红外遥控报警器--模拟电路课程设计

红外遥控报警器--模拟电路课程设计 ---- 课程设计说明书 课程设计名称: 模拟电路课程设计 课程设计目: 红外遥控报警器 学 院 名 称: 南昌航空大学信息工程学院 专业: 通信工程 班级: 学号: 姓名: 评分: 教师: 2013 年 3 月 9 日 - ---- 2012,2013 学年第 2学期 第 1 周, 3 周 题目 红外遥控报警器 内容及要求 ? 当有人遮挡红外光时发出报警信号～无人遮挡红外光时报警器不工作, ? 红外发射器～发射频率为30kHz～控制距离?2m, ? 报警信号频率800Hz。 进度安排 第1周:查阅资料～到机房学习仿真软件～确定～完成原理图设计及仿真, 第2周:领元器件、仪器设备～制作、焊接、调试电路～完成系统的设计, 第3周:检查设计结果、撰写课设。 学生姓名: 指导时间:周一、周三、周四下午 指导地点:E 楼 311室 任务下达 2013 年2月25日 任务完成 2013 年 3 月15日 ??考核方式 1.评阅 ? 2.答辩 ? 3.实际操作 ? 4.其它? 指导教师 系(部)主任 注:1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。 - ---- 摘要 红外报警器的制作意义体现在报警上，首先设计电路图，该电路由一个信号发射电路和一个接收电路构成。经过电脑仿真，元件排版焊接，最终实现报警功能。为了深入学习电子技术基础这门课程并将所学的知识结合实际应用于生活，本报警器可以实现对局部通道的监控报警作用，也可用来对重要物品的保护。通过对报警电路的设计及焊接，最后能够实现它的功能。 关键词 报警 发射 接收 目录 - ---- 前 言 ...................................................................................................................1 第一章 设计内容及要求 ..........................................................................................2 第二章 系统组成及其工作原理 .............................................................................3 2.1系统的组成 ...................................................................................................3 2.2 工作原理 ................................................................................................4 2.2.1 红外发射电路 .................................................................................4 2.2.2 红外光敏接收器电路 .....................................................................5 2.2.3 放大电路 ........................................................................................6 2.2.4 整流开关电路 .................................................................................6 第三章 系统设计方案与选择.................................................................................7 方案一 ................................................................................................................7 方案二 ................................................................................................................7 第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择 .....................................................8 4.1 红外发射电路 ............................................................................................8 4.2 红外接收电路 ............................................................................................8 第五章 重要元件及其介绍.................................................................................9 5.1 光敏二极管 ................................................................................................9 5.2 555芯片 ................................................................................................. 10 第六章 调试及测试结果与 ......................................................................... 11 实验结论及其体会............................................................................... 13 第七章 参考文献 ................................................................................................................. 14 附录 ......................................................................................................................... 14 元件清单........................................................................................................... 14 - ---- 前 言 生一个脉冲，555定时器是一种模拟和数字功 很多电路要使用555来产 能相结合的中规模集成器件，在电路应用中主要用来做定时器，可构成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器。 