紅外線報警器(模電課程設(shè)計)

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計說明書題目：防盜報警器設(shè)計與使用說明書院、部：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：仇爭光指導(dǎo)教師：賈雅瓊職稱講師專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣本1002班完成時間：2012-6-3摘要近年來，隨著人們的生活水平的提高，各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也越來越多，偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。因此，越來越多的居民為家庭財產(chǎn)安全問題堪憂。報警器的出現(xiàn)為人們解決了不少問題。但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司財政機構(gòu)，價格高昂,一般人難以接受。如果再設(shè)計和生產(chǎn)一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器，必將在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。本設(shè)計正是基于紅外線的報警裝置，采用光電開關(guān)發(fā)射不可見的紅外線，通過人或物反射回的紅外光報警，原理簡單，價格低廉，技術(shù)性能穩(wěn)定、靈敏，隱蔽性較強，具有較高的實用價值。此紅外線防盜報警器的設(shè)計分為直流穩(wěn)壓電源部分和紅外線報警部分，能夠自主提供穩(wěn)定的直流電源。設(shè)計中包括電源變壓器、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、信號發(fā)生電路、定時電路五個部分。通過五部分的組合達到自供電源的防盜報警效果。其核心裝置是光電開關(guān)和555定時芯片。關(guān)鍵詞紅外線報警；光電開關(guān)；NE555芯片；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)；蜂鳴器SummaryWiththeimprovementofpeople’slivinglevelinrecentyears,manyfamilieshavepossessionofvariedtopgradeelectricalappliancesproductsandvaluables.However,therearemoreandmorelawbreakersandtheftphenomenon.Thus,increasingresidentsareworriedabouttheirsafetyproblemsofproperty.Theemergenceofthealarmhelpspeoplesolvemanyquestions.Butalarmsinmarketareusedinmostofthebigcompanyfinancialinstitution;thepriceissohighthataveragepersoncannotaccept.Ifalowprice,sensitivefunctionandreliableperformanceofthealarmsystemdesignedagainandproduced,theireffectiverolewillplayedintheguardagainsttheftandensurethepropertysecurity.Thisdesignwasbasedoninfraredalarmdevice,adoptingphotoelectricswitchlaunchinvisibleinfrared,throughthepeopleorthingsreflection,thisdeviceissimple,cheap,steady,sensitive,andofhighhidingpowerandutilityvalue.ThisdesignofinfraredalarmdeviceconsistsofDC(digitalcurrent)voltageregulatorpartandinfraredalarmpartwhichcanprovidesteadyDCpowerinvoluntarily.ThedesignincludesPowerSupplytransformer,rectifierfiltercircuit,stabilizedoutputvoltage,signalgeneratorandtiminggeneratorfiveparts.Itcanachievetheeffectofanti-theftandalarmthroughthecombinationonfivepartstosupplypowerinvoluntarily.Itskeydeviceisphotoelectricswitchand555timerchip.KeywordsInfraredalarm;Photoelectricswitch;NE555chips;Singlestatetrigger;buzzer目錄1總體設(shè)計方案與要求············································11.1設(shè)計任務(wù)的功能要求說明··································11.2設(shè)計課題總體方案介紹及工作原理說明·······················12設(shè)計電路及其仿真分析··········································22.1設(shè)計電路圖···············································22.2設(shè)計電路的仿真結(jié)果·······································33硬件電路各部分電路設(shè)計········································63.1硬件電路圖及各模塊功能簡要介紹···························83.1.1直流穩(wěn)壓部分·········································83.1.2紅外線報警部分·······································93.2PCB圖··················································123.3實物圖···················································133.4元器件清單···············································144系統(tǒng)的調(diào)試及性能分析··········································154.1系統(tǒng)的調(diào)試···············································154.2性能分析·················································155protel99SE繪圖················································155.1對元器件的前期準備········································155.2Sch原理圖應(yīng)注意常見問題···································165.3PCB設(shè)計中應(yīng)注意的問題·····································165.4焊盤應(yīng)注意的常見問題·······································176設(shè)計結(jié)論及體會················································18致謝·····························································18參考文獻·························································20附錄·····························································211總體設(shè)計方案與要求1.1設(shè)計課題任務(wù)設(shè)計一個紅外線防盜報警器。要求如果有人進入監(jiān)視區(qū)域，立即報警，報警時長為30秒。1.2設(shè)計課題總體方案介紹及總體方案說明1.2.1設(shè)計課題總體方案介紹該裝置分為直流穩(wěn)壓電源部分和紅外線報警部分，以光電開關(guān)和555定時器為核心，利用其特性來控制蜂鳴器工作，在光電開關(guān)感應(yīng)到有物體靠近時輸出電平信號來使蜂鳴器報警。系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。穩(wěn)壓電路變壓器電源穩(wěn)壓電路變壓器電源蜂鳴器定時電路光電開關(guān) 蜂鳴器定時電路光電開關(guān)圖1.1系統(tǒng)方框圖1.2.2總體方案說明該裝置接通電源后，直流穩(wěn)壓電源部分，變壓器對220V電壓降壓處理，由整流橋整流，通過穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定5V電壓。紅外線報警器部分，光電開關(guān)將電信號轉(zhuǎn)化為光信號發(fā)射紅外線，有人或物體進入監(jiān)視區(qū)時，發(fā)射的紅外線被反射回來，通過光電開關(guān)轉(zhuǎn)換為電信號輸出低電平，再通過555定時器，輸出高電平，蜂鳴器開始報警。