光控防盜報警器設(shè)計終極版(1)概要

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計2012 年 7月 1日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計 題目 光控防盜報警器設(shè)計 專業(yè) 自動化 姓名 孫中原 學(xué)號 主要內(nèi)容：根據(jù)設(shè)計要求，運(yùn)用所學(xué)的模擬電子技術(shù)及電路基礎(chǔ)等知識，自行設(shè)計一種通過紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，實現(xiàn)電路對人或物體的感應(yīng)，從而通過聲音和顯示信號通知主人，從而進(jìn)行警報以達(dá)到保護(hù)財產(chǎn)安全基本要求：1.要求電路能夠通過感應(yīng)裝置，檢測出是有物體接近所要保護(hù)的財產(chǎn)。2.要求電路當(dāng)判定有物體接近時，能過通過聲光形式報警。3.要求電路當(dāng)發(fā)出警報一段時間T后，能夠自動噴灑出麻醉劑。4.要求

2、電路可以根據(jù)需要，調(diào)節(jié)噴灑出麻醉劑的等待時間T。 主要參考資料：1 何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2 姚福安，電子電路設(shè)計與實踐，山東科技技術(shù)出版社，2001年10月3 王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4 李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，20036 陳爾紹，實用聲光控制電子裝置制作精選200例，人民郵電出版社，19997 楊志忠，電子技術(shù)課程設(shè)計，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年7月 完成期限指導(dǎo)教師 劉小斌 白麗麗專業(yè)負(fù)責(zé)人2012年 6 月24 日目 錄1任務(wù)與要求 . 2

3、2 總體方案設(shè)計與選擇 . 22.1 簡易光電報警電路模塊圖 . 22.2 工作原理 . 23 電路總原理框圖設(shè)計 . 64 單元電路設(shè)計 . 64.1 555定時器 . 64.2 LM567 . 85單元電路的級聯(lián)設(shè)計 . 106個人總結(jié) . 10參考文獻(xiàn) . 12附 錄 . 111任務(wù)與要求任務(wù)：設(shè)計一個光控裝置檢測是否外人接近個人私有財產(chǎn)，并自動采取相應(yīng)措施 要求：1.要求電路能夠通過感應(yīng)裝置，檢測出是有物體接近所要保護(hù)的財產(chǎn)。2.要求電路當(dāng)判定有物體接近時，能過通過聲光形式報警。3.要求電路當(dāng)發(fā)出警報一段時間T后，能夠自動噴灑出麻醉劑。4.要求電路可以根據(jù)需要，調(diào)節(jié)噴灑出麻醉劑的等待時

4、間T。2總體方案設(shè)計與選擇2.1 簡易光電報警電路模塊圖簡易光控防盜報警電路的總體框架圖如圖1所示。它由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路，選頻及聲光報警電路、時間延遲電路，自動噴灑麻醉劑電路和電源電路6部分構(gòu)成的。圖1 簡易光控報警防盜報警電路的總體框圖紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖，從而實現(xiàn)電路對人體或物體的感應(yīng)。紅外線接收電路的功能是利用光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖，并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號，同時對其進(jìn)行放大。聲光報警電路的功能是當(dāng)有人體或物體接近防盜報警電路時，通過聲音和顯示信號提示主人。時間延遲和自動噴灑電路的功能是當(dāng)聲光報警一段時間之后自動噴灑麻醉劑來保護(hù)財產(chǎn)

5、。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電壓，該電路也可采用電池供電，但需要注意的問題是選擇合適電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配。2.2 工作原理2.2.1電源電路2圖2電源供電電路電源電路的設(shè)計可以采用兩種方法來實現(xiàn)：第一種方法是采用電池供電，但需要注意的問題是選擇合適電池的指標(biāo)參數(shù)與電路相匹配；第二種方法就是采用上圖所示電路。電路直接從電網(wǎng)供電，通過變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換為+12V和+5V的直流電壓。電路中的變壓器采用常規(guī)的鐵心變壓器，整流電路采用二極管橋式整流電路，C3、C5、C4、C6、C7、C8和C6完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成芯片L

