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1、1 引言在工农业、消防、银行、酒店、商场、航天等部门，经常需要对环境进行监控和报警，以防止失窃的行为发生，而银行，酒店等，防盗报警更是至关重要的。在以往的防盗系统中普遍采用热释电、微波等技术措施采集人体入侵信号，这些在室内应用时，有较好的效果，然而在许多场合如围墙及院子等地方，要进行布防，以上所提的措施在实际运用中误报率极高，有时甚至无法正常工作。我们知道， 在常规的环境参数中， 人体入侵探测器非常容易受环境的影响而使得参数改变，随着红外线及激光技术的成熟， 许多运用于室外场合的红外线防盗和激光防盗开始诞生，由于光线是直线传输，在发射端发射光束，中间如无遮挡，则接收端就能收到正常的光束； 当有
2、人经过布防区域时， 光束被挡住， 此时接收端便无法接收到光束，从而启动报警电路工作，达到报警的目的。根据以上分析，我们设计出一款利用红外线进行布防的防盗报警装置，利用 555时基电路作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形后驱动555单稳电路， 当有人经过， 阻挡红外线的传输， 红外接收接收不到红外线，检测部分检测到遗失脉冲，输出报警信号，又经报警信号锁定电路，将报警信号进行锁定， 即使现场的入侵人员走开， 报警电路也将一直报警， 直到人为解除后方能取消报警， 这些设计与实际运用中的
3、要求相符，是一款价格低而实用性强的产品。2 红外线安全防护报警装置的设计思路本章重点产阐述红外安全防护报警装置的装置设计、设计思路、设计电路的原理框图。2.1 问题的提出与设计的意义根据中华人民共和国国家标准，传感器是指， 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。热释电传感器是测量红外的一种传感器，是一种测量装置， 它能在规定条件下感觉外界红外线温度变化的信息，按一定的规律转换成易于传输和处理的电信息。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
4、 - - - - 第 1 页，共 24 页 - - - - - - - - - 2.2 设计思路与原理方框图设计方案（基于 555 振荡器） ：利用 555定时器 , 它是一种性能优良的多用途的数字- 模拟混合的集成电路 , 方便的构成施密特触发器, 单稳态触发器和多谐振荡器，由于其使用灵活 , 方便, 所以 555 定时器在波形的产生与变换, 测量、家用电器，电子玩具等许多领域有着广泛的作用。 该系统主要用 555作为时基电路作为发射电路的主驱动电路和接收电路中的单稳态电路，产生脉冲波，当有遗失脉冲发生被检测，从而图 1.1 基于红外发射与接收的安全防护报警装置方框图发出报警信号。具体原理框
5、图如图1.1 所示。该系统主要由以下功能块环节构成：电源电路、红外发射环节、红外接收环节、遗失脉冲检测环节、报警环节。该系统的主要特点有： 该产品的互换性好（可成对调换） ，响应速度快，抗干扰能力强，外围电路简单，直接通发射模块进行红外发射。因此体积小。 通过降低脉冲发生信号的占空比，增大损失发射功率， 发射距离远。 可以实行远距离的安全防护。 具有自动报警功能。 一旦有人入侵， 挡住红外线就能自动报警， 而且信号被锁定, 报警电路也将一直工作，直到人为解除，方能取消报警。基于红外线发射、接收的安全防护报警装置利用红外发光管的发射接收和集成电路组成系统，该系统具有结构简单，可靠性高，操作方便，
6、能实现对现场的自动监控，具有很好的实用价值，无需人在场就能进行对防盗安全的自动控制操作。因此，它一方面可大大减少工作人员的工作量，提高工作效率； 另一方面能促进人员的合理安排，节约资源，尤其是人力资源有重大的帮助。另外能够能为围墙，院子等现场提红外发射电路发射红外接收电路接收遗失脉冲检测电路报警电路稳压电源电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 24 页 - - - - - - - - - 供了快捷、方便的防盗服务，以便更合理安排和利用。通过以上方案的分析，
