紅外報警系統(tǒng)課程設計

1、廣州大學物電與電子工程學院光信息專業(yè)課程設計報告 教師評語:成績： 評閱教師 日期 摘要：本文概述了紅外發(fā)射和接收的基本原理和特點，介紹了74LS00、74LS74、74LS75、LM358和555芯片的功能應用，并介紹了其應用于紅外防盜報警系統(tǒng)的設計方案，并對其進行了調(diào)試及性能分析。關(guān)鍵詞：防盜 報警 紅外一、前言：紅外發(fā)射管是由紅外發(fā)光二級管矩組成發(fā)光體，用紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵）制成PN結(jié)，正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光，其光譜功率分布為中心波長830950nm。LED是英文Light Emitting Diode的簡稱，表現(xiàn)是正溫度系數(shù)，電流越大溫度越高，溫度越高電流越大

2、，LED紅外燈的功率和電流大小有關(guān)，但正向電流超過最大額定值時，紅外燈發(fā)射功率反而下降。紅外發(fā)射管（紅外線燈管）可廣泛用于紅外攝像機、音頻輸出等紅外引用產(chǎn)品中，其里面晶片功率大小通常決定發(fā)射距離，但紅外監(jiān)控攝像機效果又與紅外燈的角度，燈組多少，機板，鏡頭等有關(guān)。紅外攝像機設計距離較近就用角度較大的IR發(fā)射管，并且還要跟鏡頭視角相配合;20米以上的必須用臺灣正型12mil以上晶片，日本的也行。由于市場無序競爭，廠家標榜的照射距離和實際可視距離概念不清，大部分小的紅外攝像機生產(chǎn)商為了降低生產(chǎn)成本大量采用國產(chǎn)及臺灣10mil、8mil晶片，甚至散型晶圓封裝的（包括封裝廠IR發(fā)射管不良品）做正型紅外燈

3、來裝配攝像機。建議打長距離的用戶還是用正型晶片封裝的IR發(fā)射管，如臺灣鼎元、光磊（鼎元相對衰減慢、夜視清晰）。紅外接收管，紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。 內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出 高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。 紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個

4、引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應選用相應解調(diào)頻率的接收頭。 利用紅外發(fā)射、接收的特性可以應用于信號的傳輸，本設計就是介紹紅外信號觸發(fā)報警系統(tǒng)，從而實現(xiàn)防盜功能。二、設計方案：電路中由發(fā)射和接受部分組成，發(fā)射部分由555芯片、電阻器R1、電位器R2、電容CAP和紅外發(fā)射管組成。接收部分由電阻器R1、R2、R4、R8、R9，電位器R3、R7，電容C1、C2,芯片74LS175、74LS74、74LS00、555、LM358，三極管9014，紅外接收1838，蜂鳴器，復位開關(guān)組成。當紅外接收和發(fā)射正對沒障礙物時，74LS175的4腳的電位為低，2腳輸出的電壓為低，蜂鳴器

5、不響。當紅外接收和發(fā)射正對有障礙物通過時，紅外接收產(chǎn)生一個脈沖，74LS175的4腳的電位由低變高，然后變低，2腳輸出的電壓被鎖存為高，蜂鳴器響。當按下復位開關(guān)，蜂鳴器關(guān)閉。發(fā)射電路:接收電路： 三、理論計算：器件功能參數(shù)：1、 紅外發(fā)射二極管常用的紅外發(fā)光二極管（如SE303.PH303)，其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。 發(fā)射紅外線去控制相應的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流

6、成正比，只需盡量提高峰值Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高Ip的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為1/3-1/4；一些電器產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大類。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動管上加上一定頻率的脈沖電壓。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收二極管，光電三極管等。

7、實用中已有紅外發(fā)射和接收配對的二極管。2、1838紅外接收頭1紅外信號收發(fā)系統(tǒng)的典型電路如圖1所示，紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。 2內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號， 3然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流 4信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調(diào)電路和積分電路進入比較器，比較器輸出 5高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈

8、敏度。 6一體化紅外接收頭，如圖2所示： 圖2 紅外接收頭 紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制 載波的不同應選用相應解調(diào)頻率的接收頭。 紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。 3、74LS175175 為四上升沿D 觸發(fā)器，當清除端（CR ）為低電平時，輸出端Q 為低電平。在時鐘（CP）上升沿作用下，Q 與數(shù)據(jù)端（D）相一致。當CP 為高電平或低電平時，D 對Q 沒有影響。引腳圖：邏輯圖：4、74LS74在TTL電路中，比較典型的d觸發(fā)器電路有74ls74。7

9、4ls74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。邏輯圖及引腳圖：5、74LS0074LS00為四個二輸入與非門，其邏輯引腳圖為：6、555芯片555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接

10、幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。邏輯圖，引腳圖如下：7、 LM358LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。引腳圖為：8.9014半導體三極管也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件，他最主要的功能是電流放大和開關(guān)作用，三極管顧名思義具有三個

11、電極。本設計中用于電流放大。9014是一種低電壓，大電流，小信號的NPN型三極管。特征：集電極漏電流ICBO VCB=60V,IE=0 100 nA發(fā)射極漏電流IEBO VBE=5V,IC=0 100 nA集電極、發(fā)射極擊穿電壓BVCEO IC=1mA,IB=0 50 V發(fā)射極、基極擊穿電壓BVEBO IE=10A,IC=0 5 V集電極、基極擊穿電壓BVCBO IC=100A,IE=0 60 V9、 電位器R3、R7R3用于改變震蕩頻率，改變CP的時鐘脈沖的輸入。R7用于改變滯回比較器電路的參考電平。結(jié)構(gòu)特點：電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。結(jié)果分析：電路接5V的電壓，紅外發(fā)射管與接收管正對，在沒有障礙物的情況下，蜂鳴器不響，用障礙物通過它們之間，蜂鳴器響。按下復位開關(guān)，蜂鳴器停止。結(jié)論：本文設計的紅外報警系統(tǒng)實現(xiàn)了防盜功能，內(nèi)容涉及紅外發(fā)射和接收、震蕩電路、放大電路、滯回比較器、鎖存電路等諸多方面的知識，整個報警系統(tǒng)設計完成后達到了預期的效果，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，不出現(xiàn)誤報的情況。但由于專業(yè)知識有限，設計中還有不少不足之處。希望日后有所進步。通過設計有以下幾點的收獲：1、 通過本次設計了解到紅外的工作特性，學會了多個芯片的使用方法與功能。2、