紅外報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

1、摘要本次課設(shè)課設(shè)題目為紅外報(bào)警器，是以電路為基礎(chǔ)，低頻電子線路為指導(dǎo)，采用中小規(guī)模集成芯555、三極管、紅外二極管、蜂鳴器和各種電阻設(shè)計(jì)而成。該電路工作原理簡單，由555芯片經(jīng)電源產(chǎn)生的自激信號(hào)為紅外發(fā)射二極管提供電壓使其發(fā)出特定頻率紅外光，紅外接收二極管作為一個(gè)開關(guān)控制蜂鳴器的響與不響。本報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部通道的監(jiān)控報(bào)警作用，也可用來對(duì)重要物品的保護(hù)。通過對(duì)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)及焊接，最后能夠?qū)崿F(xiàn)它的功能。關(guān)鍵字：紅外報(bào)警器；555定時(shí)器；多諧振蕩器。I1 設(shè)計(jì)要求（1）采用紅外對(duì)管電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)其中光路被遮擋時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式報(bào)警。（2）采用LED顯示，0代表未遮擋，1代表光被遮擋。（3）每遮

2、擋一次LED顯示逐次增加。（4）設(shè)置外部按鍵，當(dāng)按鍵按下時(shí)，計(jì)算清零。（5）蜂鳴器的報(bào)警由555多諧振蕩器給出2 方案設(shè)計(jì)用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)并制作紅外報(bào)警器電路。紅外對(duì)管中，紅外接收管可采用光敏二極管，從光敏二極管的特性知，光敏二極管具有受光導(dǎo)通，不受光截止的特性。因此，可以利用光敏二極管作為開光，控制蜂鳴器的響與不響。采用555多諧振蕩器，給蜂鳴器自激信號(hào)，給蜂鳴器提供一個(gè)電源信號(hào)，再通過二極管與4腳相連可控制蜂鳴器狀態(tài)。LED顯示狀態(tài)可采用七段數(shù)碼管顯示數(shù)字0、1，0代表光敏二極管未被遮擋，1代表被遮擋。電路狀態(tài)計(jì)數(shù)可采用74161構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過LED顯示數(shù)字計(jì)數(shù)。在這個(gè)方案

3、中，首先采用555多諧振蕩器給發(fā)生二極管一個(gè)脈沖信號(hào)，這樣才可以使接收二極管產(chǎn)生一個(gè)不對(duì)稱的脈沖信號(hào)，同時(shí)是一個(gè)交流信號(hào)。再由運(yùn)放使交流信號(hào)放大，并且需要利用三極管的開關(guān)作用對(duì)蜂鳴器的支線進(jìn)行短路或者不短路。本方案中元件選取雖多，但是多是用到相同元件控制，在達(dá)到同一目的情況下電路相對(duì)簡單，成本更低的方案。3 元件及芯片的介紹3.1 555多諧振蕩器：圖3.1多諧振蕩器電路由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖示，圖中電容C、電阻R1、R2作為振蕩器的定時(shí)元件，決定著輸出矩形波正負(fù)脈沖的寬度。定時(shí)器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連，集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用

4、以控制電容C的沖放電，外界控制輸入端（5腳）通過電容接地。3.2 74161集成計(jì)數(shù)器圖3.2加法計(jì)數(shù)器如圖示為74161構(gòu)成的一個(gè)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，初始狀態(tài)為0。74161翻轉(zhuǎn)是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿完成的，MR是異步清零端，ENP、ENT是使能控制端，LOAD置數(shù)端，D0、D1、D2、D3是四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，RCO是進(jìn)位輸出端。異步清零：當(dāng)MR非為零時(shí)，其他輸入任意，可以使計(jì)數(shù)器立即清零。計(jì)數(shù)：當(dāng)MR非等于LOAD非等于1，ENP=ENT=1時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CLK的上升沿到來時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。Q端的狀態(tài)按自然態(tài)序變化。 表3.1 74161功能表3.3 BCD-七段譯碼器7448BCD七段譯碼器

5、7448輸入是4位碼，對(duì)應(yīng)的輸出是7位碼，且可能是多位有效。嚴(yán)格地說，稱之為代碼變換器更為確切，但習(xí)慣上仍稱之為BCD七段顯示譯碼器。7448的符號(hào)如下圖。圖3.3 BCD七段譯碼管7448該芯片的輸入A、B、C、D是4位BCD碼，輸出是七段反碼。某一位輸出為0表示將數(shù)碼管對(duì)應(yīng)段點(diǎn)亮，為1表示對(duì)應(yīng)段熄滅。試燈輸入，檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光當(dāng)LT非=0時(shí)，無論輸入A、B、C、D為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常，是顯示8。3.4 七段數(shù)碼管 七段數(shù)碼管也稱七段LED數(shù)碼管，結(jié)構(gòu)圖如下圖示。它是由七個(gè)離散的發(fā)光二極管集成在一起排列成8字形成，用于顯示十進(jìn)制數(shù)字。LED數(shù)碼管的