7、我们决定根据这个方案作为本系统的设计方案。无论是在性能，特点，还是原理图上，或者是在电路设计上，材料上都具有简单，使用性强等特点。在接下来一节，让我们来对红外安全防护报警装置作进一步的了解。3 硬件设计为使红外安全防护报警装置能够具有更好的实用性，并且具有更高的性能， 我们对该装置的硬件进行精心的设计。该装置的硬件设计采用了模块化的设计方法。按实现的功能来分，可分为以下几个环节。其中有红外发射环节、红外接收环节、遗失脉冲检测环节、锁存环节、输出声音报警环节等。主要的电路有： 电源电路， 红外发射电路， 检测电路，接收电路，报警输出电路。报警声采用的是9300报警声。附图 1 就是安全防护报警装
8、置总电路图。在本章下面的几个小节中， 我们根据附图 1 所示的硬件设计图， 对各个环节的电路进行详细的介绍。3.1 电源电路的设计与分析在了解红外防盗报警器电源设计之前，我们先对整流， 滤波与稳压电路的工作原理及其一些基本的参数进行分析，之后来分析电源电路的有关内容。再根据其性质着重对其电源电路进行分析。3.1.1 整流电路的工作原理及其参数分析整流是把交流电变换成直流电的过程，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向导电特性。半波整流电路及信号的输入、输出波形如图2.1 所示。ui D iDUim0 t 220V uiRLuouoUoUom0 t 图 2.1 半波整流电路及信号的输入、输出波形整
9、流电路负载上的直流电压就是输出脉动电压的平均值。由傅里叶级数展开式可名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 24 页 - - - - - - - - - 知，其输出电压可表示为：tftfftUUomO)2(4cos152)2cos(322sin211（1）式中 Uom/ 为直流分量， Uom/2 为基波交流分量，其它为谐波分量。忽略二极管内阻时，输出直流电压为：iiimomOUUUUU45.02（2）式中 Uim为变压器次级交流变压器的峰值，Ui为其有效值Ui i
10、 Uim t 220v u Rt Uo Uo Uo Uom t 图 2.2 桥式整流电路及信号的输入、输出波形桥式整流电路及信号的输入、输出波形如图 2 所示。同理，其输出电压可表示为：tftfUUomO)2(4cos154)2(2cos342（3）输出直流电压为：iiimomOUUUUU9 .02222（4）比较公式（2）与（4）可知：桥式整流电路的输出直流电压比半波整流的高一倍。为了衡量整流电源这一特性的好坏，常用纹波系数来表示。即：直流电压分量值交流电压分量的总有效（5）越小，输出脉动越小，表示整流电源的性能越好。3.1.2 滤波电路的工作原理及其参数分析虽然整流电路的输出电压包含一定的
11、直流成分，但脉动较大，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。常用滤波器有 C 型、型、型。本实验只研究C 型与（ RC）型滤波器。图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 24 页 - - - - - - - - - 3.3 为桥式整流 C 型滤波电路及其输出电压的波形。uoUom220V ui C RLuo Uo0 t 图 2.3 桥式整流C型滤波电路及其输出电压的波形图 2.4 为桥式整流（ RC） 型滤波电路及其输出电压的波形。（图中： C = C1 =100
12、0 F，C2 = 100 F，RL=1k，R = 100 ）uc R 0 t 220V ui ucC1 C2RLuouoUomUo0 t 图 2.4 桥式整流（ RC ） 型滤波电路及其输出电压的波形由图中可知， 经过电容的滤波作用后， 其输出电压变得比较平滑， 脉动大大减小，而且直流成分增加，对C 型滤波，负载 RL、C 的数值越大，纹波越小，输出直流电压越接近于变压器次级交流电压的峰值Uim，其输出直流电压的范围为：UO =（0.9 1.4）Ui（6）对于 型滤波，输出脉动更小，但输出直流电压略有降低。上述整流滤波电路实际上就是一个整流电源。其优点是电路简单，主要缺点是输出的直流电压不够稳
