红外式住宅安全防盗报警器23.docx
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红外式住宅安全防盗报警器23.docx
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红外式住宅安全防盗报警器23
东北石油大学
课程设计
课程光电检测技术
题目红外式住宅安全防盗报警器
院系电子科学学院
专业班级应用物理07-2班
学生姓名杨海珠
学生学号070901340212
指导教师
2007年3月11日
2011年3月10日
东北石油大学课程设计任务书
课程光电检测技术
题目红外式住宅安全防盗报警器
专业应用物理姓名杨海珠学号070901340212
主要内容:
应用PH302、NE555集成电路等电子器件,设计红外线守门狗电路,实现防盗与警示作用。
基本要求:
1、分析PH302、NE555集成电路特性;
2、给出系统的功能框图并进行原理分析;
3、利用NE555设计多谐振荡电路、发射、接收电路及报警电路;
4、对设计电路进行仿真分析;
5、完成课程设计总结报告。
主要参考资料:
1)肖景和编著,集成运算放大器应用精粹[M],北京:
人民邮电出版2006.11
2)陈振官等编著,光电子电路制作实例[M],北京:
国防工业出版社2006.4.
3)黄继昌等编著,实用报警电路[M],北京:
人民邮电出版社,2005.2,10,68-69
完成期限
指导教师
专业负责人
2011年3月10日
目录
第一章概述3
1.1课题研究的意义3
1.2课题研究的目的4
第2章基本原理与总体设计5
2.1光电二极管工作原理介绍5
2.2NE555集成电路特性5
2.3总体设计方案7
第三章各部分电路设计8
3.1红外检测电路设计8
3.3开关控制电路设计9
3.4电机驱动电路设计10
3.5遥控电路设计11
3.6延时电路设计12
3.7电源单元设计12
3.8报警发声电路设计13
第四章电路的安装调试13
4.1元器件的焊接13
4.2电路的调试14
4.3注意的问题15
第5章总结15
参考文献16
第一章概述
随着现代电子技术计算通信技术的迅速发展,有关防盗报警方面的产品愈来愈丰富。
尤其红外技术得到了迅猛的发展,红外探测技术已渗透到国民经济的各行各业和人们生活的方方面面。
在一些电影、电视剧中我们常可以看到,有些博物馆等安全性要求比较高的场所,在安防电脑系统的屏幕上面,显示着一根根红线,如果有人进入不小心“触”到了这根红线,那么报警器就会发响。
这就是红外线报警器。
课题研究的意义
红外线报警器分主动式和被动式两种
。
主动式红外线报警器,是报警器主动发出红外线,红外线碰到障碍物,就会反弹回来,被报警器的探头接收。
如果探头监测到,红外线是静止不动的,也就是不断发出红线线又不断反弹的,那么报警器就不会报警。
当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候,探头就会检测到有异常,就会报警。
被动式报警器少了一项功能,就是发射红外线。
物理学上告诉我们,当物体的温度高于0K的时候,就会发出红外线,换句话说任何物体都能发出红外线
。
而其后的原理,被动式报警器和主动式是一样的。
红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。
主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成
。
发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线,当被遮断时,接收装置即发出报警信号,因此,它也是阻挡式报警器,或称对射式探测器。
通常,发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。
振荡器产生脉冲信号,经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线,通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束,射向接收端。
接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成
。
光电管将接收到的红外光信号转变为电信号,经整形放大后推动执行机构启动报警设备。
主动式红外报警器有较远的传输距离,因红外线属于非可见光源,入侵者难以发觉与躲避,防御界线非常明确。
主动式红外报警器是点型、线型探测装置,除了用作单机的点警戒和线警戒外,为了在更大范围有效地防范,也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网,乃至组成立体警戒区。
