精品資料（2021-2022年收藏）熱釋電人體紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、熱釋電人體紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)第一章 緒 論1.1 設(shè)計(jì)概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄，人們自身的安防意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。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)警聲，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。本設(shè)計(jì)是利用熱釋電紅外線傳感器探測(cè)人體輻射出的紅外線信號(hào)原理設(shè)計(jì)出來的人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器。內(nèi)容廣泛，靈活應(yīng)用。1.2 設(shè)計(jì)背景隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)自己所處環(huán)境的安全

2、性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時(shí)刻留意那些不速之客。這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國(guó)的傳感元件熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場(chǎng)上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)：不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源；靈敏度高、控制范圍大；隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。1.3 設(shè)計(jì)要求熟悉電路的工作原理。掌握該電路中元器件的識(shí)別方法。掌握電路的調(diào)試方法。熟悉電路簡(jiǎn)單的故障分析方

3、法。論文符合其格式、字?jǐn)?shù)的基本要求，內(nèi)容要求充實(shí)、作圖嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范等。詳細(xì)說明設(shè)計(jì)方案，并計(jì)算元件參數(shù)。1.4 設(shè)計(jì)意義掌握紅外探測(cè)防盜器的原理及設(shè)計(jì)制作與仿真調(diào)試，熟悉實(shí)用電路設(shè)計(jì)的一般過程。訓(xùn)練及提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的原理仿真能力。加強(qiáng)對(duì)一些無(wú)人場(chǎng)所的防盜報(bào)警，以及對(duì)一些危險(xiǎn)地帶生命跡象的探測(cè)。第二章 方案設(shè)計(jì)與選定2.1 方案設(shè)計(jì)方案一：利用模擬電子電路構(gòu)成被動(dòng)紅外線感應(yīng)報(bào)警器。系統(tǒng)主要有紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、開機(jī)延時(shí)、音響報(bào)警延時(shí)和12V電源電路組成。被動(dòng)紅外線感應(yīng)報(bào)警器的紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷

4、平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。方案二：利用模擬電子電路構(gòu)成主動(dòng)紅外入侵報(bào)警器。主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成。接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號(hào)處理器等部分組成。主動(dòng)紅外報(bào)警器是當(dāng)有人入侵該警戒線時(shí)，紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。目前此類報(bào)警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防范居多，最大的優(yōu)點(diǎn)就是防范距離遠(yuǎn)。2.2選定方案方案二的主動(dòng)式紅外線報(bào)警器的硬件電路相比于方案一較為復(fù)雜。由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中要以電路原理為主題，因此在

5、電路元件和模塊的選擇上盡量采用通用、基礎(chǔ)的元器件，避免采用大規(guī)模的集成電路來設(shè)計(jì)電路。綜上所述選擇方案一：由模擬電子電路構(gòu)成人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器電路。主要由電路由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、開機(jī)延時(shí)、音響報(bào)警延時(shí)和12V電源電路組成。組成框圖如下：紅外線傳感器信號(hào)放大延時(shí)電路音響報(bào)警電壓比較開機(jī)延時(shí)電源電路2-1 人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器組成框圖第三章 熱釋電紅外傳感器的概述3.1熱釋電紅外傳感器一、熱釋電效應(yīng)及傳感器結(jié)構(gòu)熱釋電元件和壓電陶瓷一樣，都是鐵電體，除具有壓電效應(yīng)外，當(dāng)其表面溫度發(fā)生變化，也將引起表面電荷的變化，這種現(xiàn)象就是熱釋電效應(yīng)，用具有這種效應(yīng)的介質(zhì)制成的元器件稱為熱釋