6、M7812和LM7805來實現(xiàn)。其中+5V電源主要用來給LM567芯片供電。2.2.2紅外發(fā)射電路圖3 紅外發(fā)射電路雙束紅外線發(fā)射電路（如圖）：由一塊時基集成電路NE555及其外圍阻容元件構(gòu)成一多諧振蕩器，頻率f1.443/（R12R）×C1，本電路設(shè)在1400Hz左右。合上開關(guān)SA，發(fā)射器就發(fā)射出兩束相距10cm的調(diào)制紅外線，照射在紅外接收管上，作為報警的信號源。但是考慮到實際中電源開啟后防止人未離開就發(fā)生誤報警，在復(fù)位端加一個延時復(fù)位電路。電源開啟一段時間后對電容C9充電充滿后4端復(fù)位，電路起振。2.2.3紅外接收電路3圖4紅外接收電路信號接收處理上（如圖）：兩只光電接收管分別接

7、收一束紅外光，并將其轉(zhuǎn)化為相同頻率的信號電壓，經(jīng)過紅外線經(jīng)兩個三極管組成的全頻放大電路放大后送入鎖相環(huán)頻率解碼集成電路LM567進(jìn)行選頻。2.2.4選頻電路圖5 選頻電路選頻電路主要由鎖相環(huán)頻率解碼器LM567及相關(guān)元件組成，其中心頻率f1/1.1RNCN，改變RN或者CN的數(shù)值,可使中心頻率改變.當(dāng)外加在LM567第3引腳上的外來信號頻率與選頻電路的中心頻率一致時,LM567第8引腳便呈低電平,當(dāng)外來信號與中心頻率不一致時，8引腳置高電平。42.2.5聲光報警電路圖6 聲光報警電路聲光報警電路（如圖四），它主要由多諧振蕩電路、音頻振蕩電路及穩(wěn)壓電路組成。當(dāng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出的兩束紅外線同時被

8、遮斷時，接收選頻電路失去與中心頻率相一致的外來信號，LM567第8引腳立即跳變?yōu)楦唠娖剑?55芯片被置位導(dǎo)通，555開始振蕩，發(fā)光二極管LED點亮并開始閃爍，揚(yáng)聲器發(fā)出類似警車笛聲這樣做的目的是對歹徒有一定的震懾作用，將其嚇走。如果只有一束紅外線被遮斷或兩束紅外線非同時被遮斷，則該報警電路不會報警，因此可防止小動物闖入警戒范圍內(nèi)而引起的誤報警，提高了其可靠性。2.2.6時間延遲及麻醉噴射電路圖7時間延遲及麻醉噴射電路圖7中，由NE555組成的左半部電路為時間延遲電路。該電路主要由兩部分組成：一是整流和濾波電路；二是由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。前端電路的輸出電壓V1首先經(jīng)過二極管D5和

9、D6整流，再經(jīng)過電容C1濾波，則在NE555集成電路的TREG端產(chǎn)生了觸發(fā)電平信號。當(dāng)接收到紅外線脈沖時，前端電路輸出電壓V1經(jīng)由整流和濾波在TRIG端產(chǎn)生一個高電平信號，由NE555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路特性可知，輸出端Q輸出低電平；當(dāng)由于人體或者物體的阻隔，沒有接收到紅外線脈沖時，前端電路沒有輸出電壓V1，則5TRIG端輸入為零，單穩(wěn)態(tài)電路接收到觸發(fā)信號，輸出端Q輸出為高電平并保持一段時間。延遲時間由可變電阻R2和電容C2的數(shù)值決定，通過調(diào)節(jié)可變電阻的大小，可以改變延遲時間的長短，以適合不同場合的應(yīng)用。該圖的右半部分為麻醉劑開關(guān)電路。由于電磁閥通過的是大電流、在功率，而直流電源一般無法提