单光路由一个发射器和一个接收器组成。
双光路由两对发射器和接收器组成
。
两对收、发装置分别相对,是为了消除交叉误射;多光路构成警戒面;反射单光路构成警戒区。
课题研究的目的
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。
现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,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。
红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。
其中包括被动式热释电型红外报警器。
还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器,触摸式防盗报警器,红外报警器,红外线声先报警器……
防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统,一般由探测器(报警器)、传输系统和报警控制器组成。
探测器检测到意外情况就产生报警信号,通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号。
探测器(报警器)的种类很多,按所探测的物理量的不同,可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式;按电信号传输方式不同,又可分为无线传输和有线传输两种方式。
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,这时红外线报警器的简易、灵敏度高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,必将为大多数需求者所利用,在人们的防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
第2章基本原理与总体设计
2.1光电二极管工作原理介绍
普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大,以便接收入射光。
光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流;有光照时,反向电流迅速增大到几十微安,称为光电流。
光的强度越大,反向电流也越大。
光的变化引起光电二极管电流变化,这就可以把光信号转换成电信号,成为光电传感器件。
塑膜PIN光电二极管即PH302,PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管,在两种半导体之间的PN结,或者半导体与金属之间的结的邻近区域,在P区与N区之间生成I型层,吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。
具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点
。
2.2NE555集成电路特性
555集成电路开始是作定时器应用的,所以叫做555定时器或555时基电路。
但后来经过开发,它除了作定时延时控制外,还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。
此外,还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路,用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。
由于它工作可靠、使用方便、价格低廉,目前被广泛用于各种电子产品中,555集成电路内部有几十个元器件,有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等,电路比较复杂,是模拟电路和数字电路的混合体,如图2.2所示。
图2.2.1555集成电路内部结构图
555集成电路是8脚封装,双列直插型,如图2(A)所示,按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。
其中6脚称阈值端(TH),是上比较器的输入;2脚称触发端(TR),是下比较器的输入;3脚是输出端(Vo),它有O和1两种状态,由输入端所加的电平决定;7脚是放电端(DIS),它是内部放电管的输出,有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定;4脚是复位端(MR),加上低电平时可使输出为低电平;5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值;8脚是电源端,1脚是地端。