6、電元件。熱釋電輻射傳感器由濾光片，熱釋電元件，高輸入阻抗放大器等組成。由于熱釋電元件的內(nèi)阻抗極高，需要場(chǎng)效應(yīng)管做阻抗變換，制作中把熱釋電元件和場(chǎng)效應(yīng)管封裝在同一殼體里，為防止可見光對(duì)熱釋電元件的干擾，還得在其表面安裝一個(gè)濾光片。濾光片的波段范圍應(yīng)選擇與被測(cè)物體的紅外輻射波長(zhǎng)一致，例如，作為人體紅外探測(cè)，濾光片應(yīng)選取7.514m波段，因外人體溫度為37時(shí)，輻射的紅外線在9.4m處最強(qiáng)。 由于熱釋電元件不像其他光敏元件那樣可連續(xù)接受光照，因?yàn)闃O化電荷在元器件表面停留過久就會(huì)與環(huán)境中的電荷中和或者泄露，即表面溫度只有變化過程中才會(huì)有信號(hào)輸出，但大部分物體的紅外輻射都是恒定的。所以，必須對(duì)紅外輻射進(jìn)行

7、調(diào)制，使恒定的輻射變?yōu)榻蛔冚椛洹ＴO(shè)法使紅外輻射不斷變化，這樣才能使傳感器不斷有信號(hào)輸出。為了滿足這一要求，通常在熱釋電傳感器的使用中，總是要在它的前面加裝一個(gè)菲涅爾透鏡。二、熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射器件功耗很小，隱蔽性好，流動(dòng)安裝價(jià)格低廉缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收 環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈3.2菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉

8、及擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求來設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測(cè)距離遠(yuǎn)。一、菲涅爾透鏡的原理菲涅爾鏡片是根據(jù)法國(guó)光物理學(xué)家FRESNEL發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和PE（聚乙烯）材料壓制而成。鏡片（0.5mm厚）表面刻錄了一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠(yuǎn)；圓環(huán)線刻錄的深感應(yīng)距離遠(yuǎn)，焦距近。紅外光線越是靠進(jìn)同心環(huán)光線越集中而且越強(qiáng)。同一行的數(shù)個(gè)同心環(huán)組成一個(gè)垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個(gè)水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長(zhǎng)感應(yīng)段越

9、多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯(cuò)，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場(chǎng)角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類為：長(zhǎng)形、方形、圓形，從功能分類為：?jiǎn)螀^(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探

10、測(cè)器。二、菲涅爾透鏡作用作用：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)三、菲涅爾透鏡的主要技術(shù)指標(biāo)外形尺寸，根據(jù)傳感器和探測(cè)摘要來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)不同尺寸的透鏡。水平視角和垂直視角，它表明透鏡的可監(jiān)視范圍。焦距，它表明鏡片與傳感器的安裝距離。第四章 熱釋電人體紅外報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理4.1熱釋電人體紅外報(bào)警器的總體結(jié)構(gòu)熱釋電人體紅外報(bào)警器主要由信號(hào)放大電路、電壓比較器、音響報(bào)警電路、開機(jī)延時(shí)電路、電源電路等幾部分組成。菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測(cè)元上

11、，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測(cè)元要求信號(hào)不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用；信號(hào)處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。4.2信號(hào)放大電路圖4-1 信號(hào)放大電路圖信號(hào)放大電路如圖4-1，VT1和運(yùn)算放大器LM358等組成放大電路，由IC1的腳輸出微弱的電信號(hào)，經(jīng)三極管VT1組成的共發(fā)射極放大電路進(jìn)行第一級(jí)放大，再通過C2耦合到運(yùn)算放大器IC2A中進(jìn)行高增益、低噪聲的同相比例放大，此時(shí)由IC2A腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)，輸入電壓比較電路。一、放

12、大電路的概述“放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號(hào)來控制另一個(gè)能源，使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號(hào)。放大的對(duì)象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。放大電路的基本形式有3種：共發(fā)射極放大電路，共基極放大電路和共集電極放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需要相互組合使用。二、放大電路的分析反饋指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程。反饋可分為負(fù)反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用，使系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)目標(biāo)的誤差減小，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；后者使輸出起到與輸入相似的作用，使系統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。本電路采用