人或物體離開監(jiān)視區(qū)時，發(fā)射的紅外線不能被反射回來，光電開關(guān)輸出高電平，再通過555定時器，輸出低電平，蜂鳴器不工作。2設(shè)計電路及其仿真2.1設(shè)計電路圖設(shè)計其原理電路圖：圖2.1圖2.1原理電路圖表2.1電路圖各元件作用元件名稱元件編號作用電容C1、C2、C3、C7濾波電容C5防止電路產(chǎn)生自激振蕩電容C4減小電阻R2上的電壓波動電容C6控制555定時變壓器T1降壓555定時器JP1定時整流橋D1整流二極管D2防止C5電流反向流入穩(wěn)壓器電阻R1、R3、R5保護電路可變電阻R2調(diào)節(jié)輸出電壓光控開關(guān)R4檢測物體電阻R6控制555定時2.2設(shè)計電路圖的仿真結(jié)果在Multisim中編輯出電路圖（見圖2.2），在紅外線發(fā)射部分中加入一個開關(guān)來控制紅外線發(fā)射管工作，從而達到讓紅外線接收管能處于接收到紅外線跟無紅外線接收兩種狀態(tài)；用一個電壓表來代替蜂鳴器，用來檢測當紅外線接受管處于不同狀態(tài)時555定時器輸出的電平。圖2.2電路仿真圖將開關(guān)閉合，接通電源，此時紅外線接收器接收到紅外線，處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出高電平至Q1，Q1接收到高電平達到飽和，Q2接收到低電平，Q2處于截至狀態(tài)，555定時器接收到高電平，輸出低電平，所以電壓表讀數(shù)為零，見圖2.3。圖2.3無人狀態(tài)蜂鳴器電壓值然后將開關(guān)斷開，紅外線發(fā)射器停止工作，不發(fā)出紅外線，紅外線接收器接收不到紅外線，其不導(dǎo)通，Q1接收到低電平處于截至狀態(tài)，Q2接到Q1的高電平達到飽和，555定時器接收到低電平，555定時器輸出高電平，所以此時電壓表讀數(shù)為5V，見圖2.4。圖2.4有人狀態(tài)蜂鳴器電壓值圖2.5變壓器輸出波形圖2.6直流穩(wěn)壓源輸出5v電壓圖2.7蜂鳴器兩端在開關(guān)通斷時的波形3硬件電路圖及各模塊功能簡要介紹3.1直流穩(wěn)壓電源部分圖3.1直流穩(wěn)壓電源部分原理圖3.1.1整流原理全波橋式整流為了提高整流濾波效率，使交流電的正負半周信號都被利用，則應(yīng)采用全波整流，其電路和相應(yīng)的波形如圖3-3所示。圖3.2全波整流原理及整流前后波形對比3.1.2設(shè)計電路框圖設(shè)計電路框圖如圖2-1所示，包括變壓器降壓，整流濾波電路濾波，穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓四個部分。圖2-2為電壓經(jīng)過各個部分的波形，交流U1經(jīng)過變壓器降壓后到較小的交流U2，經(jīng)過整流濾波后變?yōu)榧y波很小的直流U4，最后由穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓輸出。穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路變壓器交流電源穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路變壓器交流電源圖3.3電路框圖U1U2U3U4U5圖3.4整流與穩(wěn)壓過程3.1.3各部分電路的作用交流變壓器。一般的電子設(shè)備所需要的直流電壓較之交流電網(wǎng)提供的200V電壓相差較大，為了得到輸出電壓的額定范圍，就需要將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)化到合適的數(shù)值。所以，電壓變換部分的主要作用就是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗枰慕涣麟妷?，同時還可以起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。整流電路。整流電路的作用是將變換后的交流電壓轉(zhuǎn)換為單方向的脈沖電壓。由于這種電壓存在著很大的脈動部分（稱為紋波），因此，一般還不能直接用來給負載供電，否則，紋波會嚴重影響到負載的性能指標。濾波電路。濾波部分的作用是對整流部分輸出的脈動直流進行平滑，使之成為含交變成分很小的直流電壓。也就是說，濾波部分實際上使一個性能較好的低通濾波器，且其截止頻率一定低于整流輸出電壓的基波頻率。穩(wěn)壓電路。盡管經(jīng)過整流濾波后的電壓接近于直流電壓，但是其電壓值的穩(wěn)定性很差，受溫度、負載、電網(wǎng)電壓波動等因素的影響很大，因此，還必須有穩(wěn)壓電路，以維持輸出直流電壓的基本穩(wěn)定。3.1.4LM317芯片圖3.5TO-220

