紅外遙控報警器模擬電路課程設計報告

..>課程設計說明書課程設計名稱：模擬電路課程設計課程設計題目：紅外遙控報警器摘要本報告講述了利用NE555p芯片設計制作紅外遙控報警器.要求當有人遮擋紅外光時發(fā)出報警信號，無人遮擋紅外光時報警器不工作，即不發(fā)聲。根據(jù)要求，紅外報警器應有兩局部組成，即紅外發(fā)射電路和紅外接收電路。發(fā)射電路由自激多諧振蕩器、功率放大器、紅外發(fā)光二極管組成。自激多諧振蕩器經(jīng)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生30Khz的方波脈沖，此脈沖為紅外光的調(diào)制脈沖，調(diào)制脈沖經(jīng)功率放大后控制紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外脈沖。接收電路由紅外光敏晶體二極管、放大、報警電路組成。把紅外脈沖信號轉(zhuǎn)換為電信號，即解調(diào)出調(diào)制脈沖，然后將此信號放大，控制報警電路器不工作。當紅外脈沖被人遮擋時，則報警器工作發(fā)出報警聲,從而到達警報功能。關鍵字:警報、功率放大、多諧振蕩、調(diào)制、遮擋目錄第一章電路設計方案與選擇··············································5第二章系統(tǒng)組成·······················································62.1紅外遙控報警器發(fā)射電路··········································62.2紅外遙控報警器接收電路··········································6第三章系統(tǒng)原理及電路設計··············································73.1多諧振蕩電路····················································7多諧振蕩器概述···············································7用555定時器構成的多諧振蕩器·································7:··················································7紅外發(fā)射電路····················································83.21工作原理·····················································83.22紅外發(fā)射局部設計電路圖·······································83.3紅外接收電路····················································8工作原理····················································8紅外接收局部設計電路圖······································9第四章系統(tǒng)元件選擇和參數(shù)計算·········································10···················································104.2紅外接收電路···················································10·····················································10第五章系統(tǒng)調(diào)試和結果·················································11·················································11·······················································12實測波形·····················································13第六章結論··························································14參考文獻······························································15前言隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和信息通訊技術的飛速開展，信息化、智能化技術滲透于人們生活的各個領域，顯著地改善了人們的生活環(huán)境和生活質(zhì)量，人們的防盜意識也增強，安防行業(yè)是隨著現(xiàn)代社會平安需求應運而生的產(chǎn)業(yè)。而目前安防市場設備需求的漲勢仍為增長幅度最快的市場之一?，F(xiàn)代社會對平安防范的要求越來越高，防盜報警器種類有：報警，保安器材,安防器材,平安器材,安防設備,報警器材,GSM報警器,報警系統(tǒng),報警裝置,防盜，報警器，安防監(jiān)控，平安防護，電子報警，電子防盜，智能家居〕的開展就是一種觀念和產(chǎn)品同時"進化〞的過程。門和鎖具我們用了幾千年，直到20世紀八、九十年代，城市家庭才興起防盜門和防盜鎖，隨著社會的進步和需要，人們的生活水平和安防意識的提高，更先進的家用防盜產(chǎn)品必將成為安防消費的主流并最終取代舊的安防產(chǎn)品，這是社會進步的必然。市場上大局部的報警器都比較昂貴，一般人難以承受，紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、本錢低等特點。電路設計方案與選擇從光敏二極管的特性考慮。光敏二極管具有受光導通，不受光截止的特性，以可以利用光敏二極管作為開關，控制蜂鳴器的響與不響，此為第一個方案。在這個方案中需要首先給蜂鳴器提供一個可以使蜂鳴器響的電源，可以使直流或者自激信號，再用二極管作為開關控制蜂鳴器所在的線路的閉合與斷開。紅外光敏二極管還具有將接收到的紅外線轉(zhuǎn)化為電信號的特點，雖然轉(zhuǎn)化的電信號比較微弱，但是可以經(jīng)過放大器的放大使產(chǎn)生的信號滿足要求，此為第二個方案。在這個方案中，首先給發(fā)射二極管一個脈沖信號，這樣才可以使接收二極管產(chǎn)生一個不對稱脈沖信號，同時是一個交流信號，再由運放使交流信號放大，并且需要利用三極管的開關作用對蜂鳴器的支線進展短路或者不短路。比照兩種不同的想法，最終選擇第一種，因為第二種方案中需要的元件更多，并且會使用到多個芯片，在可以到達同一個目的情況下采用電路簡單，本錢更低的方案。