13、的是由R2構(gòu)成了電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，此電路還是共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路具有以下特點(diǎn)： 輸入信號(hào)與輸出信號(hào)反相； 無(wú)電壓放大作用； 有電流放大作用； 功率增益最高（與共集電極、共基極比較）； 適用于電壓放大與功率放大電路。三、集成運(yùn)放的概述集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是由多級(jí)直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高，輸入電阻大，輸出電阻低，共模抑制比高，失調(diào)與飄移小，而且還具有輸入電壓為零時(shí)輸出電壓亦為零的特點(diǎn)，適用于正，負(fù)兩種極性信號(hào)的輸入和輸出。運(yùn)算放大器除具有十、一輸人端和輸出端外，還有十、一電源供電端、外接補(bǔ)償電路端、調(diào)零端、相位補(bǔ)償端、公共接地端及其他附加端等。它

14、的放大倍數(shù)取決于外接反饋電阻，這給使用帶來很大方便。四、集成運(yùn)放的特點(diǎn)集成運(yùn)放采用直接耦合放大器，對(duì)直流信號(hào)和交流信號(hào)都有放大作用；為克服零飄現(xiàn)象，提高共模抑制比，輸入端全部采用差分放大電路，并采用恒流源供電；采用復(fù)合管提高電路的增益；電路中的無(wú)源器件都采用無(wú)源器件來代替。五、集成運(yùn)放的傳輸特性本電路由R7、R8、C4組成同相比例放大電路。同相比例運(yùn)算放大器在正常運(yùn)行的時(shí)候，輸出電壓總是滿足使反饋在反向輸入端的電壓等于同相端的電壓(Av= R8/R7+1)。如果在放大器輸出端接上負(fù)載引起輸出電壓下降，那么下降的輸出電壓就會(huì)使反饋在反向輸入端的電壓不等于同相端的電壓，于是又會(huì)引起輸出端的電壓回到

15、Av= R8/R7+1的參數(shù)。這與反向比例放大器的調(diào)整作用原理相同。六、芯片介紹1.芯片一：LM358(1)芯片概述LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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(wú)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(yùn)算放大器的場(chǎng)合。圖4-2 LM358引腳圖(2)芯片特點(diǎn)：內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz) 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電源(±1.5一±15V) 低功耗電流，適合于

16、電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V) (3)電氣特性：輸入偏置電流45 nA輸入失調(diào)電流50 nA輸入失調(diào)電壓2.9mV輸入共模電壓最大值VCC1.5 V共模抑制比80dB電源抑制比100dB 8腳:電源VCC4腳:接地1、7腳：輸出端3、5腳：同相輸入端2、6腳：反相輸入端 2.芯片二：9014(1)主要參數(shù)：集電極最大耗散功率PCM0.4W 集電極最大允許電流ICM=0.1A 集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V 集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V 發(fā)射極基極

17、擊穿電壓BVEBO=5V 集電極發(fā)射極飽和壓降UCE=0.3V (IC=100mA; IB=5mA) 基極發(fā)射極飽和壓降UBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA) (2)主要用途作為低頻、低噪聲前置放大，應(yīng)用于電話機(jī)、VCD、DVD、電動(dòng)玩具等電子產(chǎn)品。4.3電壓比較器電壓比較器如圖4-3，IC3A和VD1等作電壓比較器，IC3A的第腳由R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓，U_=R12/R12+R11.當(dāng)IC2A腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)IC3A的腳時(shí)，兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較， 此時(shí)IC3A的腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖健Ｒ?、電壓比較器的概述電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算

