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运用三极管设计一个防盗报警器
要求有装置的特殊说明,电路中器件型号,功能,误差分析。
谢谢!
!
最佳答案
光电三极管也称光敏三极管,它的电流受外部光照控制。
是一种半导体光电器件。
比光电二极管灵敏得多,光照集中电结附近区域。
利用雪崩倍增效应可获得具有内增益的半导体光电二极管(APD),而采用一般晶体管放大原理,可得到另一种具有电流内增益的光伏探测器,即光电三极管。
它的普通双极晶体管十分相似,都是由两个十分靠近的p-n结-------发射结和集电结构成,并均具有电流发大作用。
为了充分吸收光子,光电三极管则需要一个较大的受光面,所以,它的响应频率远低于光电二极管。
[1]
2.1机构与工作原理
光电三极管是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通三极管,因此,结构与一般晶体管类似,但也有其特殊地方。
如图2.1.1所示。
图中e.b.c分别表示光电三极管的发射极.基极和集电极。
正常工作时保证基极--集电极结(b—c结)为反偏正状态,并作为受光结(即基区为光照区)。
光电三极管通常有npn和pnp型两种结构。
常用的材料有硅和锗。
例如用硅材料制作的npn结构有3DU型,pnp型有3GU型。
采用硅的npn型光电三极管其暗电流比锗光电三极管小,且受温度变化影响小,所以得到了广泛应用。
[2]
光电三极管的工作有两个过程,一是光电转换;二是光电流放大。
光电转换过程是在集---基结内进行,它与一般光电二极管相同。
[3]当集电极加上相对于发射极为正向电压而基极开路时(见图2.1.1(b)),则b--c结处于反向偏压状态。
无光照时,由于热激发而产生的少数载流子,电子从基极进入集电极,空穴则从集电极移向基极,在外电路中有电流(即暗电流)流过。
当光照射基区时,在该区产生电子---空穴对,光生电子在内电场作用下漂移到集电极,形成光电流,这一过程类似于光电二极管。
于此同时,空穴则留在基区,使基极的电位升高,发射极便有大量电子经基极流向集电极,总的集电极电流为
IC=IP+βIP=(1+β)IP2.1.1
图2.1.1光电三极管结构及工作原理
(a)结构示意图(b)光电变换原理(c)电流放大作用
式中β为共发射极电流放大倍数。
因此,光电三极管等效于一个光电二极管与一般晶体管基极---集电极结的并联。
它是把基极---集电极光电二极管的电流(光电流IP)放大β倍的光伏探测器,可用图2.1.1(c)来表示。
与一般晶体管不同的是集电极电流IC由基极---集电极结上产生的光电流IP=Ib控制。
也就是说,集电结起双重作用,一是把光信号变成电信号起光电二极管的作用;二是将光电流放大,起一般晶体三极管的集电极的作用。
[4]
2.2光电三极管的等效电路
根据光电三极管的工作原理,我们可以比较容易的画出他的等效电路。
由于它的集电结势垒电容Ccb远小于发射结势垒电容Cbe,我们可以得到如图2.2.1光电三极管的交流等效电路,图中ip为集电结光电二极管的电流源,Cbe为发射结电容;rbe为发射结正向微分交流电阻;iLw为放大后的电流源;iL=βip;β为光电三极管的放大倍数;Rce为集电极发射极电阻;Cce为集电极发射极间电容;RL为负载电阻。
由图5--40等效电路,
图2.2.1光电三极管交流等效电流
(a)符号(b)等效电路
可以得到负载电阻两端的输出电压V0为
2.2.1
式中,,为入射光信号的角频率,选择合适的负载,使得,则,输出电压为
2.2.2
由上式可看出,当输入光信号时,由于发射结电容相对较大,造成对信号的分流,将使有效输出信号减小。
此外,电容的旁路也会减少流过的输出电流。
利用光电三极管的等效电路在计算机和分析它的时间响应和输出外特性是非常方便的。
[5]
2.3光电三极管的特性参数
2.3.1伏安特性
图2.3.1表示光电三极管的关系曲线。
由图可见,光电三极管在偏压为零时,集电流为零。