6、內(nèi)部有共陽極接法和共陰極接法兩種，本方案用共陰極LED數(shù)碼管。共陰極接法的數(shù)碼管是陰極共同接地，陽極經(jīng)限流電阻接高電平。圖3.4七段數(shù)碼管 通常數(shù)碼管的每個(gè)發(fā)光段由多個(gè)二極管組成，需要較大的驅(qū)動(dòng)電壓和電流，由于TTL集成的電路低電平驅(qū)動(dòng)能力比高電平驅(qū)動(dòng)能力大的多，所以常用低電平有效的OC門輸出的七段譯碼器來驅(qū)動(dòng)。4 系統(tǒng)的組成和工作原理4.1 紅外發(fā)射電路 此電路主要由一個(gè)電阻和紅外發(fā)光二極管。發(fā)射管在外加電壓的作用下可發(fā)射紅外光，這種紅外光可以被紅外接收二極管接收。發(fā)光二極管的工作電壓為外接收管受到紅外線照射，就會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)，否則處于截止?fàn)顟B(tài)。發(fā)光二極管的工作電流為5mA-20mA之間范圍

7、內(nèi)才能發(fā)光，根據(jù)計(jì)算可得此時(shí)與發(fā)光二極管之間串聯(lián)的電阻為250到1000之間故在電路中選用了5V電壓和510電阻。此時(shí)處于開始發(fā)射紅外線。圖4.1 紅外發(fā)射電路4.2 紅外接收電路紅外接收管采用紅外光敏二極管，為了保護(hù)紅外光敏二極管，選用R6為30k歐姆。555構(gòu)成的多謝振蕩器取R4=10k歐姆，R5=4k歐姆，C3=100nf，此時(shí)可達(dá)到800Hz，C4的作用是提高555的抗干擾能力，取C4=10nf。本部分工作原理如下：當(dāng)紅外接收二極管接收到紅外線時(shí)，接收二極管導(dǎo)通，使得555芯片的4管腳短接，從而555芯片不工作，不會(huì)產(chǎn)生自激作用，因此蜂鳴器兩端沒有電壓則不響。反之，當(dāng)紅外接收二極管沒有

8、接收到紅外線時(shí)，接收二級(jí)管截止，555芯片正常工作，給蜂鳴器提供電壓，則蜂鳴器響。圖4.2紅外接收電路4.3 狀態(tài)顯示電路此部分采用高電平有效的七段譯碼器驅(qū)動(dòng)(7448芯片)和共陰極LED七段數(shù)碼管。由7448功能表知，把A1、A2、A3腳接地，A0腳的高低電平可控制數(shù)碼管顯示1、0狀態(tài)。因此，通過與紅外接收電路中紅外接收管相接可判斷紅外光是否被遮擋。圖4.3狀態(tài)顯示電路4.4 計(jì)數(shù)和清零電路 此部分采用計(jì)數(shù)器74161、七段譯碼器7448和七段數(shù)碼管。74161為四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，采用二進(jìn)制編碼，初始狀態(tài)為零。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器Sn-1的二進(jìn)編碼為Sn-1=0000+1001=1001，反饋邏

9、輯LOAD=Q3Q0。MR腳通過按鈕接地可控制計(jì)數(shù)器清零。圖4.4計(jì)數(shù)和清零電路5 系統(tǒng)元件參數(shù)計(jì)算 紅外接收電路，由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的紅外接收電路。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，取R4=10千歐姆，R5=4.0千歐，C2=100nF此時(shí)可以達(dá)到所要求的30KHz頻率。電容C2的作用是抗干擾作用，取C3=10nF。為保護(hù)555芯片，與三管腳串聯(lián)一個(gè)電阻R8，取R3=100歐。 理論計(jì)算結(jié)果：f1=1.43/(R4+2R5)*C)=794Hz6 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果在調(diào)試過程中，電源正負(fù)極且不可接反，否則二極管很容易被擊穿或燒掉。接收二極管的電阻必須足夠大保護(hù)二極管不會(huì)被擊穿。確保電路正確后，再經(jīng)調(diào)試，看器件是否正常工作。在紅外接收管未被遮擋住時(shí)，狀態(tài)顯示電路中數(shù)碼管顯示0，符合設(shè)計(jì)要求，0代表未遮擋。如下圖。圖6.1狀態(tài)顯示電路結(jié)果當(dāng)光線被遮擋第7次時(shí)，計(jì)數(shù)顯示電路中數(shù)碼管顯示7，正確的顯示了紅外接收管失光次