數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)-紅外線

1、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院課程設(shè)計(jì)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 電氣工程及其自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)題 目 數(shù)字電子課程設(shè)計(jì) 紅外線報(bào)警器 系 別 信息工程系 學(xué)生姓名 個(gè)人 專(zhuān) 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 04266778 指導(dǎo)教師 和 談 職 稱(chēng) 高級(jí)工程師 2012年5月31日1目錄摘要11、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容21.1概述21.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求21.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)22、 元件及工具說(shuō)明42.1三極管工作原理52.2電阻電容穩(wěn)壓管等的工作原理52.3紅外線傳感器63、安裝調(diào)試過(guò)程64、故障分析75、總結(jié)7摘要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。人們對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)及自身安全保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，因而對(duì)安防措施

2、提出了新的要求。WFS-308紅外線防盜報(bào)警器是利用人體發(fā)出的紅外線信號(hào)作為信號(hào)源，經(jīng)雙元被動(dòng)式熱釋紅外傳感器接收，通過(guò)放大電路的模擬放大、波形整形等處理后，將微弱的人體信號(hào)變成一定幅度的數(shù)字電壓信號(hào)，結(jié)合邏輯電路處理，最后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。該報(bào)警器電路采用了220V市電供電，將變壓器降壓，有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。該報(bào)警器能探測(cè)人體發(fā)出的紅外線，當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，適用于家庭、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場(chǎng)合防盜報(bào)警。這種電路把紅外線的隱蔽性很好地應(yīng)用于報(bào)警系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)了防盜報(bào)警功能，達(dá)到了安全防護(hù)之目的。關(guān)鍵詞：熱釋電紅外 傳感器 安防 報(bào)警器 1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.

3、1概述 220V交流市電經(jīng)降壓、整流、濾波后向三端穩(wěn)壓集成電路IC1供電在其輸出端輸出穩(wěn)定的5V直流電壓。當(dāng)人體散發(fā)出的紅外線信號(hào)被熱釋電傳感器拾得，輸出放大的人體信號(hào)，經(jīng)C2、R9耦合后，送入IC2的2腳，經(jīng)二級(jí)放大后，得到一個(gè)幅值較大的人體信號(hào)，經(jīng)R8耦合，送入電壓比較器，當(dāng)人體信號(hào)出現(xiàn)正幅值時(shí)，其電壓高于同相輸入端的電壓值，此時(shí)輸出腳便輸出低電平信號(hào)，C12上的電荷經(jīng)VD5流入IC2的7腳，C12上的電荷得到釋放，電壓比較器的反相輸入端低于同相輸入端，此時(shí)輸出信號(hào)輸出高電平信號(hào)。當(dāng)有人體有效信號(hào)的高電平到來(lái)時(shí)，與非門(mén)輸出低電平，經(jīng)反相后輸出高電平，從IC3的4腳輸出高電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)振蕩電

4、路工作。VT2、VT3等元件組成振蕩電路，當(dāng)VT1導(dǎo)通后，VT2、VT3組成的多諧振蕩電路工作，產(chǎn)生的方波信號(hào)，經(jīng)R15控制開(kāi)關(guān)VT4，向有源蜂鳴器間斷式供電，蜂鳴器中產(chǎn)生“嘟、嘟、嘟”的報(bào)警聲。當(dāng)人體信號(hào)消失后一定時(shí)間后，VT1關(guān)斷，報(bào)警電路停止工作。1.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求當(dāng)有人在報(bào)警器前面走過(guò)時(shí)，便會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，可以為作家庭防盜使用。電路采用雙元被動(dòng)式熱釋電傳感器作為紅外線的接收傳感器，經(jīng)運(yùn)算放大電路放大與處理后，將人體信號(hào)變成電信號(hào)，最后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。要求： （1）一定要認(rèn)真地焊接，元器件不能發(fā)生差錯(cuò)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)電路圖的分析能夠檢查電路故障。 （2）通過(guò)人體散發(fā)的紅外線信號(hào)能夠正確的