当有光照时,光电三极管输出电流比同样光照下光电二极管的输出电流大倍。
图中曲线还表明,在光功率等间距增大的情况下,输出电流并不等间距增大,这是由于电流放大倍数随信号光电流的增大而增大所引起的。
图2.3.1光电三极管关系曲线
2.3.2频率响应
光电三极管的频率响应与结的结构及外电路有关。
通常需考虑:
少数载流子对发射结和收集结势垒电容(和)的充放电时间;少数载流子渡越基区所需时间;少数载流子扫过收集势垒区的渡越时间;通过收集结到达收集区的电流流经收集区及外负载电阻产生的结压将,使收集结电荷量改变的时间常数。
于是光电三极管总响应时间应为上述各个时间之和。
因此,光电三极管的响应时间比光电二极管的要长的多。
由于光电三极管广泛应用于各种光电控制系统,其输入光信号多为脉冲信号,即工作在大信号或开关状态,因而光电三极管的响应时间或响应频率将是光电三极管的重要参数。
[6]
为改善光电三极管的响应频率,从光电三极管的等效电路可知道应尽可能减少和时间常数。
一方面在工艺上设法减小结电容.等;另一方面要合理选择负载电阻,减小电路时间常数。
图2.3.2给出了在不同负载电阻下,光电三极管输出电压的相对值与入射光调制频率的关系。
由图可知,愈大,高频响应将愈差。
减小可以改善频率特性。
但降低会导致输出电压下降。
因此,在实际使用时,合理选择和利用高增益运算放大器作后级电压放大,可得到高的输出电压并改善频率响应。
此外,为改善频率响应,减小体积,提高增益,电路上常采用高增益.低输入阻抗的运算放大器与之配合。
图2.3.3(a)(b)分别表示达林顿光电晶体管的集成电路示意图。
实际使用光电三极管时常采用带基极引线的光电三极管,并提供一定的基极电流。
对无基极引线的光电三极管,则给予一定照度的背景光,使其工作于线性放大区,以得到较大的集电极电流,这将有利于提高光电三极管的频率响应。
图2.3.4给出了光电三极管响应时间与集电极电流的关系,由图可知,增加集电极电流可减小光电三极管的响应时间,即提高光电三极管的工作频率。
[7]
图2.3.2光电三极管的频率响应曲线图2.3.3光电三极管达林顿集成电路示意图
(a)光电二极管--晶体管;(b)达林顿光电晶体管
图2.3.4光电三极管响应度时间与集电极电流的关系曲线
与光电二极管相比较,光电三极管频率响应较低,不宜使用于高速,宽带的光电探测系统中,但由于其响应率高,具有电流内增益,故在一般光电探测系统中仍得到广泛应用
2篇
智能建筑是人们在信息时代对办公条件和居住环境提出高要求的呼声下应运而生的。
“智能化”于90年代初率先在写字楼实现后,1996年逐步扩展到住宅上。
从目前深圳市场看,率先推出的有深房广场。
梅林一村;但是住宅真正做到智能化,仍需时日。
所谓的智能化住宅小区,是指通过综合配置住宅区内的各功能子系统,以综合布线为基础,以计算机网络为区内各种设备管理自动化的新型住宅小区。
通常智能化大厦是“三A”系统,普遍认为智能化住宅小区也为“三A“系统,它们分别是:
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(1)安全自动化(SAS-SafeAutomationSys-tem)包括室内防盗报警系统、消防报警系统、紧急求助系统、出人口控制系统、防盗对讲系统、煤气泄漏报警系统、室外闭路电视摄像监控系统、室外的巡更签到系统。
(2)通讯自动化(CAS一CommunicationAutomationSystem)包括数字信息网络、语言与传真功能、有线电视、公用天线系统。
(3)管理自动化(MAS一ManagementAutomationSystem)包括水、电、煤气的远程抄表系统、停车场管理系统、供水、供电设备管理系统、公共信息显示系统。
1、小区智能化系统的构成
1.1安全自动化系统安全自动化系统以空间来分,可分为室内部分和室外部分。
1.1.1室内部分 住户室内红外线探头、紧急救助、煤气泄漏、门磁系统、所有信息连接到住户室内防盗智能控制主机。
