电路CAD课程设计红外线报警器.docx
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电路CAD课程设计红外线报警器.docx
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电路CAD课程设计红外线报警器
电路CAD课程设计报告
设计题目:
红外线报警器
专业班级:
电信0903班
学号:
2009001286
学生姓名:
郝慧琴
同组学生:
李艳、赵士红
红外线报警器
摘要
近年来,随着改革开放的深入发展,电子电器的飞速发展,人民的生活水平有了很大提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也是越来越多。
这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。
因此,越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
防盗就成了一项重要的课题。
红外线防盗报警器是一种智能报警系统,可以大大提高了居民家庭的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全。
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,通过红外线发射和接受系统来感应是否有人闯入,如果探测到有人闯入,那么系统的报警电路会给人们以提醒。
通过介绍热释红外传感器的工作原理,给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。
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 被动式红外报警器;热释电红外(PIR);传感器;热释电效应;菲涅尔
透镜
Thedesignofinfraredalarmsystem
Abstract
Inrecentyears,withthedeepeningofreformandopening-up,electronicandelectricalappliancesrapiddevelopment,people'slivingstandardhasbeengreatlyimproved.Avarietyofhigh-gradehouseholdelectricalappliancesandthevaluableshaveformanyfamilies.However,somelawlesselementsarealsomoreandmore.Thisisseenmostsecurityawarenessisnotstrongenough.Causingstealphenomenonitisoftenseen.Therefore,moreandmorehouseholdsinpropertysafetyisconcernedabout.Securityhasbecomeanimportanttopic.Infraredanti-theftalarmisakindofintelligentalarmsystem,cangreatlyimprovethesafetydegreeofthehouseholds,effectivelyguaranteetheresidents'personalandpropertysafety.Becauseinfraredisnotexposedtolight,hasstrongconfidentialityandsecrecy,thereforeinsecurity,alertsecuritydevicehasbeenwidelyused,throughtheinfraredtransmittingandreceivingsystemforsensingwhethersomeoneisbreakinginto,ifthedetectedsomeonebrokein,thenthesystemwillsendoutalarmsoundandlightalarmcircuitsoundstothepeopletoremind.
目录
一、设计任务与要求
二、方案设计与论证
方案一方案二
3、单元电路设计与参数计算
1.电源电路设计(方案一、方案二)
1.1整流滤波电路
1.2稳压电路
2.单元电路——电源电路的原理图及仿真结果
3放大电路的设计
3.1反相交流放大器
3.2同相交流放大器
4.比较器电路设计
5.元器件的介绍
6.电路的总结
四、总原理图及元器件清单
1.总电路图
2.说明
3.PCB设计
4.元器件清单
五、结论与心得
六、参考文献
一、设计任务与要求
当有人侵入探测区域内,控制器会发出报警信号,且在人离开后,报警器依然工作。
报警器要轻便,易安装,造价合理,设计简单。
设计一个红外线报警器:
(1)当有人闯入控制区域时,报警器发出报警信号;
(2)当人离开报警器时,报警器有短至几秒的时间不发出报警信号,之后继续发出报警信号。
(3)闯入报警器控制区域的人可用开关仿真:
有人闯入时,开关接通;无人或人已离开时,开关断开。
运用multisim软件对电路进行仿真和Protel99se软件画原理图以及制作电路板。
二、方案设计与论证
红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警:
主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成,发射机是由电源、发光源和光学系统组成,接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。
主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器,发射机中的红外发光二极管在电源的激发下,发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8~0.95微米之间),经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收,由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号,经过电路处理后传给报警控制器。
由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机,构成了一条警戒线。
正常情况下,接收机收到的是一个稳定的光信号,当有人入侵该警戒线时,红外光束被遮挡,接收机收到的红外信号发生变化,提取这一变化,经放大和适当处理,控制器发出的报警信号。
目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。