5、接收，產(chǎn)生蜂鳴。 （3）應(yīng)用對(duì)象：各大商場(chǎng)，公共場(chǎng)所監(jiān)測(cè)等。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)警器主要由電源電路、人體信號(hào)檢測(cè)電路、延時(shí)電路和音頻電路組成。由電路圖知，當(dāng)人體的紅外線信號(hào)被熱釋電傳感器拾得后信號(hào)端輸出微小的電壓信號(hào)，送入IC2的同相輸入端13腳，在一級(jí)放大后經(jīng)C2、R9耦合后，送入IC2的2腳，經(jīng)二級(jí)放大后，得到一個(gè)幅值較大的人體信號(hào)，經(jīng)R8耦合，送入電壓比較器，當(dāng)人體信號(hào)出現(xiàn)正幅值時(shí)，其電壓高于同相輸入端的電壓值，此時(shí)輸出腳便輸出低電平信號(hào)，C12上的電荷經(jīng)VD5流入IC2的7腳，C12上的電荷得到釋放，電壓比較器的反相輸入端低于同相輸入端，此時(shí)輸出信號(hào)輸出高電平信號(hào)。此間即使沒(méi)有人體信號(hào)

6、輸入，由于C12上的電荷是通過(guò)R11進(jìn)行充電，一時(shí)間C12上的電壓也不會(huì)高于IC2的10腳，因此可以保持輸出端的高電平輸出，若此間一直有人體信號(hào)輸入，則C12上的電荷將一直被釋放，因此也將長(zhǎng)期保持高電平輸出。由于熱釋電傳感器在開(kāi)始上電時(shí)，會(huì)有信號(hào)輸出，因此必須設(shè)計(jì)延時(shí)電路，在上電初期，就算傳感器有信號(hào)輸出，也不能啟動(dòng)報(bào)警。R12、C11組成延時(shí)電路，剛上電時(shí)，C11兩端電壓為0，與非門(mén)的輸入端為低電平，其輸出端為高電平，經(jīng)反相后，IC3的11腳輸出低電平LED2熄滅，同時(shí)由于IC3的11腳與2腳相連，與非門(mén)被封鎖，此時(shí)就算人體檢測(cè)電路有信號(hào)輸入，IC3的1腳輸入信號(hào)被封鎖，報(bào)警電路不工作。當(dāng)C

7、11上的電荷充到足夠多時(shí)，IC3的8、9腳電平達(dá)到高電平值，此時(shí)與非門(mén)翻轉(zhuǎn)，經(jīng)反相后，11腳輸出高電平，指示燈LED2點(diǎn)亮，同時(shí)IC3的2腳也為高電平，此時(shí)與非門(mén)被打開(kāi)，人體信號(hào)通道被打通，當(dāng)有人體有效信號(hào)的高電平到來(lái)時(shí)，與非門(mén)輸出低電平，經(jīng)反相后輸出高電平，從IC3的4腳輸出高電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)振蕩電路工作。VT2、VT3等元件組成振蕩電路，當(dāng)VT1導(dǎo)通后，VT2、VT3組成的多諧振蕩電路工作，產(chǎn)生的方波信號(hào)，經(jīng)R15控制開(kāi)關(guān)VT4，向有源蜂鳴器間斷式供電，蜂鳴器中產(chǎn)生“嘟、嘟、嘟”的報(bào)警聲。當(dāng)人體信號(hào)消失后一定時(shí)間后，VT1關(guān)斷，報(bào)警電路停止工作。2、 元件及工具說(shuō)明序號(hào)標(biāo)識(shí)元件名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格數(shù)

8、量1R1、7、12、13電阻1M42R2、3電阻47K23R4、8、9、16、19電阻10K54R5、R6電阻270K、82K各15R10、14、15電阻2.2K36R11、20電阻2M、1K各17R17、18電阻100K28W1電位器300K19C1、3、5、7-9瓷片電容103610C2、4、12電解電容10uF/16V311C6、11電解電容100uF/16V212C10、13電解電容470uF213C14、15電解電容1uF214VD1-4二極管1N4007415VD5、6二極管1N4148216IR1紅外傳感器 - 117LED1發(fā)光二極管長(zhǎng)腳3118LED2發(fā)光二極管5紅119VT

9、1、2、3三極管9013320VT4三極管9012121SP1蜂鳴器5V有源122T1電源變壓器2W/9V123IC1三端端壓LM7085124IC2集成電路LM324125IC3集成電路CD4011126 -接線柱301-2127 -外殼 -128 -二芯插座含線129 -有源線 -130 -膠粒 -231 -自攻螺絲2.5*6632 -線路板WPS-30812.1三極管工作原理 三極管共有三個(gè)電極，各電極的電流分別是：基極電流，用IB表示；集電極電流，用如表示；發(fā)射極電流，用IE表示。無(wú)論是NPN型還是PNP型三極管，三個(gè)電極電流之間關(guān)系相同。三極管具有電流放大作用，它是電流控制器件，是用