该主机负责数据采集、数据分析把分析结果传送到控制中心、由控制中心电脑作处理。
显示及打印情况、通知值班人员及110报警中心;其各部分组成功能如下:
红外线防盗探测器在住户室内每个入口及窗口安装红外线探测器,当有人非法进入时,红外线探测器触发报警,将信号传送至室内防盗主机,发出声光信号,主机并将此信号送至小区控制中心,控制中心电子地图,即显示出哪一栋。
哪一户、哪间房发生何种类型报警,值班人员即可调度就近保安人员现场查询及处理。
煤气泄漏报警及自动关闭门系统在厨房和厕所各安装一个煤气泄漏报警器,一旦有煤气泄漏,即触发报警;一方面其自动切断煤气供应,另一方面如前述途径通知中心控制室由控制室值班员作处理。
消防报警系统。
在客厅安装烟感或温感,当住户发生火灾时,触发报警,并将信号传送到报警中心。
紧急救助系统。
当家中有紧急事情发生如生重病、有盗贼闯入,需要求助时,按紧急按钮,家庭主机即将信号传至控制中心,值班人员接报后即派人赶赴现场处理。
门磁系统。
在门框上边中央位置安装一对门磁,当有人非法打开大门时,即报警,主机即将信号传至控制中心。
1.1.2室外部分室外部分分下面几个系统:
小区摄像监控系统。
在住宅小区出入口,主要路口及围墙边绿化带、地面,地下停车场设有监控摄像机,在控制中心值班人员24小时监视摄像机画面,并可24小时录像存储,提供犯罪证据。
周界红外线对射报警系统。
在围墙段设周界红外线对射报警系统。
当有人非法越栏时,即报警,并触发周界摄像机跟踪摄相及录相。
保安巡更签到系统。
小区相应位置设立巡更签到器,规定保安人员巡更路线及巡更时间,保安人员配带签到器巡逻,控制中心的电子地图上就会显示出所有保安人员(配签到器的)所在位置。
当保安人员在规定时间内没有到指定地点巡逻,控制中心即发出声光报警信号,中心即可查询其位置,并用保安对讲机联络。
1.2通讯自动化系统
1.2.1利用电讯网络作为传输网络
通讯自动化系统有赖于外部网络的建设,如特发小区综合楼,邮电局设有商业网,光纤直通。
传输速度快。
传输效果好,并可提供ISDN业务(IntegratedServicesDigitalNetwork)即综合业务数据网。
它有四大特点:
它是以综合数据电话网(IDN)为基础发展而成的通讯网;它支持端到端的数字连接;它支持电话和非电话各种通讯业务;它提供标准的用户网络接口。
它的最大优点是:
能在一对普通电话线上为用户同时提供电话、传真、数据和会议电视服务,并有较高的接人速度。
能以128KBPS的高速度接人INTERNET和视聆通,真正实现网上冲浪。
(普通电话接人最高速率为56KBPS)这样以借助于邮电的商业网1SDN业务而建立的家庭网络,完全可以提供与公司环境相同的工作条件,如果喜欢在家工作,你可以把家庭计算机网络连接到办公室的计算机网络上。
要成为SOHO一SmallOfficeHomeOffice)族也并非天方夜谭。
这里顺便说一下,家庭计算机网络与家用电器的连接。
日前从一份报纸上得悉,美国微软公司目前正与世界上几大家用电器生产商洽谈合作计划,计划利用微软公司的产品运用于家用电器的计算机控制。
如果实现的话,不远的将来,田螺姑娘的神话就会变成现实。
届时,计算机系统就会象一个非常称职的保姆为你承担一切家务安排。
如:
准时叫你起床、调节室温、照明光度、上网购物、准备食谱、播放音乐、处理电子邮件、搞卫生清洁等。
当然要用上这些先进东西,有赖于国民经济的发展及个人收入的承付能力。
1.2.2利用有线电视网络作为传输网络
现在小区住户都接有线电视,有线电视天威网是一个双向的HFC网络,采用频率分割,数字压缩调制技术,除了传送常规的电视信号外还可以进行高速的数据传输,实现图象、数据和语音的三线合一。
住户配备CABLEMODEM,通过个人电脑就要以在家进行电子邮件的传递、远程网络登录、股票实时操作、可视电话、传真服务、在宅购物、远程医疗诊断、安全监控、三表自动抄送等。
1.3管理自动化系统
1.3.1小区车辆出入管理系统
小区车辆的出入及收费采用IC卡管理系统,对长期用户可用月卡,对来访车辆可用临时IC卡,所有IC卡均经读卡机自动收费。
在小区出人口设置摄像机对来往车辆进行自动监控,把车辆的资料(车牌号码、颜色等)传输到管理中心软件中。
当有车辆离开时,司机所持的IC卡必须和电脑资料一致,才能升杆放行。
1.3.2小区自动抄表系统
小区目前都是集中抄表,但基本上使用的机械表,而近年来电子水表、电子煤气表、电子电表已开发出来,三表的远程抄表系统也日趋成熟。
三表输出的脉冲信息由计数器读出,储存于EPROM中,再通过网络传输到控制中心,控制中心计算脉冲数量读出三表读数,并打印出来。
先进的可以与银行联通,定期通过银行系统扣费,从而实现远程抄表与自动扣费结合。
1.3.3小区设备管理系统
现代住宅小区普通都选用恒压供水系统和VVVF电梯。
这些都为实现小区设备管理自动化提供了先决条件。
通过有关网络,控制中心可显示小区内主要设备如水泵、水池水位、电梯、高低压开关、路灯等的运行状况,并可通过软件控制设备,使设备运行于最经济合理模式中。
当设备发生故障时,控制中心发生声光报警并通知管理人员处理事故。
小区智能化实现的几种方式
2.1小区总线制
首先建立小区的区域网,把各个子系统连接起来,然后区域网再与公共网络联通。
这样就要小区综合布线充分考虑各子系统需要,充分利用系统的总线资源,将数据通讯、对讲、呼叫、报警、设备管理等信号的传输纳入该总线。
尽量减少小区布线,节省投资。
2.2利用有线电视网络
目前国内有线电视网络的发展日趋完善,已基本实现了图象、数据和语音的“三线合一”,通过有线电视综合信息网的一根同轴电缆,就可以实现小区智能化的所有功能,而上这个网络有极大的开发余地。
例如:
目前在国外正时兴IP电话、WEB终端和数字电视,只要插在有线电视插座上即可。
由此可见,有线电视在信息产业发展上将是电信网络最强有力的竞争对手。
2.3利用电讯网络
其实现模式基本和有线电视网络一样,在前面已经提及,故在此不再赘述。
3结束语
目前小区智能化正处于初始阶段,缺乏国家统一的标准和规范;其次是小区智能化建设有赖于国民经济的发展和国民总体素质的提高,一旦这些系统完善,用户便能方便快捷使用,让人花钱心甘情愿,物有所值;另一方面要实现小区智能化,还要得到政府各部门的支持,制定统一规划和相关法规。
由此可见,要真正实现小区智能化,在我国仍需走相当的一段路。
3篇
智能无线防盗系统的设计
摘要:
系统地介绍智能无线防盗系统的基本原理、组成框图,详细地描述电话网络的接收方法;论述热释电红外传感器、语音等电路,给出部分基本电路和软件流程。
关键词:
无线防盗报警热释电红外传感器
随着国家智能化小区建设的推广,防盗系统已成为智能小区的必需设备。
本文利用单片机控制技术和无线网络技术,开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统,并开发相关的传感器。
采用无线数据传输方式,不需重新布线,特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。
1智能无线防盗系统的基本原理
智能无线防盗系统由传感器、家庭智能报警器、物业管理中心接警主机及相关的控制管理软件组成。
图1为家庭智能报警器方框图,图2为物业管理中心接警主机方框图。
1.1主机电路
如图1所示,主机电路由射频接收模块接收传大吃一惊器发来的报警信号,通过解码器(PT2272)解码后得到报警传感器的地址和数据类型只有主机和传感器地址相同时才能被主机接收。
解码输出的数字代表传感器类型解骊输出信号进入CPU的INT1,触发中断处理程序。
中断处理程序通过DTMF收发电路,拨打用户预先设好的电话号码(如手机号码,办公室号码)进行远程拨号报警;同时,启动语音电路,将预先录制好的语音信号通过电话线传给主人,实现语音提示通信功能。
CPU输出警笛触发信号,经放大后推动警笛或喇叭,以驱赶和震胁盗贼。