塑料封裝圖LM317是可調(diào)節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用。317系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如LM317HVH、W317L等。常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo=1.25（1+R2/R3）首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V—37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V—45V），所以R2/R3的比值范圍只能是0—28.6。經(jīng)計算可知R3的最大取值為R1≈0.83KΩ。又因為R2/R3的最大值為28.6。所以R2的最大取值為R2≈23.74KΩ。在使用317穩(wěn)壓塊的輸出電壓計算公式計算其輸出電壓時，必須保證R3≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ兩個不等式同時成立，才能保證317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作。3.2紅外報警器部分圖3.6紅外線報警器部分電路原理圖C1與R5組合來調(diào)整報警時長。C2為濾波電容，濾去去高頻信號。U1為蜂鳴器，用來報警。3.2.1NE555定時芯片圖3.7555定時器實物圖圖3.8555定時器引腳接線圖圖3.9555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖工作原理：當6腳電位高于2/3VCC，2腳高于1/3VCC時，上比較器輸出為高電平，下比較器輸出為低電平，因而Ｒ-Ｓ觸發(fā)器中的ＢＧ１５截止，BG14和BG16導(dǎo)通，Q‘高電平，3腳輸出為低電平。放電晶體管BG23導(dǎo)通，即使6腳電位變低，此狀態(tài)也一直保持不變，直到2腳輸入觸發(fā)信號。當6腳電位低于2/3VCC，2腳低于1/3VCC時，A1輸出為低電平，A2輸出為高電平。因而Q‘為低電平，3腳輸出為高電平，ＢＧ２３截止。當6腳電位低于2/3VCC，2腳高于1/3VCC時，上比較器Ａ１輸出為低電平，下比較器輸出為高電平，此時Ｑ‘狀態(tài)保持不變，3腳輸出及ＢＧ２３狀態(tài)也不變。當6腳電位高于2/3VCC，2腳低于1/3VCC時，上比較器Ａ１輸出為高電平，下比較器輸出也為高電平，此時3腳輸出低電平，ＢＧ２３導(dǎo)通。表3.1555定時器功能表輸入輸出閾值輸入6腳閾值輸入2腳復(fù)位輸入（4腳）3腳輸出7腳××LL導(dǎo)通<VREF1<VREF2HH截止>VREF1>VREF2HL導(dǎo)通<VREF1>VREF2H不變不變>VREF1<VREF2HL導(dǎo)通VREF1=2/3VCCVREF2=1/3VCC3.2.2光電開關(guān)3.10光電開關(guān)實物圖

3.11光電開關(guān)傳感器三線直流接線圖光電開關(guān)接線電壓：10—30V直流NE555芯片定時時長計算公式：T=1.1×R6×C63.3PCB圖元件電路圖檢查無誤后，點擊design中的創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表；新建一個PCB文檔，點擊design導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，確認各元件編號及封裝無誤后進行編輯。編輯好后并進行覆銅，見圖3.2。圖3.11PCB圖圖3.12PCB布線3D圖3.4實物圖圖3.13實物圖3.5元器件清單列出各元器件的大小，編號及封裝。見表3.1。表3.2元器件清單元器件名稱元件參數(shù)元件編號元器件封裝蜂鳴器LS1AXIAL0.4電容2200UFC1、C2RAD0.3電容100nFC3RAD0.2電容10uFC4RAD0.2電容1uFC5RAD0.2電容1mFC6RAD0.2電容10nFC7RAD0.2變壓器200-12VT1變壓器插座J1AXIAL0.4555定時器NE555JP1DIP8整流橋D1整流橋二極管IN4007D2DIODE0.4電阻1KR1AXIAL0.4可變電阻1KR2AXIAL0.4電阻100R3AXIAL0.4光控開關(guān)R4VR5電阻150KR5AXIAL0.4電阻2KR6AXIAL0.44系統(tǒng)的調(diào)試及性能分析4.1系統(tǒng)的調(diào)試（1）軟件調(diào)試。（2）硬件調(diào)試。1、將PCB圖印制并壓覆到電路板上，將電路板進行腐蝕處理。2、進行鉆孔并將各元器件焊接到電路板上。并用萬用表檢測各元件是否接好、焊接無誤。（3）接通電源，讓裝置進行工作。4.2紅外線報警器的性能分析此紅外線報警器屬于主動式紅外線報警系統(tǒng)，主要由系統(tǒng)自發(fā)發(fā)射接收紅外線，由發(fā)射電路部分通過紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，然后通過紅外線接收電路中的紅外線接受管接收紅外線，正常情況下，發(fā)射與接收活動正常，當有人或物擋住，反射紅外線，改變其輸出電平信號，通過三極管與555定時器控制蜂鳴器進行報警。