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1、红外遥控报警器前言很多电路要使用 555来产生一个脉冲，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，在电路应用中主要用来做定时器，可构成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器。本次课程设计中，就是使用了 555 多谐振荡器，自激多谐振荡器产生 30KHZ的不对称脉冲，此脉冲为红外光的调制脉冲，调制脉冲经功率放大后控制红外发光二极管发射红外脉冲。红外接受信号由红外光敏晶体二极管放大、整流、报警电路组成。把红外脉冲信号转换成电信号，即解调出调制脉冲，然后把此信号放大，整流变成直流信号，控制报警电路器不工作，有人挡住红外光线时报警器发出声音。随着经济的发展和生活水平的提高，人们的防盗意识
2、也增强，相应的对报警器的需求也日益丰富，报警器的运用已深入到各行各业，比如银行、学校及一些保密行业。虽然这只是一个课程设计，但是如果弄明白了其中的原理，就可以将其用到更有用的地方，比如在博物馆中的名贵物品周围布置红外线，一旦有人越过观看范围，对其物品有所企图时，挡住了红外光线，报警器就会发出声音，从而起到保护名贵物品的作用！名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 18 页 -红外遥控报警器第一章设计内容及要求本文的设计任务和目标如下：当有人遮挡红外发光时发出报警信号，无人遮挡红外光时报警器不工作。红外发射器，发射频率为30KHZ，控制距离 2M。报警器信号频率为800HZ
3、（实验中用蜂鸣器代替报警器）。注：可使用实验室电源，以及示波器。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 18 页 -红外遥控报警器第二章系统设计方案与选择方案一地球上的物质都会辐射红外线,有的强烈有的平静，当有人进入探测器范围内，探测器探测到人体发出的较强的红外热辐射，经过光电转换，引起报警系统报警。方案二在探测区域范围内，红外光由发射端发射到接收端。当有人进入区域内，挡住红外光线，接收端接受不到红外光线，以此引起接收系统中报警电路的反应，报警系统报警。通过分析和比较，方案一的可行性不是很好，其设计的内容超出我们所学知识的范围，所以我和同组人选择方案二。其原因是控制范围要
4、求在2 米以上，就要求红外发射器功率不能太小，且报警器的灵敏度是判断报警器好坏的一个重要标准，灵敏度越高越好。但是要考虑到报警器对飘浮物和微小动物的误报，另外还要考虑白天黑夜光线的影响。还有，在选择器件时还要从经济上考虑，最好名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 18 页 -红外遥控报警器选用一些常用芯片器件。其电路图如下：图 2.1 红外遥控报警器发射电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 18 页 -红外遥控报警器图 2.2 红外遥控报警器接收电路第三章系统组成及工作原理3.1 系统组成本设计主要由两个系统组成：红外发射电路和红外接收报警电
5、路。其中红外发射电路由两个子电路组成：震荡和脉冲发生电路和功放电路。如图三所示:红外接收报警器电路由两个子电路组成：集成运算放大电路和整流开关电路。如图四所示：自激 多谐 振荡器功 率 放 大器电源R 图 3.1 红外信号发射电路框名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 18 页 -红外遥控报警器图 3.2 红外接收电路框3.2 工作原理3.2.1 红外发射电路此电路主要由一个555 芯片和两个三极管构成。其中555 芯片自激振荡会产生脉冲波，其频率由 R1、R2和电容 C2确定，该信号可通过由两个三极管构成的复合管放大后控制红外发光二极管发出所需的30KHz的红外脉冲信
6、号，电容C1是为了提高 555 芯片的抗干扰能力，另外，为了给三极管设置合适的静态工作点，选取两个电阻 R3、R4。3.2.2 红外光敏接收器电路此电路由一个远红外光敏二极管和一个耦合电容C1构成。其原理如下：红外发射器由自激多谐振荡器产生30KHz的不对称脉冲红外信号，远红外光敏二极管对红外线敏感，当无人遮挡时，红外线照射使远红外光敏二极管导通，同时将脉冲红外光信号转化为交流电信号。而耦合电容C1起传递信号以供放大和隔绝供电源之直流信号作用。3.2.3 放大电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 18 页 -红外遥控报警器放大电路是个两极放大.主要由集成运算放大器L