用户还可通过电话线进行远程设/布防,及输入远程控制信号,通过8路控制输出端控制有线连接的电器设备,也可通过编码电路和射频发射模块控制无线连接的电器设备。
显示部分采用RT12232A图形点阵LCD模块,实现汉字显示功能;显示报警时间与报警类型。
键盘可实现密码修改、语音录入和信息查看功能。
物业管理中心的接收主机具有家庭报警主机的功能外,还可以通过RS232实现与物业管理中心的通信功能,实现联网和小区控制。
1.1.1DTMF收发电路
要实现电话线远程通信,关键部分为DTMF收发电路。
它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程接键数字信号识别等功能。
我们选用MT8888双音多频(DTMF)收发器,与单片机及音频放大电路组合,实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生,并将DTMF信号送到电话线上,如图3所示。
MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体的集成电路。
它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器,可发出16种双音多频DTMF信号。
接收部分用于完成DTMF信号的妆收、分离和译码,并以4位并行二进制码的方式输出。
图3
选择中断模式时,当接收或发送了有效的音频信号后IRQ/CP脚输出低电平,产生中断信号供给CPU,在延迟控制电压的跳变缘将数据锁存至输出端;当选择呼叫过程(CP)方式时,只能接收250~550Hz的信号音,在拒收或无输入时,IRQ/CP脚输出低电平。
(1)电话信号音格式
忙音:
450Hz,350ms有,350ms无。
拨号音:
450Hz,持续。
回铃音:
450Hz,1s有,4s无。
(2)信号音的判断方式
将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89S52的T0脚,电话呼叫过程中的各种信号音经MT8888滤波限幅后得到方波,由MT8888的IRQ输出到AT89S52的T0脚,对T0脚信号记数5s。
计数值位于2175~2357范围内,为拨号音;计数值位于1041~1212范围内,为忙音;计数值位于425~475范围内,为回铃音。
在实际编程中,考虑到计数的误差以及程序的简化,可将范围适当放宽,但不能重叠。
(3)自动摘机
控制器与家里电话并接在一条电话线上。
为了实现报警放打电话共用一条线,摘机电路按如下设置:
将电话振铃信号通过光电耦合器TP521输入到AT89S52的IT脚,进行计数。
接到振铃信号时,若连续振铃10次用户还没有摘机,则自动转到家庭智能报警器,CPU置P1.5脚为“1”,使继电器K1吸合,实现自动摘机功能。
若在这10次振铃过程中,用户接通了电话,则控制器不响应,这样,使得控制器与电话不互相干扰。
摘机后,检测MT8888输出的双音多频信号,以读出用户发来的远程信息,实现远程通信与控制功能。
图4
(4)自动报警
当接收到热释电传感器等发来的无线报警信号后,CPU立即发出报警信号,通过电话线传到远程用户。
报警方式如下:
用户通过面板设备10个报警电话,将它们存入24C04存储器中。
当接到警情后,从第1个电话开始拨号,一直拨到第10个,来回拨3遍。
如果任意一个电话回送了“#”键确认信号,即意味着报警已收到,不再继续拨号。
每个号码需拨号。
每个号码需拨号时间100ms,号码之间留500ms间隔。
拨号时,先检测24C04中存储的电话号码。
若为空,即未设此电话,跳过不拨,继续拨下一个电话号码。
这样,用户可随意设置数个报警电话号码。
我们规定号码长度最多不超过4位,以便存在24C04中。
1.1.2语音电路
为了便于通信,采用了语音芯片,实现语音指示和报警功能。
ISD1420为单片语音记录、回放一体化芯片,记录时长为20s;可被划分为160小段,每段125ms。
