4.4：圖4.4

12、 NE555內部結構圖和引腳配置圖NE555的基本參數(shù)：供應電壓4.5-18V，供應電流3-6 mA，輸出電流225mA (max)，上升/下降時間100 ns。4.5 無源蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)生器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。1.壓電式蜂鳴器：壓電式蜂鳴器主要由多謝振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。2.電磁式蜂鳴器：電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電

13、磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。第五章 總結這為期一周的課程設計與制作，過程很曲折。在此期間，我由以開始的熱情高漲，到接到題目后的一頭霧水，摸不著頭腦，經(jīng)過一番努力不見成效，也因此而失落過。之后經(jīng)過與同學的探討與學習，才有點眉目，勁頭又充足起來，經(jīng)過多少此嘗試與失敗之后，最終使我學到了很多東西，并且加深了對課本知識的認識和理解。我真正領略到真正的學習是從實踐中見真知，只學習本課本知識是遠遠不夠的。通過自己動手實踐，我才真正領略到“艱苦奮斗”是多么沉重的！在這次課程設計中，雖然內容比較多，但我不愿意放棄，“不拋棄不放棄”，堅持就是勝利。在這次設計中，

14、最頭疼的就是系統(tǒng)整體方案的設定了，因為整個系統(tǒng)的相互之間是相互制約，相互聯(lián)系的。每一個系統(tǒng)的設定都要考慮到其余子系統(tǒng)的工作條件等因素。整體方案設定完之后，就是系統(tǒng)電路的搭建了，和各個系統(tǒng)元器件的選型，市面上元器件的種類繁多，如何找到適合自己設計的系統(tǒng)的元器件猶如大海撈針。隨著設計的加深，對于元器件的掌握越熟練的時候，對于設計系統(tǒng)，是會非常輕車熟路的，所以在以后的學習過程中，我要多聯(lián)系實際去理解學習到的知識。紅外報警電路是在現(xiàn)實生活中應用面很廣泛的，給人們的生活帶來了很多的安全。電子技術的發(fā)展已經(jīng)給人們的生活帶來了質的變化，我要更加努力學習電子知識，以后在電子方面為人們的生活更加增添光彩。通過這

15、次課程設計，我鍛煉了自己理論與實際相結合的能力，不再有單純學習理論知識的學習狀態(tài)。通過結合實際鍛煉了運用所學專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力。同時也提高了我查閱文獻資料，設計PROTEL原理圖的專業(yè)能力水平，提高了了整理和總結設計文檔報告的能力。最后，感謝學校給予我這次課程設計的機會，使我的能力得到了進一步的提高，在今后的學習中，我會更加努力，將來用自己學習到的知識造福人類。參考文獻1 李銀華主編. 電子線路設計指導. 北京：北京航空航天大學出版社，2005.2 陳爾紹等編著. 電子控制電路實例. 北京：電子工業(yè)出版社，2004.3 劉修文等編著. 電子控制電路300例. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.4 康華光主編. 電子技術基礎：模擬部分. 北京：高等教育出版社，1996.5 康華光主編. 電子技術基礎：數(shù)字部分. 北京：高等教育出版社，2000.6 張慶雙等編著. 實用電子電路. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.7 于安紅主編. 簡明電子原器件手冊. 上海：上海交通大學出版社，2005.附錄附錄