13、定，内阻和纹波较大，只能用在要求不高的场合。3.1.3 流稳压电源的主要技术指标稳压电源的输出电压UO（或电压可调范围UOmin UOmax）和最大输出电流IOmax是它的特性指标， 这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标， 它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、 温度系数和滤波电容的选择。下面简要介绍这些指标的含义。（1）最大输出电流指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流，用IOmax表示。一般情况下的工作电流 IOIOmax。（2）输出电压名师资料总结 - - -精品资料欢迎
14、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 24 页 - - - - - - - - - 指稳压电源的输出电压，用UO表示。（3）输出电阻稳压电源的输出电阻RO用来表明负载电流IO变化时，引起输出电压UO变化的程度。当输入电压不变时，由于负载电流变化IO，而引起输出电压变化UO，则：0iuOOOIUR（8）显然， RO越小负载变化时对输出电压的影响就越小。说明该稳压电源的性能越好。（4）电压调整率 KV它表示负载电流和环境温度保持不变，输入电压UI（220V）变化 10%时，输出电压的相对变化值。000
15、TIOOVUUK（9）（5）稳压系数 S S是指负载电流和环境温度T 保持不变时，输入电压 Ui的相对变化引起输出电压的相对变化，即：00TIiiOOLUUUUS（10）显然，电压调整率越小表示该电源的性能越稳定，其值应是越小越好。3.1.4 直流稳压电源主要技术指标的测试方法（1）输出电压可调范围的测量按图 2.5 所示接线。输入端接220V 交流电压，输出端接万用表或数字万用表，调节电路中 RW的大小，使 其值为最大和最小， 测出对应的输出电压UOmin和 UOmax。则该稳压电源输出电压的可调范围为UOmin UOmax。图 2.5 Uo可调范围的测量图名师资料总结 - - -精品资料欢
16、迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 24 页 - - - - - - - - - （2）最大输出电流的测量按图 2.5 接线。稳压电源的输入端接220V的 交流电压，将稳压电源的输出电压调到 10V, 然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器RWL，如图 2.6 所示。 RWL的值应调到 1k以上。用万用表或数字万用表测出对应的UO。然后逐渐减小 RWL的值，直到 UO的值下降 5% ，此时流经负载 RWL的电流就是 IOmax。记下 IOmax后应迅速增大 RWL的值，以减小稳压电源的功耗。图 2
17、.6 最大输出电流的测量框图（3）纹波系数的测量用晶体管毫伏表测量电源输出端的交流电压分量的有效值，用万用表（或数字万用表）的直流档测量电源输出端的直流电压分量，按式（5）就可算出电源的纹波系数。（4）输出电阻 RO的测量按图 2.7 接线。在不接负载电阻RL时测得开路电压 UO1，这时 IO10，接上负载电阻 RL 时，测得2Uo和2Io ，则2212121OOOOOOOOIUUIIUUR（11）图 2.7 输出电阻测量框图3.1.5 系统外围稳压电源电路的设计与分析名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理
18、 - - - - - - - 第 7 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图 2.8 稳压电源原理图因为系统是由集成块IC 直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我们专门精心设计了一个稳压电源, 如图 2.8 所示，使安全防护报警装置在各种特殊的环境都能正常工作。 为了改善波纹特性 , 在稳压电源的输入端加接电容C10;在其输出端加接电容 C1,C2,目的是为了改善负载的瞬态响应、防止自激振荡和减少高频噪声. 电路中加入一个发光二极管是为了对输出的电压进行稳压保护, 用于电压小于额定电压或对地短路的时候的保护。三脚稳压块选择：该装置中的稳压块选用LM7805集成稳压块。