5protel99SE繪圖5.1對元器件的前期準備在確定原理圖后，就得開始對各個元器件的阻值和符號進行標注。弄好后最關(guān)鍵的還是各個元器件的封裝，一定要根據(jù)實物的大小了封裝。像一些電阻、電容等常用的就庫里就有的，不過有些元器件的封裝還得自己畫。像LM317芯片這個封裝就要自己畫了，用直尺量出它的尺寸，然后自己根據(jù)實物的尺寸來畫封裝。原理圖設(shè)計布局、布線PCB加工、裝配機盤調(diào)試通過?設(shè)計成功原理圖設(shè)計布局、布線PCB加工、裝配機盤調(diào)試通過?設(shè)計成功圖5.1畫PCB圖總的順序5.2Sch原理圖應(yīng)注意常見問題根據(jù)自己元器件的復(fù)雜程度和數(shù)量來確定框的大小，把元器件根據(jù)輸入和輸出分別放兩端，調(diào)整元器件使它看起來最簡單，然后在規(guī)則中設(shè)定一些值，如焊盤大小2.5mm，線與線間距最小距離為0.7mm，連線大小GND為1.5mm，VCC為1.2mm，信號線為1mm等等。這些弄好后就可以開始進行手工布線了，布線的時候注意線要盡量的拉直，但是線轉(zhuǎn)方向的時候最好不要有直角，能粗的就要粗點，還有最好沒有跳線。5.3PCB設(shè)計中應(yīng)注意的問題1、布線方向：從焊接面看，元件的排列方位盡可能保持與原理圖相一致，布線方向最好與電路圖走線方向相一致，因生產(chǎn)過程中通常需要在焊接面進行各種參數(shù)的檢測，故這樣做便于生產(chǎn)中的檢查，調(diào)試及檢修。2、各元件排列，分布要合理和均勻，力求整齊，美觀，結(jié)構(gòu)嚴謹?shù)墓に囈蟆?、設(shè)計布線圖時要注意管腳排列順序，元件腳間距要合理。7．在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計時應(yīng)力求走線合理，少用外接跨線，并按一定順充要求走線，力求直觀，便于安裝，高度和檢修。4、設(shè)計布線圖時走線盡量少拐彎，力求線條簡單明了。5、布線條寬窄和線條間距要適中，電容器兩焊盤間距應(yīng)盡可能與電容引線腳的間距相符；6、設(shè)計應(yīng)按一定順序方向進行，例如可以由左往右和由上而下的順序進行。5.4焊盤應(yīng)注意的常見問題1、焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。2、焊盤的開口：有些器件是在經(jīng)過波峰焊后補焊的，但由于經(jīng)過波峰焊后焊盤內(nèi)孔被錫封住，使器件無法插下去，解決辦法是在印制板加工時對該焊盤開一小口，這樣波峰焊時內(nèi)孔就不會被封住，而且也不會影響正常的焊接。3、焊盤補淚滴：當與焊盤連接的走線較細時，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而是走線與焊盤不易斷開。4、相鄰的焊盤要避免成銳角或大面積的銅箔，成銳角會造成波峰焊困難，而且有橋接的危險，大面積銅箔因散熱過快會導(dǎo)致不易焊接。6設(shè)計結(jié)論及體會一學(xué)期的模電課結(jié)束了，課程設(shè)計也接近尾聲，在整個課程設(shè)計中查資料，上網(wǎng)搜信息，從書中找原理，忙活了兩個星期，有成功也有失敗，感觸頗深。這次課程設(shè)計給我?guī)砹撕艽蟮氖斋@，讓我學(xué)到了很多，不僅掌握了簡單的電子電路的設(shè)計與制作，也掌握了一些芯片的原理與作用。在制作電路時，我深深體會到連接電路時一定要認真仔細，而且要確保每條導(dǎo)線接觸良好。在接電路之前，一定要把電路的原理搞清楚，通過查資料把電路中的每個元件的作用弄明白和把每個芯片的管腳的功能弄清楚，明白每個元件的各個管腳與它哪里相對應(yīng)，其實最主要的是要搞清楚元件與元件之間的連接關(guān)系，它們接在一起可以實現(xiàn)哪些功能，明白后，就可以去接電路了。接線時不僅要仔細并且還要有耐心，不能急于求成，只要做到了這些才能保證電路成功率比較高。在電路設(shè)計中，我覺得電路檢查是非常重要的一步，從中我們可以學(xué)到很多東西，可以提高自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，使自己的動手能力有一定的提高。具體檢查方法我在這里列出幾種：1.看電路中是否有短路斷路現(xiàn)象，用萬用表的二極管檔測試線路是否接通或接觸良好；2.電路中元件是否接錯，管腳的接法是否正確；3.如果再有問題，可以用萬用表測試芯片的管腳，如果有問題，那就是芯片的問題了。在檢查線路時一定要有耐心，不要因為麻煩就放棄，那是對自己的一種不負責。遇見錯誤要一步一步的按照原理圖來，先一步一步的測試，然后整體測試。不要沒順序沒條理，這里測一下那里測一下，最后又什么都沒查出來，那樣既浪費了時間又浪費了精力。在做板子的過程中，沒有幾個人可以是一次性成功的，都是經(jīng)過反