数字电子课程设计红外线报警器.docx
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数字电子课程设计红外线报警器
中国地质大学长城学院
电气工程及其自动化
课程设计
题目数字电子课程设计
红外线报警器
系别信息工程系
学生姓名个人
专业电气工程及其自动化
学号04266778
指导教师和谈
职称高级工程师
2012年5月31日
摘要
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展。
人们对私有财产的保护意识及自身安全保护意识不断增强，因而对安防措施提出了新的要求。
WFS-308红外线防盗报警器是利用人体发出的红外线信号作为信号源，经双元被动式热释红外传感器接收，通过放大电路的模拟放大、波形整形等处理后，将微弱的人体信号变成一定幅度的数字电压信号，结合逻辑电路处理，最后驱动蜂鸣器报警。
该报警器电路采用了220V市电供电，将变压器降压，有较高的可靠性和经济性。
该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中，从而实现了防盗报警功能，达到了安全防护之目的。
关键词：
热释电红外传感器安防报警器
1、实验内容
1.1概述
220V交流市电经降压、整流、滤波后向三端稳压集成电路IC1供电在其输出端输出稳定的5V直流电压。
当人体散发出的红外线信号被热释电传感器拾得，输出放大的人体信号，经C2、R9耦合后，送入IC2的2脚，经二级放大后，得到一个幅值较大的人体信号，经R8耦合，送入电压比较器，当人体信号出现正幅值时，其电压高于同相输入端的电压值，此时输出脚便输出低电平信号，C12上的电荷经VD5流入IC2的7脚，C12上的电荷得到释放，电压比较器的反相输入端低于同相输入端，此时输出信号输出高电平信号。
当有人体有效信号的高电平到来时，与非门输出低电平，经反相后输出高电平，从IC3的4脚输出高电平信号，驱动振荡电路工作。
VT2、VT3等元件组成振荡电路，当VT1导通后，VT2、VT3组成的多谐振荡电路工作，产生的方波信号，经R15控制开关VT4，向有源蜂鸣器间断式供电，蜂鸣器中产生“嘟、嘟、嘟”的报警声。
当人体信号消失后一定时间后，VT1关断，报警电路停止工作。
1.2课程设计任务及要求
当有人在报警器前面走过时，便会发出报警声，可以为作家庭防盗使用。
电路采用双元被动式热释电传感器作为红外线的接收传感器，经运算放大电路放大与处理后，将人体信号变成电信号，最后驱动蜂鸣器报警。
要求：
（1）一定要认真地焊接，元器件不能发生差错。
可以通过对电路图的分析能够检查电路故障。
（2）通过人体散发的红外线信号能够正确的接收，产生蜂鸣。
（3）应用对象：
各大商场，公共场所监测等。
1.3系统设计
报警器主要由电源电路、人体信号检测电路、延时电路和音频电路组成。
由电路图知，
当人体的红外线信号被热释电传感器拾得后信号端输出微小的电压信号，送入IC2的同相输入端13脚，在一级放大后经C2、R9耦合后，送入IC2的2脚，经二级放大后，得到一个幅值较大的人体信号，经R8耦合，送入电压比较器，当人体信号出现正幅值时，其电压高于同相输入端的电压值，此时输出脚便输出低电平信号，C12上的电荷经VD5流入IC2的7脚，C12上的电荷得到释放，电压比较器的反相输入端低于同相输入端，此时输出信号输出高电平信号。
此间即使没有人体信号输入，由于C12上的电荷是通过R11进行充电，一时间C12上的电压也不会高于IC2的10脚，因此可以保持输出端的高电平输出，若此间一直有人体信号输入，则C12上的电荷将一直被释放，因此也将长期保持高电平输出。
由于热释电传感器在开始上电时，会有信号输出，因此必须设计延时电路，在上电初期，就算传感器有信号输出，也不能启动报警。
R12、C11组成延时电路，刚上电时，C11两端电压为0，与非门的输入端为低电平，其输出端为高电平，经反相后，IC3的11脚输出低电平LED2熄灭，同时由于IC3的11脚与2脚相连，与非门被封锁，此时就算人体检测电路有信号输入，IC3的1脚输入信号被封锁，报警电路不工作。
当C11上的电荷充到足够多时，IC3的8、9脚电平达到高电平值，此时与非门翻转，经反相后，11脚输出高电平，指示灯LED2点亮，同时IC3的2脚也为高电平，此时与非门被打开，人体信号通道被打通，当有人体有效信号的高电平到来时，与非门输出低电平，经反相后输出高电平，从IC3的4脚输出高电平信号，驱动振荡电路工作。
VT2、VT3等元件组成振荡电路，当VT1导通后，VT2、VT3组成的多谐振荡电路工作，产生的方波信号，经R15控制开关VT4，向有源蜂鸣器间断式供电，蜂鸣器中产生“嘟、嘟、嘟”的报警声。
当人体信号消失后一定时间后，VT1关断，报警电路停止工作。
2、元件及工具说明
序号
标识
元件名称
型号规格
数量
1
R1、7、12、13
电阻
1M
4
2
R2、3
电阻
47K
2
3
R4、8、9、16、19
电阻