图2.2.2555集成电路封装图
我们也可以把555电路等效成一个带放电开关的R-S触发器,如图3(A)所示,这个特殊的触发器有两个输入端:
阈值端(TH)可看成是置零端R,要求高电平,触发端(TR)可看成是置位端S,要求低电平,有一个输出端Vo,Vo可等效成触发器的Q端,放电端(DIS)可看成是由内部放电开关控制的一个接点,由触发器的Q端控制:
Q=1时DIS端接地,Q=0时DIS端悬空。
另外还有复位端MR,控制电压端Vc,电源端VDD和地端GND。
2.3总体设计方案
为了便于应用与普及,本文采用了便于操作,方案如图11所示。
图2.3系统总体框图
图中,遥控发射和遥控接收电路实现对报警电路的启停控制,用于主人在监视区域时关闭报警;同时可通过遥控进行电机转角、转速控制的设置。
电机转动控制电路在单片机控制下让红外检测探头对监视区域完成周期性的动态扫描。
红外检测电路实现将人体红外信息转变为控制电信号,再判别处理并报警。
开机后,系统首先接收遥控指令,根据指令并解码,启动电机扫动,同时不断判断红外检测电路传来的电平变化,来决定报警。
本设计采用热释电红外探头来检测,可以很好的提高整个系统的灵敏度稳定性等参数,因为正常情况时人体会发出波长在10um左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射出来的红外线而进行工作的当人体进入热释电红外探头的监测区域时,因人体温度与环境温度有明显差别,当传感器检测到环境有温度变化时就会输出一定电压值,若无人或动物进入检测区,或者在探头监测区域内保持静止,则环境温度没有变化,传感器就不会有输出,所以这种传感器适合用于检测运动中的人或动物。
使用可控硅虽然可以控制大电流,但根据可控硅的性能,其导通与关断不易控制,而且本系统中并没使用大电流器件,所以不采用可控硅作为触发开关器件而继电器类型多样,可集成多组开关,可以用红外检测电路输出的高电平经三极管放大后驱动所以本单元选择使用继电器作为开关,利用红外信息处理单元的输出信号控制继电器,利用继电器内的各组开关的通断来控制后级报警装置。
第三章各部分电路设计
3.1红外检测电路设计
本系统采用RE200B热释电红外传感器,用于采集红外线信号以集成电路CS9803GP为核心,辅以少量的外围元件构成信息处理单元,当探头检测到环境中有红外信息变化时,芯片的第11脚由低电平变为高电平,输出保持高电平的时间可通过与第8脚所连的电位器调节。
第9脚可接光敏电阻,用于在光线强的时候屏蔽芯片第11脚的信号输出。
具体的电路图,如图3.1所示
图3.1红外检测单元电路
电路的最大特点是实现了红外线发射与接收工作频率的同步自动跟踪,即红外发射部分不设专门的脉冲发生电路,而直接从接收部分的检测电路引人脉冲(实为AZ的锁相中心频率信号),既简化了线路和调试工作,又防止了周围环境变化和元件参数改变造成的收、发频率不一致,使电路稳定性和抗干扰能力大大增强。
3.3开关控制电路设计
使用集电极电流较大的三极管8050来放大CS9803GP输出的电流,用以驱动继电器,实现开关作用电路中使用二极管IN4001作为续流二极管,避免三极管被击穿相应的电路图,如图3.3所示
图3.3继电器开关电路图
3.4电机驱动电路设计
由于本系统在工作时要求电机带动红外探头在一定的角度范围内做往返运动,所以需要一个可以控制直流电机进行正反转的电路图5所示的是一个H桥电路,由H桥的特点可知,为了能够使电机自动地周期性转换方向,需要有一个装置能够向H桥的两个输入端提供驱动信号。
因此本设计中运用NE556构成控制信号发生电路,能间歇性地向H桥提供一段时间的驱动信号,如图3.4所示
图3.4H桥电路
3.5遥控电路设计
遥控单元分为发射电路与接收电路两部分,发射电路采用NE555时基电路为核心构成无稳态振荡电路,产生脉冲信号,驱动红外发射二极管,具体电路如图3.5所示
图3.5.1红外发射电路
图3.5.1中555电路的振荡频率:
红外接收器采用集成红外接收头SFH506-38,因该接收头能响应较宽频率范围的红外光,所以为了提高报警装置的安全级别,本设计在红外接收电路中采用锁相环音频译码电路具体电路如图3.5.2所示
图3.5.2红外接收电路
3.6延时电路设计
采用555时基电路构成开机延时电路,报警发声电路处于待机状态,开机延迟时间
遥控电路通过Q1控制延时电路电源的通断。
3.7电源单元设计
为了使电机的运行不影响其它单元的正常工作,本设计给电机驱动单元单独供电,为了适应不同功率的电机,电机电源采用可调稳压芯片LM317,以便调节输出电压值如图9所示
图3.7电机驱动单元供电电路
3.8报警发声电路设计
选用性价比相对较高的报警音乐集成芯片,当给芯片的电压输入端通电时其输出端就会输出报警声音信号,驱动扬声器发出报警声。