18、放大器。 電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)： 當(dāng)”輸入端電壓高于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng)”輸入端電壓低于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平。 電壓比較器的作用：可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口；可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等；利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。圖4-3 電壓比較電路圖二、比較器的主要指標(biāo)滯回電壓：比較器兩個(gè)輸入端之間的電壓在過零時(shí)輸出狀態(tài)將發(fā)生改變，由于輸入端常常疊加有很小的波動(dòng)電壓，這些波動(dòng)所產(chǎn)生的差模電壓會(huì)導(dǎo)致比較器輸出發(fā)生連續(xù)變化，為避免輸出振蕩，新型比較器通常具有幾mV的滯回電壓。

19、 偏置電流：理想的比較器的輸入阻抗為無(wú)窮大，因此，理論上對(duì)輸入信號(hào)不產(chǎn)生影響，而實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能做到無(wú)窮大，輸入端有電流經(jīng)過信號(hào)源內(nèi)阻并流入比較器內(nèi)部，從而產(chǎn)生額外的壓差。偏置電流定義為兩個(gè)比較器輸入電流的中值，用于衡量輸入阻抗的影響。 超電源擺幅：為進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓范圍，Maxim公司利用NPN管與PNP管相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級(jí)，從而使比較器的輸入電壓得以擴(kuò)展，這樣，其下限可低至最低電平，上限比電源電壓還要高出250mV，因而達(dá)到超電源擺幅標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。 漏源電壓：由于比較器僅有兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)（零電平或電源電壓），且具有滿電源擺

20、幅特性的比較器的輸出級(jí)為射極跟隨器，這使得其輸入和輸出信號(hào)僅有極小的壓差。該壓差取決于比較器內(nèi)部晶體管飽和狀態(tài)下的發(fā)射結(jié)電壓，對(duì)應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。 輸出延遲時(shí)間：包括信號(hào)通過元器件產(chǎn)生的傳輸延時(shí)和信號(hào)的上升時(shí)間與下降時(shí)間，對(duì)于高速比較器，設(shè)計(jì)時(shí)需注意不同因素對(duì)延遲時(shí)間的影響，其中包括溫度、容性負(fù)載、輸入過驅(qū)動(dòng)等的影響。三、LM393芯片介紹1.LM393概述LM393 為雙電壓比較器，LM393 系列由兩個(gè)偏移電壓指標(biāo)低達(dá) 2.0 的獨(dú)立精密電壓比較器構(gòu)成。該產(chǎn)品采用單電源操作設(shè)計(jì)，且適用電壓范圍廣。該產(chǎn)品也可采用分離式電源，低電耗不受電源電壓值影響。本品還有一個(gè)特點(diǎn)是，即使是在單

21、電源操作時(shí)，其輸入共模電壓范圍也包括接地。LM393 系列可直接與 TTL 及 CMOS 邏輯電路接口。無(wú)論時(shí)正電源還是負(fù)電源操作，當(dāng)?shù)碗姾谋葮?biāo)準(zhǔn)比較器的優(yōu)勢(shì)明顯時(shí)，LM393 系列便與 MOS 邏輯電路直接接口。2.芯片特點(diǎn)工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：236V，雙電源:±1±18V；消耗電流小，Icc=0.8mA；輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；共模輸入電壓范圍寬，Vic=0Vcc-1.5V；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；圖4-4 LM393引腳圖3.電氣特性8 腳：電源4 腳：電源1

22、 腳：比較器 A 輸出2腳：比較器 A 反相輸入3 腳：比較器 A 同向輸入5 腳：比較器 B 同向輸入6 腳：比較器 B 反相輸入7 腳：比較器B輸出4.4音響報(bào)警電路圖4-5 音響報(bào)警延時(shí)電路圖LM393為報(bào)警延時(shí)電路，R14和C6組成延時(shí)電路，其時(shí)間約為1分鐘。當(dāng)IC3A的腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，C6通過VD2放電，此時(shí)IC3B的腳變?yōu)榈碗娖剿cIC3A的腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時(shí)，IC3B的腳變?yōu)楦唠娖?，VT2 導(dǎo)通，訊響器BL通電發(fā)出報(bào)警聲。人體的紅外線信號(hào)消失后，IC3A的腳又恢復(fù)高電平輸出，此時(shí)VD2截止。由于C6兩端的電壓不能突變， 故通過R14向 C6緩慢充電，當(dāng)C6兩