10、供很大的電流和功率，因此電磁閥需要交流供電，從而電路中的開關(guān)需要采用繼電器電路。而一般NE555集成電路的輸出電流無法驅(qū)動繼電器，因此需要加入電流放大電路。由在極管構(gòu)成的電流放大電路是一種比較典型和簡單的電路，其中R10為限流電阻，防止輸入電流過大燒毀在極管。Q4為共發(fā)射極電路，當(dāng)輸出端Q為高電平時，三極管導(dǎo)通飽和，將輸入電流放大 倍；當(dāng)輸出端Q輸出低電平時，三極管截止，無電流通過。繼電器連接Q5的集電極，當(dāng)有電流驅(qū)動時，開關(guān)吸合，電磁閥通電，麻醉劑噴灑出；當(dāng)無電流驅(qū)動時，開關(guān)斷開，電磁閥不通電，沒有麻醉劑噴灑出，同時在繼電器兩端并聯(lián)一個二極管實現(xiàn)保護(hù)。3 電路總原理框圖設(shè)計把上述各部分電路連

11、接起來便構(gòu)成了完整的光控防盜報警器控制電路。其總電路圖如附錄所示。4 單元電路設(shè)計4.1 555定時器4.1.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能555定時器電路是一塊介于模與數(shù)字電路的一種混合電路，由于這種特殊的地位，故555定時電路在報警電路、控制電路得到了廣泛的應(yīng)用。下圖為555的內(nèi)部電路，從圖上可以看出，其僅有兩個比較器、一個觸發(fā)器、一個倒相器、放電管和幾個電阻構(gòu)成，由于比較器電路是一個模擬器，而觸發(fā)器電路為數(shù)字電路，故其為混合器件。6圖8 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖555為一8腳封裝的器件，其各引腳的名稱和作用如下： 1腳GND,接地腳 2腳TL,低電平觸發(fā)端 3腳Q,電路的輸出端 4腳/RD,復(fù)位端，

12、低電平有效 5腳V_C,電壓控制端 6腳TH,閾值輸入端 7腳DIS，放電端8腳VCC,電源電壓端，其電壓范圍為：318V4.1.2 555的功能描述上圖中當(dāng)V_C不外接電壓時，三個電阻對電源電壓進(jìn)行分壓，每個電阻上的壓降為1/3VCC,則兩個比較器的同相端的輸出電壓分別為：1/3CC,2/3VCC。從圖上可以看出，其555的工作可分為下列3種情況加以討論：1.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓低于1/3VCC而閾值輸入端電壓大于2/3VCC時,其下面比較器輸出為高電平，觸發(fā)器輸出高電平；2.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓高于1/3VCC，而閾值輸入端電壓小于2/3VCC時,其兩個比較器輸出皆為低電平，觸發(fā)器

13、輸出保持不變；3.當(dāng)觸發(fā)輸入端TL輸入電壓高于1/3VCC而閾值輸入端電壓大于2/3VCC時,其上面比較器輸出為高電平，觸發(fā)器輸出低電平。詳細(xì)情況見下列表格：表1 555的內(nèi)部觸發(fā)電平表格4.1.3 555的應(yīng)用71、單穩(wěn)類電路作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。2、雙穩(wěn)類電路作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。3、無穩(wěn)類電路作用：方波輸出 ，電源變換，音響報警，玩具，電控測量，定時等。4.1.4 555管腳圖圖9 555外部引腳圖4.2 LM5674.2.1 LM567管腳功能IC2是LM567。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其、腳外接的電

14、阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1RC。其、腳通常分別通過一個電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應(yīng)至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號25mV。腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內(nèi)部電路及詳細(xì)工作過程非常復(fù)雜，這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng)LM567的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號時，腳由高電平變成低電平，腳輸出經(jīng)頻率/

15、電壓變換的調(diào)制信號；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)頻方波信號。在圖4的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后腳電壓由高變低這一特性，來形成對控制對象的控制4.2.2 LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理LM567為8腳直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳定義及外圍元件連接方法如下圖所示。8LM567內(nèi)部包含了兩個鑒相器PD1及PD2、放大器AMP、電壓控制振蕩器VCO等單元電路。鑒相器PD1、PD2均采用雙平衡模擬乘法器電路，在輸入小信號情況下(約幾十mV)，其輸出為正弦鑒相特性，而在輸入大信號情況下(幾百mV以上)，其輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性(三角)鑒相特性。鎖相環(huán)路輸