一般应用在周界防范居多,最大的优点就是防范距离远,能达到被动红外的十倍以上探测距离。
被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。
人体的红外能量与环境有差别,当人通过探测区域时,报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化,进而通过分析发出报警。
人体都有恒定的体温,一般在37度左右,会发出特定波长10μm左右的红外线,被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅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,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的,所以热释电元件对波长为10μm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涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。
其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。
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,于是报警器无信号输出。
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。
方案一、
该系统以单片机AT89S52系列为核心,采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置,由反相器芯片反相间接控制CPU工作。
在CPU程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。
系统原理框图如图2-1所示。
图1-1系统方框图
采用AT89S52单片机,直流可调开关MC34063,反相器74LS14D等芯片[9]。
其中,AT89S52的P1.2~P1.7为输出口,而P3.0~3.5为输入口。
P1口连接红外线发射电路,P1口为低电平时红外线发射电路导通,正常发射红外线[10]。
P3口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平,当电平到达单片机CPU后,若各口均为低电平,则CPU不做任何反应,此时不报警;而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P3输入口就会输入高电平,此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时,由P3.7口输出报警信号,驱动声光报警电路进行报警。
P1口连接红外线发射电路,P1口为低电平时,红外线发射电路导通,正常发射红外线[10]。
P3口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平,当电平到达单片机CPU后,若各口均为低电平,则CPU不做任何反应,此时不报警;而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P3输入口就会输入高电平,此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时,由P3.7口输出报警信号,驱动声光报警电路进行报警。
方案二、
电路的组成框图如图1-2所示。
图1-2报警器电路的组成图
1.电源:
通过交流电经变压器的变压、桥式二极管的整流、电容的滤波、稳压器的稳压得到5V的直流电压。
2.传感器:
传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件。
3.放大滤波:
是由集成运算放大器LM324和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用。
4.比较器:
这里采用的是双限电压比较器,把电路中的基准电压U1和U2作为参考电压(U1>U2)与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况。
用热释电红外传感器制作的防盗报警器结构简单,可选用的元器件容易找到,且实现功能完整,清晰,而方案一要用到单片机,相对要求的内容增多,而且变复杂,故方案二更好,方案二与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,还具有如下特点:
1.不需要用红外线或电磁波等发射源。
2.灵敏度高、控制范围大。
3.隐蔽性好,可流动安装。
故选择方案二
三、单元电路设计与参数计算
1.电源电路设计
方案一、
电源开关SW1送入220V经过保险丝后送入变压器,保险丝起保护电路的作用[18]。
变压器L1将220V的交流电源经磁场耦合转换成12V的交流电源,四个全波整流二极管将12V交流源整流为直流12V电源提供给后面电路。
由电容组成的滤波电路将整流后的电源进行纹波滤除,滤除频率较高的干扰纹波。
再经直流开关电源,转换出5V电源为后端供电,具体工作过程:
经整流、滤波的12V电源,经直流开关电源U1,第6脚供给电源,1、7、8脚为电源芯片的比较输入端,RA为大功率限流电阻,电源经芯片的2脚输出,TL1为功率电感,电源经TL1的2脚输出。
D2为快速开关二极管。
C1/BC3组成电容滤波电路。
如图3-6所示。
方案二、
直流电源(DCpower)有正、负两个电极,当两个电极与电路连通后,能够使电路两端之间维持恒定的电位差,从而在外电路中形成由正极到负极的电流来为电路工作提供能量。
在设计采用的是5V的芯片,所以电路设计为5V的电源。
1.1整流滤波电路
(1).整流电路
晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的pn结构成的,如图2-1(a)所示,pn结具有单向导电的特性,常用符号表示如图2-1(b)。
图2-1二极管的pn结构及符号
图2-2二极管的特性曲线
当pn结加上正向电压(p区接正、n区接负)时,外电场使pn结的阻挡层变薄,形成比较大的电流,二极管的正向电阻很小;当pn结加上反向电压时,外电场使pn结的阻
挡层变厚,形成极小的反向电流,表现为反向电阻非常大。
晶体二极管的正反向特性曲线如图2-2所示,即二极管具有单向导电性。
利用二极管的单向导电性,可将交流电变成脉冲直流电,其过程称为
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