23、端的電壓高于其基準(zhǔn)電壓時(shí)，IC3A的腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)間約為1分鐘，即持續(xù)1分鐘報(bào)警。4.5開機(jī)延時(shí)電路圖4-6 開機(jī)延時(shí)電路圖如圖4-6，由VT3、R20、C8組成開機(jī)延時(shí)電路，剛開機(jī)時(shí)電源向C8充電，時(shí)間約為1分鐘，它的設(shè)置主要是防止使用者開機(jī)后立即報(bào)警，好讓使用者有足夠的時(shí)間離開監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)可防止停電后又來電時(shí)產(chǎn)生誤報(bào)。4.6 12V電源電路由功率為12V 5W的變壓器，電橋等組成，為報(bào)警電路提供12V的電壓源。該裝置采用912V直流電源供電，由T降壓，全橋U整流，C10濾波，檢測(cè)電路采用78L06供電。本裝置交直流兩用，自動(dòng)無(wú)間斷轉(zhuǎn)換。圖4-7 12V電源電路圖一、直流穩(wěn)壓電源的原理

24、直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。二、三端穩(wěn)壓源集成三端穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器,內(nèi)部設(shè)有過熱、過流和過壓保護(hù)電路。它只有三個(gè)外引出端(輸入端、

25、輸出端和公共地端),將整流濾波后的不穩(wěn)定的直流電壓接到集成三端穩(wěn)壓器輸入端,經(jīng)三端穩(wěn)壓器后在輸出端得到某一值的穩(wěn)定的直流電壓。78L06芯片特點(diǎn)：輸出電壓(V):6.200輸出電流最大值(mA):100靜態(tài)電流最大值(mA):6壓差最大值(V):2.300壓差典型值(V):1.700輸入電壓最大值(V):20封裝/溫度():TO/SOT/01254.7總電路分析接通電源時(shí)，C8、R20、VT3組成開機(jī)延時(shí)電路時(shí)間大約為1分鐘。當(dāng)有感應(yīng)信號(hào)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過由R2、R3、VT1等組成的共發(fā)射極放大電路進(jìn)行反相放大，放大后的信號(hào)送入LM368進(jìn)行同相比例放大，放大倍數(shù)為（1+Rf/R7）,得出的信號(hào)已經(jīng)

26、足夠大了，再送入LM393的第一級(jí)與R10、R11、R13、VD1組成的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓較小，所以比較器第一級(jí)輸出為低電平，C6經(jīng)過VD2放電，當(dāng)LM393第二級(jí)負(fù)相輸入端的電壓低于R15、R16形成的基準(zhǔn)電壓時(shí)，LM393的輸出端為高電平，信號(hào)經(jīng)過VT2放大后驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)感應(yīng)信號(hào)消失時(shí)，由于C6的電壓不能突變，電源經(jīng)過R14向電容充電，直到電容上的電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，報(bào)警器才會(huì)停止報(bào)警，時(shí)間大約為1分鐘。電源電路由市電經(jīng)過降壓變壓器、橋式整流、電容濾波、穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的12V電源，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓塊78L06形成6V電源向IC器件供電。第五章 電路的仿真5.1仿真電壓和波形

27、是設(shè)計(jì)好的電路圖通過仿真軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，模擬出實(shí)際功能，然后通過其分析改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。是EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）的一部分。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。本課題應(yīng)用Multisim對(duì)電路進(jìn)行的模擬仿真。仿真圖（見附錄2）：一、感應(yīng)信號(hào)波形圖