10、很小的基極電流IB來(lái)控制比較大的集電極電流IC和發(fā)射極電流IE,沒(méi)有IB,就沒(méi)有IC和IE。三極管能夠?qū)斎腚娏鬟M(jìn)行放大。在各種放大器電路中，就是用三極管的這一特性來(lái)放大信號(hào)的。在三極管電路中，三極管的輸出電流IC或IE是由直流電源提供的；基極電流IB則是一部分由所要放大的信號(hào)源電路提供，另一部分也是由直流電源提供的?；鶚O電流IB由兩部分組成：直流電源提供的靜態(tài)偏置電流和由信號(hào)源提供的信號(hào)電流。綜上所說(shuō)，三極管能將直流電源的電流按照輸入電流IB的要求（變化規(guī)律）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流IC和IE。從這個(gè)角度上講，三極管是一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器件。2.2電阻電容穩(wěn)壓管等的工作原理電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)電阻是所有電子電路中使

11、用最多的元件。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說(shuō)它是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過(guò)它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓分流的作用，對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)，交流與直流信號(hào)都可以通過(guò)電阻。電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢(shì)差增加1伏所需的電量，叫做電容器的電容。它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、隔直流等電路中。穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說(shuō)在一定功率損耗范圍內(nèi)），端電壓幾乎不變，

12、表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。二極管又稱(chēng)晶體二極管,它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。集成電路是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。2.3紅外線傳感器 利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。包括光學(xué)系統(tǒng)、檢

13、測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。3、安裝調(diào)試過(guò)程1、元器件安裝時(shí)，對(duì)照原理圖和線路板上的標(biāo)識(shí)，在制作時(shí)也可按單元電路分開(kāi)安裝并測(cè)試，這種方式有利于初學(xué)者分析電路，查找安裝過(guò)程中在的問(wèn)題；2、先安裝電源電路。將電路部分元件全部裝于線路板上，注意整流二極管安裝時(shí)一定要注意方向，反裝將使整流橋電路短路。另外兩只濾波電解電容裝時(shí)也有極性之分，在線路板上兩個(gè)引腳符號(hào)上也有相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，正極標(biāo)有“+”，三端穩(wěn)壓電路也是有極性的元件，裝時(shí)注意。這部分電路的元件安裝完成后，即可通電測(cè)試。先測(cè)量變壓器次級(jí)交流電壓，這里

14、采用了9V變壓器，實(shí)際測(cè)量時(shí)由于會(huì)受到當(dāng)?shù)仉妷褐档纫蛩氐挠绊?，輸出的電壓?V左右。有些制作者對(duì)電子知識(shí)基礎(chǔ)非常差，會(huì)把變壓器的初級(jí)和次級(jí)接反，那樣一通電，變壓器馬上會(huì)燒毀。若無(wú)法區(qū)分，可以安裝前測(cè)量?jī)蓚€(gè)繞組的直流電阻阻值，阻值大的為初級(jí)，小的為次級(jí)。交流電壓正常后，測(cè)量整流輸出電壓值，全波整流經(jīng)電容濾波后，輸出的直流電壓在12V左右，若正常，同時(shí)可看到電源指示燈點(diǎn)亮。再測(cè)三端穩(wěn)壓器的輸出電壓值，應(yīng)為4.9-5.1V間，若偏離較大，說(shuō)明電路有問(wèn)題，用手碰IC1的散熱片，若有發(fā)燙，說(shuō)明電流過(guò)大，極有可能是輸出端濾波電容反裝造成，應(yīng)斷電檢查。3、報(bào)警電路。將VT1-VT4及相關(guān)元件安裝完成。通電，