19、 LM7805系列集成稳压块主要技术参数：输入电压： 7V25V ( 摄氏 25 度) 输出电流： 0.5A1.5( 摄氏 25 度) LM7805系列稳压块封装如图2.9 所示：1 脚为输入端2 脚为公共端3 脚为输出端注意事项：引脚不能接错，公共端不能悬空；图 2.9 LM7805引脚功能印制板上的滤波电容应直接与引脚相连。这样设计出来的电源具有实用性强，性能稳定等特点。3.2 红外线发射设计与分析3.2.1 利用 555定时器组成多谐振荡器的工作原理及特性555 定时器是一种多用的数字- 模拟混合集成电路 , 利用它能极方面地构成施密特触发器 , 单稳态触发器和多谐振荡器, 这儿我们用到
20、的是利用555 定时器构成多谐IN1OUT23IC278051234D4全 桥C1 0220uFC1 1103GNDGNDGNDGNDC1100uFC21 03GNDGND220V220V电源电路VccT18V名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 24 页 - - - - - - - - - 振荡器。由于使用灵活，方便，所以555定时器在波形的产生与变换，测量与控制，家用电器在，电子玩具等许多领域中都得到了应用。图 2.10 555内部结构图V11是比较器 C1
21、的输入端， 也称阈值端， V12是比较器 C2的输入端，C1和 C2的参考电压（电压比较的基准）设为VR1和 VR2由 VCC 经三个电阻 5K欧电阻分压给出，在控制电压输入端VCO 悬空时， VR1=2/3Vcc，VR2=1/3Vcc，如果 VCo外接固定电压，则 VR1=VCo ，VR2=1/2VCo 。RST端是置零输入端，只要在该端加上低电平，输入端Vo便立即被置成低电平，不受其他输入端的影响，正常工作时必须使之处于高电平。图中的数码18 为器件引脚编号。输入输出RST V11 V12 VO TD状态0 低导通1 ccV32ccV31低导通1 ccV32ccV31不变不变名师资料总结
22、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 24 页 - - - - - - - - - 1 ccV32ccV31高截止1 ccV32ccV31高截止表 2.1 555功能表由图可知道，当 V11大于 VR1 ，V12大于 VR2时，比较器 C1的输出为 0，比较器C2输出 VC2=1基本 RS触发器被置 0，TD导通，同时 VO为低电平，这样我们得到了表 2.1 所示的 555 功能表。为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器G4 ，如果将 Vo端经过电阻接到电源上，那么
23、只要这个电阻的阻值足够大，V0 为高电平时， Vo也一定为高电平，反之亦然， 555 定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流， 可以设想，如果使 VC1和 VC2的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间关系将为施密特触发特性，如果能使 VC1和 VC2的低电平信号交替反复出现，那么就可以得到多谐振荡器。在接法上只要把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端，就构成了多谐振荡器， 因此只要将 555 定时器的 V11和 V12连在施密特触发器， 然后再将 VO经 RC积分电路接回输入端就可以了。在实际使用中，为了减轻G4的负载，在电容 C的容
24、量较大时不宜直接由G4提供电容的充放电电流，为此，在实际使用的电路中，GD与 R1接成了一个反相器，它的输出 Vo与 Vo 在高低电平状态上完全相同，将 Vo经 R2和 C组成的积分电路接到施密特触发器的输入端同样构成多谐振荡器，详细电路图如图2.11 所示。GND1TL2OUT3RST4CON5TH6DISCH7Vcc8IC3NE55 5R1310KC1 21uFR14560C1 3103GNDGNDGNDVcc名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 24 页