28、5-1 感應(yīng)信號(hào)Ui波形圖輸入電壓為10mV，時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為20mv/Div二、第一級(jí)放大波形及電壓圖5-2 第一級(jí)放大信號(hào)U1波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為1V/Div圖5-3 第一級(jí)放大信號(hào)U1電壓三、第二級(jí)放大波形及電壓圖5-4 第二級(jí)放大信號(hào)U2波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為20V/Div圖5-5 第二級(jí)放大信號(hào)U2電壓四、第一級(jí)比較波形 圖5-6 第一級(jí)比較信號(hào)U3波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10V/Div五、第二級(jí)比較波形及電壓應(yīng)用Multisim仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真1.需要得到的參數(shù)：(1)時(shí)基因數(shù)(2)偏轉(zhuǎn)因

29、數(shù)2.所得數(shù)據(jù)：時(shí)基因數(shù)為10ms/Div偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div 圖5-7 第二級(jí)比較信號(hào)U4波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div六、基準(zhǔn)電壓一、二電壓圖5-8 基準(zhǔn)電壓一 圖5-9 基準(zhǔn)電壓二七、開機(jī)延時(shí)圖5-10 開機(jī)延時(shí)波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖5-11 開機(jī)時(shí)電路的工作狀態(tài)圖八、報(bào)警延時(shí)電路中的延時(shí)時(shí)間，即電容放電的時(shí)間。本設(shè)計(jì)電路必須設(shè)置延時(shí)電路，這樣可以發(fā)出更長(zhǎng)的報(bào)警聲。所以必須對(duì)電路的報(bào)警延時(shí)提出一定的要求。報(bào)警延時(shí)波形如圖5-12、5-13所測(cè)參數(shù)為：時(shí)基因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)其中：時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖5

30、-12 報(bào)警延時(shí)波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖5-13 有感應(yīng)信號(hào)時(shí)電路的工作狀態(tài)圖 5.2仿真結(jié)果分析一、三極管的放大倍數(shù)輸入電壓為10mV,輸出電壓為U1=687.142mVAu=U1/ Ui=687.142/10=68.7二、運(yùn)放的放大倍數(shù)輸入電壓為U1=687.142mV,輸出電壓為U2=20.228V測(cè)試值：Au=U2/ U1=20.228*1000/ 687.142=29.4理論值：Au=1+R8/ R7=1+30=31三、基準(zhǔn)電壓一：理論值：U1=R12/(R11+R12)*0.7=100/ 110*0.7=0.63V測(cè)量值：U1=551.41mV=0

31、.551V四、基準(zhǔn)電壓二：理論值：U2=R16/(R15+R16)*12V=300/400*6=9V測(cè)量值：U2=8.999V五、兩比較波形對(duì)比分析從圖5-6、5-7中可以看出第一級(jí)比較輸出電壓與第二級(jí)比較輸出總是一高一低，符合電路原理。六、開機(jī)延時(shí)開機(jī)延時(shí)波形如圖5-10、5-11：沒有接通電源時(shí)電壓幾乎為零，當(dāng)接通電源時(shí)電源通過R21向C8進(jìn)行充電，充電時(shí)間很快，此時(shí)斷開電源，電容C8經(jīng)R20向VT3放電，使VT3導(dǎo)通，不報(bào)警，放電時(shí)間即為開機(jī)延時(shí)時(shí)間，大約30秒延時(shí)。七、報(bào)警延時(shí)報(bào)警延時(shí)波形如圖5-12、5-13：當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)，電路就報(bào)警，當(dāng)人消失后，此時(shí)IC3的腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，V

32、D2截至。由于電容C6兩端電壓不能突變，電源經(jīng)R14向C6進(jìn)行充電。當(dāng)電壓超過基準(zhǔn)電壓時(shí)，報(bào)警停止。充電時(shí)間即為報(bào)警延時(shí)時(shí)間。大約為48秒。 結(jié)論與展望結(jié)論從2010年11月，我開始了我的畢業(yè)論文工作。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過程難以用語(yǔ)言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我也上網(wǎng)查閱了許多資料，掌握了科技文獻(xiàn)的檢索方法，大大提高了自己獲得新知識(shí)，新信息的能力。我也深深的體會(huì)到，實(shí)踐必須在充分理解電路原理的基礎(chǔ)上，才

