红外报警器的设计.docx

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红外报警器的设计

第一章绪论

1.1国内外的研究现状及研究意义

随着社会的发展，人们安防意识的提高，现代化的安防技术得到了广泛的应用。

为了防止非法的入侵和各种破坏活动，传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位安全保卫工作的需要。

人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，亦难免出现漏洞和失误。

近年来由于红外线是不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，所以众多的红外产品也逐渐应用到小区的安保之中，但大多数都应用在夜间照明，以提高监控性能。

同比国外的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、红外发射／接收以及微波等技术为基础。

利用科技手段和有效的物业管理，改变人们安全防范的方法和手段，从单一封闭式、被动型安全防范模式向多元化、综合化、电控化以及红外报警处理方向发展。

目前国际上应用最多的是主动红外对射总线制报警主机的方式，这种方式具有技术成熟、可靠性高、易扩展、操作简便、经济性好等优点。

1.2红外报警分类

红外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,就触发反警。

在温度异常的情况下，也会产生误报警的情况。

第二章设计方案

本设计是基于红外发射-接收对管，红外发射管发射红外光，接收管接收光线，当接收管接收不到红外光的时候，而使红外接收电路电流发生变化，红外管和限流电阻之间电位变化，然后经过三极管将变化的信号放大，从而可以驱动继电器。

继电器的开合，当接收不到红外光的时候，继电器没有导通，555定时器组成的多谐振荡器的不能工作，当接收到红外光的时候继电器导通，多谐振荡器工作，输出端输出占空比接近1:

1的方波，方波的频率是6.3HZ，输出端再加上一定的驱动电路来驱动LED和蜂鸣器，从而驱动LED发功二极管的闪烁，和蜂鸣器的嘀嘀的报警声。

本设计各部分电路只需+5V电源供电，采用一个5V的直流稳压电源供电。

第三章设计原理

3.1第一级电路：

光控电路

图3.1第一级光控电路

该光控电路由一对红外收发管、三极管，继电器和一个反向保护二极管组成。

红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。

它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。

红外线发射管的接法和一般发光二极管接法一样。

需要串联一个限流电阻。

本设计采用了1K的限流电阻。

使电流保持在5ma左右。

红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件。

红外接收管接收到的是模拟量，本设计在第一级工作电路中，使用三极管来处理红外接收管接收到的模拟量，将其转变为高低电平，使在接收管未接收到红外光时为高电平，接收到红外光时转变为低电平，从而导通继电器，使继电器吸合，将下一级电路导通。

其中继电器是一种电控制器件。

它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。

通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

在本设计中，由于继电器内部有一个线圈，这个线圈在通电时会产生一个比较高的反向电压，为了防止这个反向电压可能会倒灌到控制电路中击穿控制电路的元器件，在继电器的线圈两端反向并入一个二极管来吸收这个反向电压，二极管的接法是继电器与控制电路的正极连接的一端接二极管的负极，继电器与负极连接的一端接二极管的正极。

3.2第二级电路：

多谐振荡器

图3.2第二级多谐振荡器电路

555定时器构成的多谐振荡器其工作原理，是在接通电源后，电容

被充电，第2管脚电压设为

，

上升，当

上升到

时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时OUT输出为低电平，电容

通过

和T放电，使

下降，当

下降到

时，触发器又被置位，OUT电平翻转为高电平。

电容器

放电所需的时间为

当

放电结束时，T截止，

将通过

、

向电容

充电，

由

上升到

所需的时间为，

当

上升到

时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率

多谐振荡器波形如图：

图3.3多谐振荡器输出波形

经计算，本设计的多谐振荡器的参数为：

第四章元器件选择

4.1红外线发射管

图4.1红外发射管

红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。

它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。

红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。

红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。

4.2红外线接收管

图4.2红外接收管

红外线接收管是在LED行业中命名的，是专门用来接收和感应红外线发射管发出的红外线光线的。

一般情况下都是与红外线发射管成套运用在产品设备当中。

特征与原理：

红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。

红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。

没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。

当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：

光生载流子）。

它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。

这种特性称为“光电导”。

红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。

如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

4.3继电器JRC-21F

图4.3继电器JRC-21内部原理图

本设计所用的继电器型号是JRC-21F其内部构造如图4.3

当中间两个引脚接通5v电压（两个引脚无正负）的瞬间，会听见磁铁相吸的啪嗒声，这时常开触点闭合，常闭触点断开，断电后触点归位。

JRC-21F2ADC5V的一些参数如下

2A输出电流最大值

5V控制继电器线圈的电压值

外型尺寸（L×W×H）15.5×11×11.5mm

触点负载1A,3A/125VAC,30VDC

触点接触电阻≤50mΩ

最大切换功率30W62.5VA

最大切换电压30VDC125VAC

最大切换电流3A

线圈功耗0.2W,0.36W,0.45W

线圈额定电压5VDC

吸合电压Max75%额定电压

释放电压Min10%额定电压

动作时间≤5ms

释放时间≤5ms

线圈允许最大电压VDC（max）110%额定电压

绝缘电阻1000MΩ

重量3.5g.