25、 - - - - - - - - - 图 2.11 利用 555 定时器组成的多谐振荡器电路图根据上述分析得知， 电容上的电压 VC将在二者之间往复振荡， Vc和 Vo的波形如下图 2.12 所示。图 2.12 2.11的电路的电压波形图接通电源后，电容 C12 被充电， Vc上升，当 Vc上升到 2/3Vcc 时，触发器被复位，同时放电 BJT T导通，此时 Vo为低电平，电容 C通过R2 和T放电，使 Vc下降，当 Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位， Vo翻转为高电平。电容 C放电所需的时间为tpl=R2CLn20.7R2C 当电容 C 放电结束时，T截止， Vcc通过R1 、 R
26、2 向电容 C充电， Vc由1/3Vcc上升到 2/3Vcc所需的时间为tph=(R1+R2)CLn20.7R2C 当Vc上升到 2/3Vcc 时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出断就有一个周期性方波，其频率为f=1/(tpl+tph) 1.43/(R1+2R2)C 在现实生活中，我们要选择合适的频率降低它的误报率，频率不能太高，不能一片树叶、纸屑的凋落、飞舞就引起报警装置的报警。假设一个人的背的厚度 (l) 为 0.2m， 经过的速度 (v) 为 10m/s, 遗失脉冲大约 2 个周期（便于计算用 2.5 周期） 。时间间隔为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
27、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 24 页 - - - - - - - - - t=l/v=0.2/10=0.02s 振荡周期 T为2.5T=0.02s T=0.2/2.5=8ms 振荡频率 f 为f=1/T=125Hz 所以振荡频率选择f 125Hz 3.2.2 红外发射电路的设计与工作原理发射电路由 555 芯片组成，接成自激振荡电路， 在 3 脚输出 125赫兹左右的脉冲，用以驱动红外发射管，经过三极管的二极放大电路驱动红外发光管发射红外光线束，那么就在防范区形成一条光束。在现实中为了降低发光管的的工作损耗，
28、延长发光管的寿命， 应该考虑降低发生脉冲占空比，而 555 制成的脉冲发生器它本身的占空比是可调的。图 2.13 占空比可调的脉冲拨发生器的波形名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 24 页 - - - - - - - - - 虽然可以适当降低脉冲的占空比，但占空比依然很大，一般来说大于50% ，效果不理想。波形如图2.13。本设计通过微分电路降低它的占空比. 波形如下图 2.14 。(a) (b) 2.14 微分前的波形(a) 微分后的波形(b)由 555
29、组成的红外发射电路如图2.15 所示。这样既可以发射稳定的脉冲波，而且脉冲的占空比很小，使电路稳定高效率的工作。产生的脉冲信号驱动红外发射管， 经过三极管的二级放大电路驱动红外发光管发射红外线发射红外光线束，形成一束红外光束。图 2.15 红外发射电路总体原理图在设计中也可以考虑用555组成的振荡电路后面接一个单稳电路，也可以实现降低占空比的功能。（效果比本设计的好）。3.3 红外线接收电路的设计该系统是利用红外接受管通过接收发射光信号, 再把光信号转变为脉冲信号，使GND1TL2OUT3RS4CO5TH6DISC7Vcc8IC3NE55R1310KC121uFR14560C13103GNDG
30、NDGNDR123.9KGNDVccVT901R10KC1uFGNDVT6901R11 ?R9 ?GND名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 24 页 - - - - - - - - - 电路工作。图 2.16 红外线接收控制总体原理图图 2.16 就是红外发射的接收总体原理图。正常时，接收电路收到光线照射，经脉冲整形及放大，再经VT1 、VT2两级放大。接受的信号经放大后如下图2.18 所示。图 2.18 信号放大波形图3.4 信号检测电路设计Aa c b
31、D3R4100VT29013GNDC5104R3100VT19013R53.9GNDVcc名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 24 页 - - - - - - - - - 检测部分接受脉冲信号，检测是否有脉冲遗失。在本设计中采用555定时器构成的可重复触发单稳电路对脉冲进行检测。2.18(a)2/3Vcc 2.19(b) 2.18 （b）图 2.18 可重复触发的单稳电路(a) 电路图 (b) 工作波形当电路输入负向脉冲后 , 电路进入暂稳态 , 同时 BJ