33、能做到目標(biāo)明確，操作準(zhǔn)確。我也將許多遺忘的知識(shí)又給溫習(xí)了。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無(wú)盡的寶藏。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。展望通過了整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，我學(xué)到了很多新知識(shí)，增長(zhǎng)了見識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。后記在論文完成之際，我首

34、先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師郝光華表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！三年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。兩年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、朋友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將結(jié)束之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。感謝我的所有任課老師，他們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。老師讓我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還教會(huì)了我如何做人，面對(duì)問題養(yǎng)成了沉著冷靜，努力解決。參考文獻(xiàn)1 國(guó)兵,李永冰.模擬電子技術(shù).天津大學(xué)出版社(第1版)，2008.2 孫承清.模擬電子技術(shù).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1985.3 方佩敏

35、.新型開關(guān)電源三端穩(wěn)壓塊K78XX系列.今日電子.2008年(11):810（完整的）.4 陳永甫.外探測(cè)與控制電路.北京:人民郵電出版社，2004.5 宋文緒. 傳感器與檢測(cè)技術(shù). 北京: 高等教育出版社，2004.6 何希才.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7 百度文庫(kù) . 熱釋電人體紅外線傳感器的原理和應(yīng)用.， 2010-06-24.8百度百科. 熱釋電紅外傳感器. ，2010-09-08.附錄1 元件清單編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量R1電阻47K1C10電解電容470u/25V1R2電阻1M1C11滌綸電容0.1u1R3電阻1K1VD1-VD5整流二極

36、管IN40015R4電阻4.7K1U全橋2A/50V1R5、R6、R9、R12、R13、R15電阻100K6VT1晶體三極管90141R7、R10、R11、R17電阻10K4VT2晶體三極管MPSA131R8、R16電阻300K2VT3晶體三極管80501R14電阻470K1IC1紅外線傳感器Q741R18電阻2.4K1IC2運(yùn)算放大器LM3581R19電阻2201IC3比較器LM3931R20電阻560K1IC4三端穩(wěn)壓器78L061C1、C2、C6、C8、C9電解電容47u/16V5BL電磁訊響器U=12V1C3、C5電解電容22u/16V2T電源變壓器12V 5W1C4滌綸電容0.01u

37、1S鈕子開關(guān)1C7電解電容220u/16V1附錄2電路仿真圖解電heji6- 23 -摘 要本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。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)警聲，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。本設(shè)計(jì)電路主要包括信號(hào)放大電路、比較電路、音響報(bào)警電路、開機(jī)延時(shí)電路和12V電源電路組成。分析人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器的各部分功能電路原理，運(yùn)用Protel dxp2004 完成了原理圖的繪制，并運(yùn)用Multisim 10仿真調(diào)試得出電路報(bào)警的相關(guān)參數(shù)。

38、概述了紅外線輻射的知識(shí)、熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。利用熱釋電紅外傳感器設(shè)計(jì)了一種被動(dòng)式紅外報(bào)警電路，分析了該電路的功能和工作原理。熱釋電紅外傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn)，在防盜、警戒等裝置中應(yīng)用較廣。關(guān)鍵詞：紅外線，熱釋電效應(yīng)，菲涅爾透鏡ABSTRACTThe system uses a pyroelectric infrared sensor, making it a simple, low cost, the installation more convenient, more stable performance and security, anti-interference ability, high sensitivity, safety and reliability. The hidden anti-theft devices installed, thieves can not easily be found. When people enter the surveillance zone alarm can sound an alarm for homes, offices, warehouses, laboratories an