红外报警器电子工艺设计.docx
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红外报警器电子工艺设计
华清学院
课程设计（论文）
课程名称：
电子工艺技术课程设计
题目：
红外传感报警器
院（系）：
机械电子工程系
专业班级：
通信工程1001班
姓名：
张磊王鹏举田龙飞
学号：
201006020108,201006020110
201006020111
指导教师：
要趁红
西安建筑科技大学华清学院课程设计（论文）任务书
专业班级：
通信工程1001学生姓名：
张磊王鹏举田龙飞指导教师（签名）：
一、课程设计（论文）题目
红外传感报警器
二、本次课程设计（论文）应达到的目的
使学生了解电子产品生产化的过程，掌握电子产品设计的流程，学习使用Protel99SE/AltiumDesigner来设计电路原理图及印制电路板图。
三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）
1．自拟设计题目并由指导老师审核通过。
2．确定设计方案，画出组成方框图，简述每部分功能和基本实现方法。
3．进行单元电路分析，选择合适的逻辑部件。
4．进行必要的计算，以确定主要元件参数值。
5．绘制完整的电路原理图及印制电路板图，列出元件清单。
6．实现局部调试。
7．列出产品的技术指标，如产品工作的数据范围（温度范围、压力范围、电源电压、电流、功率、频率）等。
8．对设计电路进行讨论，提出改进意见。
四、应收集的资料及主要参考文献：
[1]高歌．《AltiumDedigner电子设计应用教程》清华大学出版社．2011年6月
[2]朱定华．《Protel99SE原理图和印制板设计》．清华大学出版社．2009年1月
[3]张伟等．《Protel99SE基础教程》．人民邮电出版社．2007年2月
[4]张立毅．《电子工艺学教程》．北京大学出版社．2006年8月
[5]胡斌．《图表细说电子元器件》．电子工业出版社．2005年6月
[6]
[7].
五、审核批准意见
教研室主任（签字）
摘要
报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。
价格高昂,一般人们难以接受。
如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
利用红外线传感器可以制作报警器，能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
关键词：
Protel99se，PCB设计工具，原理图设计，红外线报警，传感技术
目录
1设计任务与要求4
1.1设计任务4
1.2设计要求4
2软件及原理介绍5
2.1Protel99SE简介5
2.2红外报警器电路分析5
3Protel99SE绘图9
3.1Protel99SE绘制电路原理图9
3.1.1建立原理图文件9
3.1.2载入元器件原理图符号库9
3.1.3原理图放置元件9
3.1.4连接电路10
3.2Protel99SE绘制PCB图11
3.2.1生成网络表11
3.2.2加载网络表11
3.2.3PCB板的排版12
3.2.4PCB板的布线12
4元器件清单14
5心得体会15
参考文献16
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计一个设计一个红外线报警器，其由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成，以实现当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声。
1.2设计要求
（1）绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图。
（2）绘制电路原理图相应的双面印刷版图。
1.3产品特点
红外防盗报警器是防盗报警系统中最关键的组成部分，直接决定系统的灵敏性与稳定性，是整个系统品质的保障，红外防盗报警器又称红外探测器。
中国安防厂商在这些年来，无论在技术的掌握与生产能力的提升上，均有明显的改善，这得归功于中国厂商不断吸收外商的产品设计和生产技术，并致力于降低成本，使中国安防产品开始得到工程商们的认同，加上低价对于甲方有着重要的吸引力，使得国产品在市场上成长迅速。
虽然国产品的品质仍与进口产品有段差距，但在用户对安防产品不熟悉的情况下，中国安防产品仍极具竞争优势。
许多外国厂商也承认，以前外商大幅依靠技术优势来应对中国国产品的成本优势，但近年来差距已经缩小，优势渐减，可见中国厂商在技术上已经逐步赶上国外厂商，部分厂商更具有创新能力，推出具特色的产品，使得中国安防产品的水准大幅提高。
这个现象主要来自许多厂商对于品牌意识与产品质量的重视，加大了投资与研发力度。
2软件及原理介绍
2.1Protel99SE简介
Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作。
2.2红外报警器电路分析
首先介绍一下红外线传感器。
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：
一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。
1）这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。
整个电路由供电电路、红外线传感器、信号放大电路和音响报警电路等组成。
总体电路原理设计图：
图1电路原理图
（1）供电电路
图2变压电源
该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC578L06供电。
本装置交直流两用，自动无间断转换。
（2）红外线传感器
图3红外传感器
红外线探测传感器探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成放大电路放大。
（3）信号放大电路
图4信号放大电路
红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器IC02中进行高增益、低噪声放大，此时由IC0①脚输出的信号已足够强。
（4）音响报警电路
图5音响报警电路
C4的①脚变为高电平，VT2导通，BELL通电发出报警声。
本机静态工作电流约10mA，接通电源约1分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1分钟停止报警。
如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。
3Protel99SE绘图
3.1Protel99SE绘制电路原理图
3.1.1建立原理图文件
进入Protel99SE后，依次点击工具栏上的File/Newdesign，新建一个后缀名为prjPCB的工程文件。
新建一个*.DDB，我所做的所有内容就都会存在里面。
接着点开documents文件夹，新建一个*.SCH文件，便可以开始设计原理图。
3.1.2载入元器件原理图符号库
（1）在设计浏览器管理中单击Browse标签，即可打开原理图编辑管理窗口。
（2）装入所需要的元器件原理图符号库。
单击管理窗口中的Add/Remove按钮，系统弹出【ChangeLibraryFileList】对话框。
（3）在图中鼠标单击【查找范围】，选择Protel99SE自带的元器件原理图符号库的存放路径。
（4）在元器件原理图符号库列表框中单击所需要的库文件，例如“my.ddb”，然后单击Add按钮，被选中的文件就会出现在【SelectedFiles】列表框中。
（5）重复上述操作，将所需要的库文件都加到列表框中，然后单击OK。
（6）若想移除某个已装入的元件库，只要在【SelectedFiles】列表框中选中该文件，单击Remove按钮即可。
3.1.3原理图放置元件
（1）电容、电阻等常用元件也在MiscellaneousDevices.Lib库里，应该已经在Libraries面板中被选择。
（2）在Libraries面板的元件过滤器栏键入cap或res。
（3）在元件列表中点击元件选择它，然后点击Place按钮。
现在在你的光标上悬浮着一个电容符号。
（4）按TAB键编辑电容的属性。
在ComponentProperties对话框的Properties单元，设置Designator，检查PCB封装模型。
（5）规则栏的设置将显示在原理图中。
点击规则列表中的Add显示ParameterProperties对话框，进行相应的设置。
3.1.4连接电路
连线起着在你的电路中的各种元件之间建立连接的作用。
（1）从菜单选择Place»Wire或从WiringTools工具栏点击Wire工具进入连线模式。
光标将变为十字形状。
（2）将光标放在元件一端。
当你放对位置时，一个红色的连接标记会出现在光标处。
这表示光标在元件的一个电气连接点上。
（3）左击或按ENTER固定第一个导线点。
移动光标你会看见一根导线从光标处延伸到固定点。
（4）将光标称到Q1的基极上，你会看见光标变为一个红色连接标记。
左击或按ENTER连接到Q1的基极。
（5）完成这部分导线的放置。
注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。
要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按ESC。
当原理图做好后，首先要进行电气规则检查，检查无误后，得到得到完整的原理图。
图6最终的电路原理图
3.2Protel99SE绘制PCB图
3.2.1生成网络表
下面显示部分网络表，这里不全部列出。
SIP3
Q74
]
[
BT?