10K
5
4
R5、R6
电阻
270K、82K
各1
5
R10、14、15
电阻
2.2K
3
6
R11、20
电阻
2M、1K
各1
7
R17、18
电阻
100K
2
8
W1
电位器
300K
1
9
C1、3、5、7-9
瓷片电容
103
6
10
C2、4、12
电解电容
10uF/16V
3
11
C6、11
电解电容
100uF/16V
2
12
C10、13
电解电容
470uF
2
13
C14、15
电解电容
1uF
2
14
VD1-4
二极管
1N4007
4
15
VD5、6
二极管
1N4148
2
16
IR1
红外传感器
--
1
17
LED1
发光二极管
长脚Φ3
1
18
LED2
发光二极管
Φ5红
1
19
VT1、2、3
三极管
9013
3
20
VT4
三极管
9012
1
21
SP1
蜂鸣器
5V有源
1
22
T1
电源变压器
2W/9V
1
23
IC1
三端端压
LM7085
1
24
IC2
集成电路
LM324
1
25
IC3
集成电路
CD4011
1
26
-
接线柱
301-2
1
27
-
外壳
-
1
28
-
二芯插座
含线
1
29
-
有源线
-
1
30
-
胶粒
-
2
31
-
自攻螺丝
2.5*6
6
32
-
线路板
WPS-308
1
2.1三极管工作原理
三极管共有三个电极，各电极的电流分别是：
基极电流，用IB表示；集电极电流，用如表示；发射极电流，用IE表示。
无论是NPN型还是PNP型三极管，三个电极电流之间关系相同。
三极管具有电流放大作用，它是电流控制器件，是用很小的基极电流IB来控制比较大的集电极电流IC和发射极电流IE,没有IB,就没有IC和IE。
三极管能够对输入电流进行放大。
在各种放大器电路中，就是用三极管的这一特性来放大信号的。
在三极管电路中，三极管的输出电流IC或IE是由直流电源提供的；基极电流IB则是一部分由所要放大的信号源电路提供，另一部分也是由直流电源提供的。
基极电流IB由两部分组成：
直流电源提供的静态偏置电流和由信号源提供的信号电流。
综上所说，三极管能将直流电源的电流按照输入电流IB的要求（变化规律）转换成相应的电流IC和IE。
从这个角度上讲，三极管是一个电流转换器件。
2.2电阻电容稳压管等的工作原理
电阻器简称电阻是所有电子电路中使用最多的元件。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量。
我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。
它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。
主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。
稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。
此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。
稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中。
二极管又称晶体二极管,它是一种具有单向传导电流的电子器件。
在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。
集成电路是一种微型电子器件或部件。
采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。
2.3红外线传感器
利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。
包括光学系统、检测元件和转换电路。
红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。
3、安装调试过程
1、元器件安装时，对照原理图和线路板上的标识，在制作时也可按单元电路分开安装并测试，这种方式有利于初学者分析电路，查找安装过程中在的问题；
2、先安装电源电路。
将电路部分元件全部装于线路板上，注意整流二极管安装时一定要注意方向，反装将使整流桥电路短路。
另外两只滤波电解电容装时也有极性之分，在线路板上两个引脚符号上也有相应的标识，正极标有“+”，三端稳压电路也是有极性的元件，装时注意。
这部分电路的元件安装完成后，即可通电测试。
先测量变压器次级交流电压，这里采用了9V变压器，实际测量时由于会受到当地电压值等因素的影响，输出的电压在9V左右。
有些制作者对电子知识基础非常差，会把变压器的初级和次级接反，那样一通电，变压器马上会烧毁。
若无法区分，可以安装前测量两个绕组的直流电阻阻值，阻值大的为初级，小的为次级。
交流电压正常后，测量整流输出电压值，全波整流经电容滤波后，输出的直流电压在12V左右，若正常，同时可看到电源指示灯点亮。