32、T T 导通，电容 C放电。输入脉冲撤除后，电容 C充电，在 Vc 未充到 2/3Vcc 之前，电路处于暂稳态。如果在此期间，又加入新的脉冲， BJT T又导通，电容 C再次放电，输出仍然保持暂稳态。只有Vi TRIG2Q3R4CVo5THR6DIS7VC8GN1U55R1K10KC0.1u+5VoC0.01uFQ?PNP名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 24 页 - - - - - - - - - 在触发脉冲撤除后且在输出脉冲宽度Tw时间间隔内没有新的触
33、发脉冲，电路才返回稳态。图 2.19 在本设计中， 555 定时器构成的可重复触发单稳电路，接受到波形，对波形进行检测，当检测到几个（假设为3 个）脉冲信号遗失，可重复触发的单稳电路电平发生逆转，报警。波形如上图2.19所示。从而输出报警信号。3.5 报警电路的设计我们对信号的发射、接受、检测的目的，就是实现非法入侵时报警电路能够发现并报警。下面是报警环节是实现。3.5.1 信号的锁存当发射信号被外界阻挡， 就是在有外界入侵时， 检测电路检测到失落脉冲， 从而报警，但实际情况是， 外界的入侵在经过红外光线的时候不可能一直停留，也就是不可能失落脉冲一直保持很长时间，系统在经过短暂的报警后又恢复到
34、原态。所以在设计时要实现报警信号的锁存。 也就是让报警器一旦触发 （除非人为干预） 将一直工作，使人员有足够的反应时间。在本设计中采用CD4011 来实现信号的锁存。4011集成电路是由 4 个与非门所构成组合成的一个逻辑组合集成电路，它在电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 24 页 - - - - - - - - - 的转换上有着重要的作用。以下就是4011的引脚图及其内部功能图2.20 图 2.20 4011的引脚与内部结构图报警信号锁存由CD401
35、1 四个与非门来实现，初始通电时，由于C4 和 R8 组成的微分电路的存在， 在通电时，CD4011 的 1 脚便得到一个高电平信号， 同时由于 555单稳电路这时 3 脚输出也为高电平信号， 由与非的关系可得， 3 脚输出为低电平信号，设计中将 12 和 13脚并接在一起，组成一个非门电路，3 脚输出的低电平信号经非门反相后，在 11脚输出一个高电平，这个高电平一方面经R7 使 VT5 截止，另一方面经 R1 向 CD4011 的 1 脚送入高电平信号，这时就算C4 的电量充足，也能保证4011的 1 脚为高电平，使后面的报警环节持续报警。图2.21 为检测和锁存电路的组合电路。图 2.21
36、 检测和锁存电路的组合电路3.5.2 红外线安全防护报警装置的报警环节的实现而在报警环节，我们应用了9300 集成电路，只要外面加少量的电流就可以方便输出我们自己所需要的报警声。当9300 的正端通电的条件下，负端接地，在信号端就会输出信号，但是信号源很弱，必须加以放大，所以在电路图我们加入了9013 用A B GND1TL2OUT3RS4CO5TH6DISC7Vcc8IC1NE55R1300C310uC8103GNDGNDGNDVT3901GNDR6 ?VccR73.911223344556677889910101111121213131414IC1CD401GNDVT5901R11KR81
37、0KGNDC447uSB名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 24 页 - - - - - - - - - 以驱动扬声器发出声音。图2.22 为报警输出电路图 2.2 报警输出电路3.6 接受部分、检测部分、锁存部分与报警部分总体功能的实现接收到的红外信号经VT1 、VT2两级放大后， 再经门电路进行脉冲整型、 反相后送入 555 时基电路组成的单稳电路，R10和 C3决定了单稳电路的时间，正常时，这个单稳电路一直处于稳态， 即输出高电平； 当光线被人挡住后，