RAD0.3
BATTERY
]
[
C1
RB.4/.8
47u
]
[
C2
RB.4/.8
47u
]
[
C3
RB.4/.8……
3.2.2加载网络表
生成网络表之后，就进入了PCB板绘制的阶段。
选择File/New/PCB生成一个后缀为PcbDoc的文件。
按步骤设置PCB板的Mechanical物理边界以及Keep-OutLayer电气边界。
先执行Design/BoardSharp/RedefineBoardSharp命令，此时光变变成十字形。
然后在Mechanical层面上划定PCB板的物理边界，最后在禁止布线层（Keep-OutLayer）上面划定电器边界。
在正确设置完成PCB板之后，在PcbDoc文件下选择Design/ImportChangesFrom命令加载网络表，对话框显示详细的网络连接信息。
3.2.3PCB板的排版
选定所有的元件拖至PCB板上，执行Tools/AutoPlace命令，开始自动排版。
一般来说99SE的自动排版后的PCB板已经比较理想，但是在美观角度仍然需要手动排版进行进一步美化。
下图即为线自动布局，然后手工布局，感觉比纯手工布局好一些。
图7自动布局后手工完善图
3.2.4PCB板的布线
在元件排版完毕之后，就可以进入到最后的布线阶段。
Protel99SE具有强大的自动布线功能，不仅布线快速而且合理，通过率很高。
99SE在完成自动布线之后显示一共布线83条，并且全部成功，至此基于99SE的PCB板设计全部制作完成。
下面是我的最终确定的PCB图：
图8最终pcb图
4元器件清单
编号
名称
型号
数量
编号
名称
型号
数量
R1
电阻
47K
1
C10
电解电容
470u/25V
1
R2
电阻
1M
1
C11
涤纶电容
0.1u
1
R3
电阻
1K
1
VD1－VD5
整流二极管
IN4001
5
R4
电阻
4.7K
1
U
全桥
2A/50V
1
R5、R6、R9、R12、R13、R15、
电阻
100K（R12为线性微调电阻）
6
VT1
晶体三极管
9014
1
R7、R10、R11、R17
电阻
10K
4
VT2
晶体三极管
MPSA130.5A30V
1
R8、R16
电阻
300K
2
VT3
晶体三极管
8050
1
R14
电阻
470K
1
IC1
红外线传感器
Q74
1
R18
电阻
2.4K
1
IC2
运算放大器
LM358
1
R19
电阻
220Ω
1
IC3
比较器
LM393
1
R20
电阻
560K
1
IC4
三端稳压器
78L06
1
C1、C2、C6、C8、C9
电解，电容
47u/16V（C2、C5用钽电解）
5
BL
电磁，讯响器
U=12V
1
C3、C5
电解，电容
22u/16V
2
T
电源，变压器
12V5W
1
C4
涤纶电容
0.01u
1
S
钮子开关
1
C7
电解电容
220u/16V
1
5心得体会
作为电路设计必须使用的软件，Protel99se被现代电子设计者们广泛的使用，我们作为电子信息工程专业的学习者，理应熟练掌握这种实用性好、专业性强的软件。
经过对Protel99se一周的学习和应用，从开始的无法上手，到现在的马马虎虎，虽然不能说做的很好，但是我们看到了自己的进步，从这点上还是很高兴的。
开始是按设计图布线，第一次做用的汉化版，所以熟悉的也要快点，最开始不知道要封装，所以第一次没有封装，然后进行ERC电气检查，有很多错误，然后返回SCH制作页面，发现是有2个网络标号标记错误和一条总线断掉，修改错误后再检查就没问题了。
然后是制作网络表，再是创建PCB电路板，这时就发现有很多错误，这时我们才知道元件需要仔细设置Footprint，即元件的封装，我上网搜了一个封装表，里面有很多封装形式，电阻电容都有它各自的封装形式，进行了封装后，再制作网络表导入PCB，发现还是有问题，后来才发现，我们Protel99se软件本身就有一个PCB封装库，一些常用元件就有它自己的封装，如果没有封装形式，就需要按照元件实际大小进行封装设计。
导入PCB的制作，PCB的制作有很多规则，首先要满足可行性，再是要节省，画出板的大小后，就可以将元件添加进去了，第一次手动布线，花了很长时间还是做不好，最后采用了自动布线，一块好的PCB需要人的手动布线，好的手动布线需要人长时间的训练磨出来的。
如果有机会我们希望能更一步的学习和使用Protel。
参考文献
1.王彦平：
《Protel99电路设计指南》清华大学出版社2000版；
2.朱定华：
《Protel99SE原理图和印制板设计》清华大学出版社2007版；
3.万华清：
《Protel99SE电路设计》人民邮电出版社2007版
4.《无线电2006年合订本（下）》无线电杂志社2007版
5．肖玲妮：
《PROTEL99SE印刷电路板设计教程》清华大学出版社2006版
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