再测三端稳压器的输出电压值，应为4.9--5.1V间，若偏离较大，说明电路有问题，用手碰IC1的散热片，若有发烫，说明电流过大，极有可能是输出端滤波电容反装造成，应断电检查。
3、报警电路。
将VT1--VT4及相关元件安装完成。
通电，用镊子将VT4的C、E极短路，此时应听到蜂鸣器连续发出的“嘟----”声，若不正常，应查看蜂鸣器是否有接反，在蜂鸣器正面标有“+”，同时在插座引出线的线路板上也标有“+”，反装将不会发声。
若正常后，再将VT1的C、E脚短接，此时可听到“嘟、嘟、嘟”的间断式报警声。
4、将4011相关元件安装完成。
通电，开始时LED2不亮，延时一段时间后，点亮，此时将4011的第1脚接入5V正电源，正常应听到蜂鸣器发出的报警声，当5V电源断开时，报警声停止。
5、红外人体信号检测电路。
这部分电路的调试具有一定的技巧，直接关系到系统的稳定性和灵敏性。
这部分元件安装完成后，可先断开VD6，用万用表测量IC2第5脚电压值，并记录相应数据，然后测量IC2第6脚电压值。
由于热释电传感器在刚上电时有个充电稳定过程，因此开始的数据可忽略，当系统进入稳定状态后，6脚电压应低于5脚电压值，且值在一个较小范围内波动，当用手在传感器前晃动一下后，可看到6脚电压会在较大范围内变化，最大值会超过5脚电压值。
当人体信号消失后，6脚电压又会回到低于5脚电压的稳定值内。
若测得6脚的电压值一直在较大范围内变化，说明系统灵敏度过高，容易产生误报，此时可调节W1阻值，适当降低参考电压值，反复测量电压，直到系统进行正常工作状态。
W1的阻值直接影响到灵敏度与稳定性，只能取一中间值，灵敏度高，探测距离就远，但是稳定性相对较低，灵敏度过高容易产生误报，而当灵敏度低时，稳定性好，但是探测距离就近，这点制作者在实际调试时需灵活掌握。
6、蜂鸣器的安装。
蜂鸣器是有极性元件，反装将不能正常发声。
安装时先将蜂鸣器放于外壳中，然后用电烙铁熔化塑料胶，将其固定，冷却后再松开手。
蜂鸣器两个引出极在没有安装前先仔细核对，长的一脚为正极，在装好后焊引出接线时必须注意。
4、故障分析
1、LED不亮：
是否焊接焊实，焊接是否接触不良，二极管极性是否插反，电路板焊点是否完好。
检查焊接是否出现拉丝，搭锡等情况。
2、灵敏度与稳定性的掌握：
只能取一中间值，灵敏度高，探测距离就远，但是稳定性相对较低，灵敏度过高容易产生误报，而当灵敏度低时，稳定性好，但是探测距离就近，这点制作者在实际调试时需灵活。
3、蜂鸣器的安装：
蜂鸣器是有极性元件，反装将不能正常发声。
5、总结
在本次课程设计中，我获益匪浅，在实践中培养了自己独立思考问题，发现问题，解决问题的能力。
从开始的焊接到发现问题时的查阅资料，请教老师、同学，到最终的成功。
我学到了很多，这不仅仅是学习上，我的综合能力也得到了提升。
课程设计结束了，在这次学习制作中，我充分理解了数字电子技术这门课程，在实践中更加深入的将上课中所讲到的知识点融会贯通。
同时也在实践中发现了自己的不足急需要改进的地方。
通过这段时间的数字电子技术设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了无线电和数电的应用的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的电子技术设计基本技能的训练。
课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们工作能力的具体训练和考察过程。
在这次课程设计中我们训练了我们焊接的基本功，同时理解数字编、解码如何在生活中的要应用。
让我们学习学以致用，如何把所学知识应用到生活中去。
中国地质大学长城学院课程设计成绩评定表
学生姓名
学号
班级
指导教师
职称
单位
课程设计题目：
红外线报警器
课程设计内容提要
220V交流市电经降压、整流、滤波后向三端稳压集成电路IC1供电在其输出端输出稳定的5V直流电压。
当人体散发出的红外线信号被热释电传感器拾得，输出放大的人体信号，经C2、R9耦合后，送入IC2的2脚，经二级放大后，得到一个幅值较大的人体信号，经R8耦合，送入电压比较器，当人体信号出现正幅值时，其电压高于同相输入端的电压值，此时输出脚便输出低电平信号，C12上的电荷经VD5流入IC2的7脚，C12上的电荷得到释放，电压比较器的反相输入端低于同相输入端，此时输出信号输出高电平信号。
当有人体有效信号的高电平到来时，与非门输出低电平，经反相后输出高电平，从IC3的4脚输出高电平信号，驱动振荡电路工作。
VT2、VT3等元件组成振荡电路，当VT1导通后，VT2、VT3组成的多谐振荡电路工作，产生的方波信号，经R15控制开关VT4，向有源蜂鸣器间断式供电，蜂鸣器中产生“嘟、嘟、嘟”的报警声。
当人体信号消失后一定时间后，VT1关断，报警电路停止工作。
评语
总成绩
指导教师签字
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