7、M741、耦合电容 C2和三极管 Q1构成。原理如下：交流电信号经C1、R3流入 LM741进行放大，放大倍数由R5/R3的值控制。考虑到此时LM741单电源供电，在其管脚3 处接入分压偏置电阻R1、R2以减小 3 管脚的输入电压从而利于放大。电信号经管脚 6 进入耦合电容 C2滤去了供电源带来的直流信号直达三极管进行二次放大，使信号显著增强。3.2.4 整流开关电路整流开关电路由耦合电容C5、整流二极管 D2、D3和三极管 Q2、充电电容C4构成。其原理如下：放大后的交流信号经电容C5滤去由供电源带来的直流成份后分成两支：其正半周经二极管D3流入充电电容C4和作为开关作用的三极管Q2中，使三
8、极管 Q2导通，同时给C4充电，因为信号负半周不经过三极管Q2，会导致信号间断半个周期，所以这里充电后的电容C4就会相当于一个供电源，起一个延时的作用，给三极管Q2供电以使其导通时间延长，Q2导通则蜂鸣器会被旁路而不发声；其负半周通过二极管D2流出。蜂鸣器发声频率来源于其本身的发声频率。当有人遮挡时，则三极管Q2截止，蜂鸣器由直流供电源供电工作而发声。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 18 页 -红外遥控报警器第四章单元电路设计、参数计算、器件选择4.1 红外发射电路由 555 定时器和三极管构成的红外线报警器发射电路，其中 555构成多谐振荡器，振荡频率fo 14
9、3（RI2R2）C，按要求，需产生 30KHz的信号，所以取 R1=400ohm，R2=300ohm，C2=8200pF。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 18 页 -红外遥控报警器4.2 红外光敏接收器电路所选的光敏二极管为普通型远红外光敏二极管，耦合电容 C1仅起耦合和隔直通交作用，故选普通的 1uf 瓷介电容。电阻 R3选 1Kohm,电阻 R4选 33Kohm。4.3 放大电路所选集成运放为LM741，考虑到使放大效果良好，设置R5=510 Kohm，此时放大倍数为R5/R3=510 Kohm/1 Kohm=510倍，同时设置分压偏置电阻R1=10 Kohm
10、、R2=10 Kohm，这时 LM741的 3 管脚输入的电压为 12V/2=6V.耦合电容 C2起耦合和隔直通交作用，故也选普通的 1uf 瓷介电容。三极管Q1选用普通的 NPN 管，为设置合适的静态工作点以达到良好的放大效果，设置 R6=620 Kohm，R7=6.2 Kohm。4.4 整流开关电路 C5起耦合和隔直通交作用，故也选普通的1uf 瓷介电容。设置电阻 R8=1 Kohm，整流作用的二极管 D2、D3选用普通的 IN4148 型管。C4作为充电电容，可选用1uf 瓷介电容。三极管 Q2作用相当于一个开关，选用普通的NPN管。电阻 R9是控制蜂鸣器的输入电压的，设名师资料总结-精
11、品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 18 页 -红外遥控报警器置小点，设为 550 ohm.第五章实验、调试及测试结果与分析等了一周终于拿到元器件了，作者清点了一下元器件后就立马开始焊接。同组人负责发射电路部分，而作者负责接收电路部分。当日则根据万能板的大小尺寸和所选电路图，按照电路模块先在草稿纸上进行了大概的布局，然后就开始焊接了。为了能很好的实现报警功能，作者焊接完红外线接收电路所有元器件用了3 天时间，因为没有焊接的经验，所以焊接时小心翼翼，深怕会掉焊。焊接好后对照电路图仔细检查了各个焊点和连线，没有发现有虚焊、脱焊现象的存在，各个名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-
12、第 10 页，共 18 页 -红外遥控报警器连线也没有开路及短路，现象，只是焊得不大美观。但电路完全按电路图布局的。当连接上 12V直流电源后用万用表测试各电路模块，功能基本正常。但是，当启用同组人设计的正常红外线发射电路时，发现未达到报警功能，于是作者再次检查了一下电路图，果然发现红外光敏二极管焊反了，于是取下该管，另去库房领了个新的远红外接收管焊了上去，再测试，发现可以达到两外之外报警，但蜂鸣器声音还是不对。于是在未接收红外线照射时检查蜂鸣器的输入电压，发现电压太小。当时使用的电阻R9是 3 Kohm，考虑到这点，为使蜂鸣器输入电压升高，作者通过串并联的方式最终使电阻R9阻值降为 550o