38、 接收电路输出为高电平，这个低电平使555电路翻转， 3 脚输出低电平，向后面的报警电路提供一个触发信号，表示有人进入布防区域，红外光束被挡住了；报警信号锁存由CD4011四个与非门来实现，初始通电时，由于 C4和 R8组成的微分电路的存在， 在上电时，CD4011的 1 脚便得到一个高电平信号， 同时由于 555单稳电路这时 3脚输出也为高电平信号，由与非的关系可得， 3 脚输出为低电平信号，设计中将12 和 13 脚并接在一起，组成一个非门电路， 3 脚输出的低电平信号经非门反相后，在11 脚输出一个高电平，这个高电平一方面经R7使 VT5截止，另一方面经 R1向 CD4011 的 1 脚
39、送入高电平信号，这时就算 C4的电量充足， 也能保证 4011 的 1 脚为高电平。当 555组成的单稳电路被启动，输出一个低电平信号后，也就是4011 的 2 脚送入了一个低电平，这时与非门电路马上翻转，其3 脚输出为高电平，经反相后在11 脚输出变为低电平，这时VT5马上导通， 向报警电路供电， 发出声光报警； 另一方面经 R1使 CD4011 的 1脚为低电平，这个低电平使与非门电路被锁住，即使人员离开布防区，555的 3 脚输出为高电平，也无法改变 CD4011的 3 脚的输出状态，电路进入一直报警状态，只有当人为地B R2100GNDLS+B-930IC4930VT4901GNDLE
40、DC6100uGND名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 24 页 - - - - - - - - - 按下复位按钮，向CD4011的 1 脚输入一个高电平信号，报警才能被解除，系统回到初始状态，可以进入下一轮的报警守候状态。详细电路图所图2.16 所示。GN1TL2OU3RS4CO5TH6DISC7Vcc8IC1NE55R1300C310uC8103GNGNR2100D3R4100VT901GNC5104R3100VT901R53.9GNGNLSGNVccV
41、T901GNR6 ?+B-930IC4930VT901GNLEDVccR73.9C6100uGN11223344556677889910101111121213131414IC1CD401GNVT901R11KR810KGNC447uSB图 2.23 红外安全防护报警装置的总电原理图总体来说由于采用了性能优良的红外线发射与接收管与其振荡测量电路，获得了发射信号与接收信号值的近似线性关系，通过硬件分段性与查表计算等数据处理，可以校准补偿频幅， 漂移以及元器件的误差， 因而所构成的红外防盗报警装置具有结构简单、成本低、测量精度高、响应时间快，性能稳定的优点。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
42、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 24 页 - - - - - - - - - 结论本设计是采用利用红外发射接收控制系统来进行红外防盗报警器的制作，并有效的进行报警，它具有集成化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点，是一个值得推广的一种方法。在设计本作品时， 我通过查阅网络与图书馆搜集到的资料，再加上指导老师的指导与资料提供， 与红外的工作原理的观察研究相结合，设计出了这一套红外安全防护报警系统的主要硬件结构，基本完成了课题的要求，但是由于设计的理论基础尚浅，对课题的研究经验还不成熟， 使得
43、在技术的解决与运用上显得粗糙了一些，在某些技术关键上的叙述不能达到详细、精辟。但是这个系统的设计却不缺乏自己的特点和创新点，特归纳为以下几点：(1) 能实现集中监控 , 且价格低廉；(2) 采用模块化设计 , 使用维护方便 , 易于普及；(3) 利用红外发射和红外接收分开独立来分别实现检测报警, 易安装，稳定性好；(4) 利用红外对管，提高了灵敏度。由于考虑到了成本使用的问题，在硬件上使用了红外对管， 结合了 555定时器的运用；在处理上 , 利用集成电路 CD4011准确实现了信号检测、 锁存与报警输出。 该系统的应用有助于减轻工作人员的劳动强度，提高安全性、 准确性和工作效率， 并提高防盗