4.4NE555定时器

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号

NE555的主要特点：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

NE555的结构图和引脚配置图如图4.4：

图4.4NE555内部结构图和引脚配置图

NE555的基本参数：

供应电压4.5-18V，供应电流3-6mA，输出电流225mA（max），上升/下降时间100ns。

4.5无源蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发生器件。

蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

1.压电式蜂鸣器：

压电式蜂鸣器主要由多谢振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。

2.电磁式蜂鸣器：

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。

振动膜片在电磁线圈的相互作用下，周期性地振动发声。

第五章总结

这为期一周的课程设计与制作，过程很曲折。

在此期间，我由以开始的热情高涨，到接到题目后的一头雾水，摸不着头脑，经过一番努力不见成效，也因此而失落过。

之后经过与同学的探讨与学习，才有点眉目，劲头又充足起来，经过多少此尝试与失败之后，最终使我学到了很多东西，并且加深了对课本知识的认识和理解。

我真正领略到真正的学习是从实践中见真知，只学习本课本知识是远远不够的。

通过自己动手实践，我才真正领略到“艰苦奋斗”是多么沉重的！

在这次课程设计中，虽然内容比较多，但我不愿意放弃，“不抛弃不放弃”，坚持就是胜利。

在这次设计中，最头疼的就是系统整体方案的设定了，因为整个系统的相互之间是相互制约，相互联系的。

每一个系统的设定都要考虑到其余子系统的工作条件等因素。

整体方案设定完之后，就是系统电路的搭建了，和各个系统元器件的选型，市面上元器件的种类繁多，如何找到适合自己设计的系统的元器件犹如大海捞针。

随着设计的加深，对于元器件的掌握越熟练的时候，对于设计系统，是会非常轻车熟路的，所以在以后的学习过程中，我要多联系实际去理解学习到的知识。

红外报警电路是在现实生活中应用面很广泛的，给人们的生活带来了很多的安全。

电子技术的发展已经给人们的生活带来了质的变化，我要更加努力学习电子知识，以后在电子方面为人们的生活更加增添光彩。

通过这次课程设计，我锻炼了自己理论与实际相结合的能力，不再有单纯学习理论知识的学习状态。

通过结合实际锻炼了运用所学专业基础知识，解决实际工程问题的能力。

同时也提高了我查阅文献资料，设计PROTEL原理图的专业能力水平，提高了了整理和总结设计文档报告的能力。

最后，感谢学校给予我这次课程设计的机会，使我的能力得到了进一步的提高，在今后的学习中，我会更加努力，将来用自己学习到的知识造福人类。

参考文献

[1]李银华主编.电子线路设计指导.北京：

北京航空航天大学出版社，2005.

[2]陈尔绍等编著.电子控制电路实例.北京：

电子工业出版社，2004.

[3]刘修文等编著.电子控制电路300例.北京：

机械工业出版社，2005.

[4]康华光主编.电子技术基础：

模拟部分.北京：

高等教育出版社，1996.

[5]康华光主编.电子技术基础：

数字部分.北京：

高等教育出版社，2000.

[6]张庆双等编著.实用电子电路.北京：

机械工业出版社，2003.

[7]于安红主编.简明电子原器件手册.上海：

上海交通大学出版社，2005.

附录

附录1：

元器件清单

序号

名称

代号

规格型号

数量

1

电阻

R1,R2，R3，R4，R7，R8，R9

1K

7

2

电阻

R5，

30K

1

3

电阻

R6

18K

1

8

555定时器

U1

1

10

蜂鸣器

B

1

11

电解电容

C1

4.7uf

1

12

电解电容

C3

47uf

1

13

电容

C2

0.01uf

1

14

三极管

Q1，Q4

PNP8550

2

15

三极管

Q2，Q3

NPN8050

2

16

红外发射

D1

1

17

红外接收

D2

1

18

二极管

D3

1N4007

1

19

发光二极管

D4，D5

2

20

继电器

JR1

JRC-21F

1

21

无源蜂鸣器

B1

1

附录2：

555红外报警电路全图