15、用鑷子將VT4的C、E極短路，此時(shí)應(yīng)聽(tīng)到蜂鳴器連續(xù)發(fā)出的“嘟-”聲，若不正常，應(yīng)查看蜂鳴器是否有接反，在蜂鳴器正面標(biāo)有“+”，同時(shí)在插座引出線的線路板上也標(biāo)有“+”，反裝將不會(huì)發(fā)聲。若正常后，再將VT1的C、E腳短接，此時(shí)可聽(tīng)到“嘟、嘟、嘟”的間斷式報(bào)警聲。4、將4011相關(guān)元件安裝完成。通電，開(kāi)始時(shí)LED2不亮，延時(shí)一段時(shí)間后，點(diǎn)亮，此時(shí)將4011的第1腳接入5V正電源，正常應(yīng)聽(tīng)到蜂鳴器發(fā)出的報(bào)警聲，當(dāng)5V電源斷開(kāi)時(shí)，報(bào)警聲停止。5、紅外人體信號(hào)檢測(cè)電路。這部分電路的調(diào)試具有一定的技巧，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏性。這部分元件安裝完成后，可先斷開(kāi)VD6，用萬(wàn)用表測(cè)量IC2第5腳電壓值，并記

16、錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后測(cè)量IC2第6腳電壓值。由于熱釋電傳感器在剛上電時(shí)有個(gè)充電穩(wěn)定過(guò)程，因此開(kāi)始的數(shù)據(jù)可忽略，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，6腳電壓應(yīng)低于5腳電壓值，且值在一個(gè)較小范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)用手在傳感器前晃動(dòng)一下后，可看到6腳電壓會(huì)在較大范圍內(nèi)變化，最大值會(huì)超過(guò)5腳電壓值。當(dāng)人體信號(hào)消失后，6腳電壓又會(huì)回到低于5腳電壓的穩(wěn)定值內(nèi)。若測(cè)得6腳的電壓值一直在較大范圍內(nèi)變化，說(shuō)明系統(tǒng)靈敏度過(guò)高，容易產(chǎn)生誤報(bào)，此時(shí)可調(diào)節(jié)W1阻值，適當(dāng)降低參考電壓值，反復(fù)測(cè)量電壓，直到系統(tǒng)進(jìn)行正常工作狀態(tài)。W1的阻值直接影響到靈敏度與穩(wěn)定性，只能取一中間值，靈敏度高，探測(cè)距離就遠(yuǎn)，但是穩(wěn)定性相對(duì)較低，靈敏度過(guò)高容易產(chǎn)生誤報(bào)，而

17、當(dāng)靈敏度低時(shí)，穩(wěn)定性好，但是探測(cè)距離就近，這點(diǎn)制作者在實(shí)際調(diào)試時(shí)需靈活掌握。6、蜂鳴器的安裝。蜂鳴器是有極性元件，反裝將不能正常發(fā)聲。安裝時(shí)先將蜂鳴器放于外殼中，然后用電烙鐵熔化塑料膠，將其固定，冷卻后再松開(kāi)手。蜂鳴器兩個(gè)引出極在沒(méi)有安裝前先仔細(xì)核對(duì)，長(zhǎng)的一腳為正極，在裝好后焊引出接線時(shí)必須注意。4、故障分析1、LED不亮：是否焊接焊實(shí)，焊接是否接觸不良，二極管極性是否插反，電路板焊點(diǎn)是否完好。檢查焊接是否出現(xiàn)拉絲，搭錫等情況。2、靈敏度與穩(wěn)定性的掌握：只能取一中間值，靈敏度高，探測(cè)距離就遠(yuǎn)，但是穩(wěn)定性相對(duì)較低，靈敏度過(guò)高容易產(chǎn)生誤報(bào)，而當(dāng)靈敏度低時(shí)，穩(wěn)定性好，但是探測(cè)距離就近，這點(diǎn)制作者在實(shí)

18、際調(diào)試時(shí)需靈活。3、蜂鳴器的安裝：蜂鳴器是有極性元件，反裝將不能正常發(fā)聲。5、總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，我獲益匪淺，在實(shí)踐中培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。從開(kāi)始的焊接到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的查閱資料，請(qǐng)教老師、同學(xué)，到最終的成功。我學(xué)到了很多，這不僅僅是學(xué)習(xí)上，我的綜合能力也得到了提升。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次學(xué)習(xí)制作中，我充分理解了數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課程，在實(shí)踐中更加深入的將上課中所講到的知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。同時(shí)也在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了自己的不足急需要改進(jìn)的地方。通過(guò)這段時(shí)間的數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)；通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意思和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握了無(wú)線電和數(shù)電的應(yīng)用的一般規(guī)律，也培養(yǎng)了分析和解決問(wèn)題的能力；通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及對(duì)運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)設(shè)計(jì)資料的查閱，對(duì)自己進(jìn)行了一個(gè)全面的電子技術(shù)設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)