16、出信號由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無外加控制電壓時的振蕩頻率)與外接定時元件RTCT的關(guān)系式為： f01/1.1RTCT。圖10 LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖選用適當(dāng)?shù)亩〞r元件，可使LM567的振蕩頻率在0.01Hz500kHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。電路工作時，輸入信號在鑒相器PD1中與VCO的輸出信號鑒相，相差信號經(jīng)濾波回路濾波后，成為與相差成一定比例的電壓信號，用于控制VOC輸出頻率f0跟蹤輸入信號的相位變化。若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內(nèi)，則環(huán)路鎖定，在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時，二者之間只有一定相位差而無頻率差。環(huán)路用于FM信號解調(diào)時，腳2輸出的經(jīng)過濾波后的

17、相差信號可作為FM解調(diào)信號的輸出，而當(dāng)環(huán)路用于單音解調(diào)時，電路則利用PD2輸出的相差信號。PD2的工作方式與PD1略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號f0經(jīng)90°移相后再與輸入信號進(jìn)行鑒相，是一正交鑒相器。在環(huán)路鎖定情況下，PD2的兩個輸入信號在相位上相差約為90°，因而PD2的輸出電壓達(dá)到其輸出范圍內(nèi)的最大值，再經(jīng)運(yùn)算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個低電平。AMP的輸出端為OC輸出方式，低電平輸出時可吸收最大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號除可由上拉電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號以與TTL或CMOS接口電路相匹配外，還可直接驅(qū)動LED及小型繼電器等較大負(fù)載。LM56

18、7的電氣參數(shù)如表1所列。值得一提的是，接在2腳的環(huán)路濾波電容C2與內(nèi)部電阻9一道構(gòu)成鎖相環(huán)路的RC積分濾波器，該濾波器時間常數(shù)的大小在很大程度上決定了鎖相環(huán)路的環(huán)路帶寬BW的大小。當(dāng)BW較大時，捕獲范圍大而穩(wěn)定性差。減小BW則正好相反，其穩(wěn)定性較好而捕獲范圍變小。LM567的環(huán)路帶寬BW可由下式計算： BW=1070(Vif0C2)1/2 ，式中，Vi為輸入信號的幅值(rms) ，C2為濾波電容的容量(單位為F) 。實際上，由上式計算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100才是鎖相環(huán)路的實際捕獲帶寬。實際應(yīng)用中調(diào)整C2的大小可使BW在04范

19、圍內(nèi)變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關(guān)系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。當(dāng)用于單音解碼時，其工作特性為：當(dāng)LM567信號輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號且頻率落入f0±BW范圍內(nèi)時，輸出端輸出一個低電平的檢測信號，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應(yīng)用于各種低頻單一頻率信號的解碼。5單元電路的級聯(lián)設(shè)計將紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、選頻及聲光報警電路、時間延遲和自動噴灑電路、電源電路按照圖1所示的順序，按照直接耦合的方式連接，就構(gòu)成了完整的光控防盜報警器的設(shè)計6個人總結(jié)本學(xué)期我們開設(shè)了模擬電路課，這門學(xué)科屬于電子電路范疇，

20、與我們的專業(yè)也都有聯(lián)系，且都是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期暨模電、剛學(xué)完之際，緊接著來一次電子電路課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認(rèn)識，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。這一周的課程設(shè)計，先不說其他，就天氣而言，確實很艱苦，天氣炎熱，坐下來才一會會，就全身濕透，但是炎炎烈日擋不住我們求知、探索的欲望。通過我們不懈的努力與切實追求，終于做完了課程設(shè)計。在這次課程設(shè)計過程中，我也遇到了很多問題。首先是學(xué)習(xí)用protel畫圖，因為以前沒有學(xué)習(xí)過，所以這次花了兩天的時間才基本上掌握了protel的一些簡單操作。其次就是一些集成芯片的作用不太明白，如：LM567、NE555，但通過復(fù)習(xí)課本和查閱相關(guān)資終于搞明白了這些芯片的作用及功能。再有就是麻醉劑電路不知如何去設(shè)計，只有通過上網(wǎng)