当REC脚为低电平时,进行录音,PLAYE或PLAYL为低时进行放音,ISD1420可进行连续录音,也可进行分段录音。
分段放音:
先送停止录放音码P1.2~P1.4=000,再送放音首地址A7~A0,P1.3或P1.4为低电平(PLAYE或PLAYL)开始放音;延时进行放音,最后送停止录放音码P1.2~P1.4=000,完成本段放音。
重复上述过程,可分段放出数段语音。
图4为语音电路原理。
1.1.3编/解码电路
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位、通用编解码电路。
PT2262/2272最多可有12位(A0~A11)三态地址端引脚(悬空、接高电平、接低电平),任意组合可提供531441地址码。
PT2262最多可有6位(D0~D5)数据端引脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出。
编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。
地址码必须与家庭控制主机内解码芯片PT2272编址相同,以区分家庭控制器;数据码可用于区分传感器类型。
当有报警信号时,PT2262的14脚为低电平,使能PT2262,从17脚输出编码信号,通过射频模块发射出去。
解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对,VT脚才输出高电平,送到89S52的INT1,触发中断处理程序,以读取D0~D3的数据码,得知报警传感器状态和报警类型。
图5为编/解码电路原理。
1.1.4射频发射模块与射频接收模块
射频发射模块与射频接收模块原理如图6和图7所示,工作频率为433MHz。
最大传输距离可达1000m。
1.2传感器设计
1.2.1被动红外热释电传感器
人体有恒定的体温,一般在37℃,所以会发出特定波长为10μm左右的红外线。
被动式红外探头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。
红外感应源泉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将会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后产生报警信号。
图8为双元热释电红外检测元件LHI968的内部电路。
它由两个双元热释电陶瓷,感应红外信号,再经场效应管放大输出。
D端的电阻和S端的电容具有抗电磁干扰能力。
图7
信号从S端引出经前级放大,通过47μF电容后再次放大,与设定门限电压进行比较,获得报警输出信号。
47μF电容能够除直流成分,从而消除了使用环境(阳光、灯光、火源泉等)对探测器的影响,后面再加一延时触发电路以便主人设防与撤防。
现在已有专用集成芯片BISS0001实现以上功能。
为了适应主人进门时撤防的需要,设计一报警延时电路。
延时长度须满足:
当人以1m/s的速度从探测器的正前方移动0.2m,不产生报警;但移动3m应报警,测试速度应能检测0.3~3m/s或更宽的速度范围。
1.2.2门磁传大吃一惊器
无线门磁传感器一般案卷在门内侧的上方。
它由两部分组成:
较小的部件为永磁体,内部有一块永久磁铁,用来产生恒定的磁场;较大的是无线门磁主体,内部有一个常开型的干簧管。
当永磁体和干簧管靠得很近时(小于5mm),无线门磁传感器处于工作守候状态;当永磁体离开干簧管一定距离后,无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码(也就是数据码)的433MHz的高频无线电信号。
主机通过识别这个无线电信号的地址码,判断是否为同一个报警系统,然后根据自身识别码(也就是数据码),确定是哪一个无线门磁报警。
2网络中心控制主机设计
网络中心控制主机设计与家庭控
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