13、hm。最后再测试，发现效果良好，信号放大效果好，蜂鸣器也响亮了，各项设计参数及功能指标均正常。第六章结论和心得在开始做这个课设的时候开始就没有设计好每一步该怎么做！后来想想自己没有用mutisim 仿真软件来仿真，其次没有把电力路线布置的美观，没有把实验的草图画的很清楚！焊接也不美观！和同组人商量下，下决心去找找看有没有剩余的器件！在同学的帮助下，找完所需的器件！重新开始第二次实验，用了一个上午，试了下，成功了，搞定了！在做本次课程设计的过程中，作者感触最深的当属查阅了很多名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 18 页 -红外遥控报警器次设计书和指导书。如何把平时所学
14、到的专业基础理论知识用到实践中去呢？一开始看着题目是无从着手，在一次次的参看资料和书籍后才开始有了眉目，在课程设计过中进一步的加强和了解了课上学的理论基础知识，了解到多更多的元件，初步体会到了要设计一个电路去完成某项工作的过程是如此的繁琐，怎样进行对一个工程设计，它需要很高的逻辑思维能力和创新能力，是一个将理论上升为实践的过程，同时也发现了很多在学习理论知识中出现的问题，课堂上有部分知识不太清楚，于是又不得不边学边用，在参数的设定也存在很大的问题，还有，在焊接方面开始也是一窍不通的，但通过这次课程设计后，懂了很多！所以平时时刻巩固所学知识是很有必要，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正
15、。通过不懈的努力，也养成了独立思考的习惯，极大地培养锻炼了自己的动手能力。同时也懂得了团结合作的重要性。参考文献1 康光华,陈大钦.电子技术基础模拟部分(第五版):科学出版社，2002 年2 康光华,邹寿彬.电子技术基础数字部分(第五版):科学出版社，2002 年3 邹其洪,黄智伟.电工电子实验与计算机仿真:电子工业出版社，2003 年4 刘原,管金云.电路分析基础:电子工业出版社，2006 年 4 月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 18 页 -红外遥控报警器5 黄继昌,郭继忠.实用单元电路及其应用:人民邮电出版社第一版，2000 年10 月6 黄继昌,郭继忠.
16、电子元器件应用手册：人民邮电出版社，2004 年 7 月7 王文郁,石玉.电力电子技术应用电路：机械工业出版社，2001 年 5 月8 蔡灏,李平.电工与电子技术实验指导书：中国电力出版社，2005 年 9 月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 18 页 -红外遥控报警器附录一相关芯片介绍名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 18 页 -红外遥控报警器555 外部引脚及其输出波形附录图一附录图二1 接地 GND端；2 触发端；3 输出端；4 复位端；5 控制电压端；6 门限(阈值）端；7 放电 端；8 电源电压 Vcc 端。内部含有两个电压
17、比较器，一个分压器，一个 RS 触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 18 页 -红外遥控报警器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 18 页 -红外遥控报警器附录二元件清单名 称型 号个 数芯片LM741 1 芯片555 1 三极管 NPN型4 远红外光敏二极管PD333-3B 1 红外发光二极管PD333-3A 1 二极管IN4007 2 蜂鸣器1 瓷介电容8200pF 1 0.01uF11uF1电阻15 1 100 1 300 2 550 1 1000 2 6.2 千欧1 10 千欧2 33 千欧1 510 千欧1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 18 页 -红外遥控报警器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 18 页 -