第四章电路的安装调试
4.1元器件的焊接
元器件选择
R1~R11选用1/4W金属膜电阻器或碳膜电阻器。
RP选用有机实心可变电阻器。
C1~C6选用独石电容器或涤纶电容器;C7和C8选用耐压值为16V的铝电解电容器。
VD1选用TLP104红外光敏二极管或使用3DU系列的光敏晶体管;VD2选用1N4001或1N4007型硅整流二极管。
VS选用1/2W、4V的硅稳压二极管。
VL1和VL2均选用2DU系列的红外发光二极管,使用时将VL1、VL2和VD1分别安装在双筒儿童望远镜的两孔内,再用胶粘牢。
IC1选用NE555型时基集成电路;IC2选用CD4069型六非门集成电路;IC3选用LM567或NE567型音频译码器集成电路;IC4选用们TWH8778型电子开关集成电路;IC5选用KD9561型音效集成电路。
BL选用0.25W、8Ω电动式扬声器。
对元件进行组装焊接,对实验条件进行准备。
4.2电路的调试
接通电源,由音频译码集成电路A2及外接电阻R6电容C3产生40KHZ左右振荡信号,一则作为本身谐振需要;另一方面通过A2第5脚(幅值约6V)、R5加至三极管VT1基极,经VT1电流放大后驱动红外发光二极管VD1向周围窨发射红外光脉冲。
平时,红外光敏二极管VD2接收不到VD1发出的红外光脉冲,A2输出端第8脚处于高电平,由A3及外围阻容元件构成的典型单稳态电路处于复位状态,VT2无偏流截止,报警电喇叭HA断电不发声。
当人或物接近VD1时,由VD1发出的红外线被人体或物体反射回来一部分,并被VD2接收转换成相同频率的电信号,经运放A1放大事,输入到A2第3脚,通过A2内部进行识别译码后,使其第8脚输出低电平。
该低电平信号直接触发A3构成的单稳态电路置位,使A3第3脚输出高电平,VT2获偏流饱各导通,HA通电发出响亮的告警声。
人或物离开VD1监视区域后,虽然VD2推动红外光信号使A2第8脚恢复高电平,但由于存在单稳态电路的延迟复位作用,HA将持续发声一段时间(<60秒),然后自动恢复到待报警状态。
在预定的条件下进行系统的整体性能进行检测,对一定条件下的输出值记录。
得到足够数量的数据进行整体性能分析,得到结论,实际电路符合设计的要求,符合设计的预定结果。
4.3注意的问题
无源器件电阻。
低噪声电路中,一般都选用金属膜电阻器和绕线电阻器,而不使用碳质与碳膜电阻。
但在此电路中对噪声的要求并不高,我们选用了耐压比较高的电解电容,
第5章总结
这次光电检测课程设计是一次综合性的实践过程,是对我们所学的光电检测技术的一次归纳总结。
通过这次课程设计,我对光电池光电转换特性,放大电路的设计有了一定的认识。
经历了这次设计之后,我更深刻地掌握了有关光电放大电路的相关知识。
同时也了解到了有关光电池在光电检测方面的有关成果,发展前景和前沿技术。
本次课程设计在老师的精心指导下,通过查找资料,我最终完成了光电转换放大电路的设计,对光电池输出的光信号放大到0~5.0V。
光电池光电放大电路是光电检测的前端电路,为光电检测后续电路服务,在整个光电检测电路中有非常重要的位置。
但在放大有用信号的同时也对噪声进行了放大,所以在后续电路中对有用信号进行滤波,然后进一步的对检出的有用进行放大。
在本电路中没有考虑噪声,但是在实际的光电检测中,噪声是整个光电检测电路中十分重要的一个环节。
整个设计过程激发了我的浓厚兴趣,在此感谢老师的帮助。
参考文献
[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报,2007,4(5):
4~6.
[2]陈振官,陈宏威等编著,光电子电路制作实例[M],国防工业出版社,2006年
[3]黄继昌等编著,检测专用集成电路及应用[M],北京人民邮电出版社,2006年
[4]雷玉堂,王庆有著,光电检测技术,中国计量出版社,2000年
[5]陈星.关于红外线发射管的功率计算讨论[J].微观电子学期刊.2008,1(7):
10~14.
[6]陈永甫.红外探测与控制电路.北京人民邮电出版社[M].2004.6.
大庆石油学院课程设计成绩评价表
课程名称
光电检测技术
题目名称
红外式住宅安全防盗报警器
学生姓名
杨海珠
学号
070901340212
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规范,图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识,对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语:
指导教师:
年月日
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- 红外 住宅 安全 防盗 报警器 23