系統(tǒng)組成2.1紅外遙控報警器發(fā)射電路①由555自激多諧振蕩器電路產(chǎn)生頻率為30Khz的方波②由三極管組成的信號放大電路③紅外信號發(fā)射局部2.2紅外遙控報警器接收電路①紅外信號接收局部②接收的電信號的比較電路③由555自激多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為800Hz的方波信號④指示燈報警電路⑤蜂鳴器報警電路系統(tǒng)原理及電路設計3.1多諧振蕩電路多諧振蕩器概述多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。"多諧〞指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。用555定時器構成的多諧振蕩器圖多諧振蕩器的電路形式用555定時器構成的多諧振蕩器電路如圖*.**所示：圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端(2腳)和閥值輸入端(6腳)與電容相連；集電極開路輸出端(7腳)接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端(5腳)通過0.01uF電容接地。:圖多諧振蕩器的工作波形多諧振蕩器的工作波形如圖所示：電路接通電源的瞬間，由于電容C來不急充電，Vc=0V，所以定時器狀態(tài)為1，輸出Vo為高電平。同時，集電極輸出端(7腳)對地斷開，電源Vcc對電容C充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)I,此后，電路周而復始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)I的維持時間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T1≈0.7(R1+R2)C;暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ的維持時間，即輸出Vo的負向脈沖寬度T2≈。因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振蕩頻率f=1/T。正向脈沖寬度T1與振蕩周期T之比稱矩形波的占空比D，由上述條件可得D=(R1+R2)/(R1+2R2),假設使R2>>R1，則D≈1/2,即輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波(方波)。紅外發(fā)射電路3.21工作原理本局部電路工作原理如下：直流穩(wěn)壓電源給NE555芯片供電使555產(chǎn)生自激信號，此信號經(jīng)過三管腳輸出給紅外發(fā)射二極管，使二極管發(fā)出紅外光。紅外發(fā)射局部設計電路圖3.3紅外接收電路工作原理本局部工作原理如下：當紅外接收二極管接收到紅外線時，接收二極管導通，使得555芯片的四管腳短接，從而555芯片不工作，不會產(chǎn)生自激作用，因此蜂鳴器兩端沒有電壓則不響，反之，當紅外接收二極管沒有接收到紅外線時，接收二極管截止，555芯片正常工作，給蜂鳴器提供電壓，則蜂鳴器響。紅外接收局部設計電路圖系統(tǒng)元件選擇和參數(shù)計算4.1紅外發(fā)射電路由555定時器和三極管構成的紅外線報警器發(fā)射電路。其中555構成多諧振蕩器，取R1=510ΩΩ,C1=10nF,此時可以到達所要求的30Khz頻率。電容C2的作用是抗干擾作用，取C2=10nF。為了保護NE555芯片，與三管腳串聯(lián)一個電阻R3，取R3=1.0KΩ.理論計算結果如下：f0=1.443/[(R1+2R2)C]≈4.2紅外接收電路所選的光敏二極管為普通型遠紅外光敏二極管。為了保護二極管，選用R6為30KΩ。NE555構成多諧振蕩器取R4=10kΩ，R5=4kΩ，C3=100nF,此時可以到達所要求的800HZ頻率。C4的作用是為了提高NE555芯片的抗干擾能力，取C4=10nF。理論計算結果如下:f1=1.443/[(R4+2R5)C]=801.7HZ;元件種類主要參數(shù)數(shù)量備注電阻510Ω、2kΩ、1kΩ、30kΩ、10kΩ、4kΩ1+1+2+1+1+1/電容10nF、100nF3+1均為無極性電容555芯片NE555p1/紅外發(fā)射管/1/紅外接收管/1/三極管2N17112NPN型蜂鳴器/1/由于NE555芯片具有穩(wěn)定自激作用，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖波，可以較好的滿足本課程設計的要求，在發(fā)射電路中作為二極管的發(fā)射啟動器、在接收電路中為蜂鳴器提供電壓源都是較好的選擇。并且NE555芯片的造價很低，在實際應用中被普遍使用，所以使用NE555芯片作為本次設計的主要芯片。系統(tǒng)調(diào)試和結果在調(diào)試的過程中，注意了以下幾個關鍵，一是電源的正負不能接反。否則二極管很容易被擊穿或者燒掉。二是必須確保發(fā)射電路中NE555芯片產(chǎn)生了正常的波形，否則會導致發(fā)射二極管不工作，對應的仿真波形如圖。三是接收二極管的保護電阻必須足夠大，否則可能會導致接收二極管直接擊穿。確保上述情況正確之后，再經(jīng)過調(diào)試，器件正常工作，實物圖如圖所示，經(jīng)過測量，記錄局部數(shù)據(jù)。如表圖無紅外光時蜂鳴器兩端的電壓圖有紅外光時蜂鳴器兩端的電壓圖無紅外光時蜂鳴器兩端的頻率結論此設計是一種分主動和被動兩種方式的紅外勘測報警器。它可以用于樓梯、過道、庫房、銀行、大型企業(yè)的非公開或需要保密的場合。該設計可以自己設定白天或者夜晚的工作。無論是白天還是夜晚，紅外線勘測器都能正常的工作并探測到被測物體。而且在設計中采取調(diào)制紅外脈沖光的原理使用小功率發(fā)光器件也可以到達較遠的探測距離。在電源設計中藥根據(jù)其主體電路及執(zhí)行機構不同，要求可靠、價廉、有效益。由于此開關在探測距離較遠的范圍時是否接通取決于紅外線發(fā)射的距離，因此為加強其工作效應，設計了信號放大整形電路，微弱的信號經(jīng)過此電路加工也能使開關工作。設計成功之后，用作業(yè)本擋在兩個二極管之間，蜂鳴器響，移開作業(yè)本蜂鳴器馬上不響。這種現(xiàn)象實現(xiàn)了根本報警功能。但就實際對報警功能的實現(xiàn)有一些問題必須做一些處理，首先接收二極管會接收來自于太陽的紅外光，所以必須用黑色膠帶將接收二極管的周圍覆蓋，最好將這一對二極管管尖相對。這樣才可以實現(xiàn)絕對控制領域。除此之外，經(jīng)過最后的測量，雖然各電壓結果顯示，系統(tǒng)確實是可以正常工作，但是實際的頻率和要求不是很相符，導致這個情況的原因猜想有以下幾點：元器件的實際值和標值不一樣，例如電容的標值比玩擁抱測量值要大；元件會受到環(huán)境的影響，從而導致頻率的變化。對此，應該可以有一定的改進。在實際中挑選元件的時候全部以萬用表測量值為準。最好對電路板進展簡單封裝處理，然后再進展調(diào)試。本次的紅外線遙控報警器的設計時間將我們學到的知識應用到了實踐，深化了對數(shù)字電路設計和模擬電子設計的認識，使我們在設計