44、检测水平。适合一般安防要求场合的推广使用，大大节省了人力、物力、财力。由于本人的水平有限，设计当中，难免会有不少的缺点和不足之处，恳请老师批评并改正。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 24 页 - - - - - - - - - 致谢这四年来， 得到院领导和我们的专业老师对我的谆谆教诲和帮助，学会了一些集成电路的工作原理以及电路的设计，控制电路的设计等等， 使自己多年来所学的理论知识和实践做到有机的组合，进一步深化巩固自己的理论知识。本论文是在指导老师的精
45、心指导下完成的。老师渊博的知识、严谨的治学态度、活跃的学术思想、执着的科研精神、启发式的教育方式给我留下了终身难忘的印象，也将使我终身受益。也感谢有关同学在毕业设计过程中上的帮助和有益的讨论。最后，向所有关心和帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 24 页 - - - - - - - - - 参考文献1、沙占友编，集成化智能传感器原理与应用，电子工业出版社, 2004.1 2、沙占友编，智能传感器系统的设计与应用，电子工业出
46、版社，2004.1 3、陈国平编， MCS-51系列单片机系统原理与设计，冶金工业出版社 2003.6 4、金戌编， 89c51 单片机实践与应用，清华大学出版社，2002 5、俊谟编，单片机中级教程原理与应用，北京航空航天大学出版社，1999 6、电子报社编，电子报2004年合订本，四川科学技术出版社，2004 7、 刘文涛编，基于 C51语言编程的 MCS-51单片机实用教程，原子能出版社， 2004.9 8、吉雷编， protel 99从入门到精通，西安电子科技大学出版社，2003 9、陈有卿、张晓东编，报警集成电路和报警器制作实例，人民邮电出版社，2001.5 10、黄继昌、乔苏文等编
47、，实用报警电路，人民邮电出版社，2005.2 11、刘修文编，实用电子电路制作设计制作，中国电力出版社，2005.1 12、沈长生编，常用电子元件使用一读通，人民邮电出版社，2002.4 13、姚金生、郑小利编，元器件，电子工业出版社，2004.10 14、余永权编，单片机与家用电器智能化技术电子工业出版社1991.01 15、周洪、胡文山等编，智能家居控制系统中国电力出版社2005.03 16、李元 . 数字电路与逻辑技术 . 南京大学出版社， 1997，10 17、雨宫好文（日） . 数字电路 . 科学工业出版社， 2000，1 18、陈永普 . 红外探测与控制电路 . 人民邮电出版社，
48、2004 19、AR杰哈 . 红外技术应用 . 化学工业出版社， 2004 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 24 页 - - - - - - - - - 附录 一 系统整体硬件原理图GND1TL2OUT3RST4CON5TH6DI S CH7Vcc8IC 1NE555R10300KC310uFC8103GNDGNDR2100GND1TL2OUT3RST4CON5TH6DI S CH7Vcc8I C 3NE555R1310KC121uFR14560C131
49、03GNDGNDGNDR123. 9 KGNDVccD3R4100KVT29013GNDC5104R3100KVT19013R53. 9 KGNDGNDLS1GNDIN1OUT23IC 278051234D4全桥C10220uFC11103GNDGND GNDGNDC1100uFC2103GND GND220V220VVccVccVT39012GNDR6电阻+B-9300I C 49300VT49013GNDVT9013R10KC1uFGNDT18VLED1VccR73. 9 KC6100uFGND11223344556677889910101111121213131414I C 1CD401
50、1GNDVT59012VT69013R11电阻R9电阻GNDR11KR810KGNDC447uFSB1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 24 页 - - - - - - - - - 附录二元件清单序号元件名称型号与规格单位数量1 电阻300K 只1 1K 只2 10K 只3 39K 只3 100 只1 560 只1 100K 只3 2 三极管9012 只2 9013 只5 3 二极管4007 只4 发光二极管 LED 5 只1 4 红外发射 / 接收管普通