本次课程设计中，就是使用了555多谐振荡器，自激多谐振荡器产生30KHZ的不对称脉冲，此脉冲为红外光的调制脉冲，调制脉冲经功率放大后控制红外发光二极管发射红外脉冲。红外接受信号由红外光敏晶体二极管放大、整流、报警电路组成。把红外脉冲信号转换成电信号，即解调出调制脉冲，然后把此信号放大，整流变成直流信号，控制报警电路器不工作，有人挡住红外光线时报警器发出声音。 当今社会，人们对于防盗需要借助于外物。报警器应运而生。红外报警器的优点在于对于很多空间都能进行防范，优势颇大。报警器的运用已深入到各行各业，比如银行、学校及一些保密行业。 红外报警器的应用广泛，抗干扰能力强，原理也并不算复杂。深受人们青睐。做这个课程设计，是很有实用性的。可以将它应用到很多非常地区。并起到非比寻常的作用。 1 ---- 第一章 设计内容及要求 本文的设计任务和目标如下: ? 当有人遮挡红外发光时发出报警信号，无人遮挡红外光时报警器不工作。 ? 红外发射器，发射频率为30KHZ，控制距离?2M。 ? 报警器信号频率为800HZ(实验中用蜂鸣器代替报警器)。 注:可使用实验室电源，以及示波器。 2 ---- 第二章 系统组成及其工作原理 2.1系统的组成 该系统由一个红外发射电路以及一个接收电路构成。 红外发射电路:由震荡和脉冲发生电路和功放电路构成。其电路示意图(图2.1): 电源 R 自激多谐振荡功率放大器 器 图2.1 红外信号发射电路 红外接收电路:由集成运算放大电路和整流电路结合成。其电路示意图(图2.2): 3 ---- 图2.2 红外接收电路 2.2 工作原理 2.2.1 红外发射电路 此电路主要由一个555芯片和两个三极管构成。其中555芯片自激振荡会产生脉冲波，其频率由R5、R6和电容C3确定，该信号可通过由两个三极管构成的复合管放大后控制红外发光二极管发出所需的30KHz的红外脉冲信号，电容C1是为了提高555芯片的抗干扰能力，另外，为了给三极管设置合适的静态工作点，选取两个电阻R7、R8。 4 ---- 图2.2.1 红外遥控报警器发射电路 2.2.2 红外光敏接收器电路 此电路由一个远红外光敏二极管和一个耦合电容C1构成。其原理如下:红外发射器由自激多谐振荡器产生30KHz的不对称脉冲红外信号，远红外光敏二极管对红外线敏感，当无人遮挡时，红外线照射使远红外光敏二极管导通，同时将脉冲红外光信号转化为交流电信号。而耦合电容C1起传递信号以供放大和隔绝供电源之直流信号作用。 图2.2.2 红外光敏接收器电路 5 ---- 2.2.3 放大电路 放大电路是个两极放大.主要由集成运算放大器LM555、耦合电容C2构成。 原理如下:交流电信号经R3流入LM555进行放大，放大倍数由R7/R3的值控制。考虑到此时LM741单电源供电，在其管脚3处接入分压偏置电阻R1、R2以减小3管脚的输入电压从而利于放大。电信号经管脚6进入耦合电容C2滤去了供电源带来的直流信号直达三极管进行二次放大，使信号显著增强。 2.2.4 整流开关电路 整流开关电路由电阻R4和三极管Q2构成。 其原理如下:放大信号由LM555发出后经过电阻再到三极管Q2，蜂鸣器发声频率来源于其本身的发声频率。当有人遮挡时，则三极管Q2截止，蜂鸣器由直流供电源供电工作而发声。 6 ---- 第三章 系统设计方案与选择 方案一 地球上的物质都会辐射红外线,有的强烈有的平静，当有人进入探测器范围内，探测器探测到人体发出的较强的红外热辐射，经过光电转换，引起报警系统报警。 方案二 在探测区域范围内，红外光由发射端发射到接收端。当有人进入区域内，挡住红外光线，接收端接受不到红外光线，以此引起接收系统中报警电路的反应，报警系统报警。 通过分析和比较，方案一的可行性不是很好，其设计的内容超出我们所学知识的范围，所以我和同组人选择方案二。其原因是控制范围要求在2米以上，就要求红外发射器功率不能太小，且报警器的灵敏度是判断报警器好坏的一个重要，灵敏度越高越好。但是要考虑到报警器对飘浮物和微小动物的误报，另外还要考虑白天黑夜光线的影响。还有，在选择器件时还要从经济上考虑，最好选用一些常用芯片器件。 7 ---- 第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择 4.1 红外发射电路 由555定时器和三极管构成的红外线报警器发射电路。其中555构成多谐振荡器，取R1=300Ω，R2=300Ω，C1=0.047uF，此时可以达到所要求的30KHZ频率。 电容C2的作用是抗干扰作用，取C2=10nf。为了保护ne555芯片，与三管脚串联一个电阻R3，取R3=1.0kΩ。 理论计算结果如下: fo,1(43,,(RI，2R2)C,=33.8kHz 4.2 红外接收电路 所选的光敏二极管为普通型远红外光敏二极管。为了保护二极管，选用R6为30kΩ。NE555构成多谐振荡器取R4=10kΩ，R5=4kΩ，C3=100nF ，此时可以达到所要求的800HZ频率。C4的作用是为了提高NE555芯片的抗干扰能力，取C4=10nf。 理论计算结果如下: f1,1(43,,(R4，2R5)C,=794Hz; 8 ---- 第五章 重要元件及其介绍 5.1 光敏二极管 光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小(一般小于0.1微安)，称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。 9 ---- 5.2 555芯片 1脚:地端。 2脚:触发端，下比较器的输入。 3脚:输出端，有0和1两种状态由输入端所加电平决定。 4脚:复位端，加上低电平时可使输出为低电平。 5脚:控制电压端，用他改变上下触发电平值。 6脚:上比较器的输入。 7脚:放电端，有悬空和接地两种状态，也是又输入端状态决定。 8脚:电源端。 10 ---- 第六章 调试及测试结果与分析 第一次将所有元器件焊接到电路板后，并未实现理想结果。然后对电路进行调试，发现红外发射电路的555芯片无法产生所要求的方波。换了一块555芯片继续测试，但发现任然不能达到预期效果。遂继续对电路板进行检查。但没能查出问题所在。隔天买器件重新焊接。力保不出现差错。但任然没达到预期效果。检查电路得知发射电路良好，问题出在接收电路，经过指教后才发现是光敏二极管反接的问题。换完二极管后电路正常工作——不阻挡发射端时，接收端不报警，遮住发射端时，接收端蜂鸣器正常发出报警声。 在调试过程中发现要注意电路的正负极接法，不然一旦反接会烧坏二极管，导致实验出现差错。在检测过程中发现焊锡过多导致不能相接的地方相连接，致使实验出现差错。所以在电路的焊接上需要格外注意。 仿真图: 注释:此处开关断开表示未接收信号，闭合时则表示接收信号 11 ---- 波形图: 注释:此处方波消失时由于接收到信号，蜂鸣器不再工作。即接收电路无波形产生。 12 ---- 第七章 实验结论及其体会 这次课设做的是红外报警器，相比于其他的课设题目，认为其应用面比较广泛。实际意义更为突出。所需的元器件也更简单，便宜。可以说是制作成本低，制作相对来说较为简单。市场应用面广泛。这就是红外报警器的优点所在。这个实验并不复杂，实验元器件虽多，但是排好版，还是很容易做出来，并且还不影响电路板美观。 本次实验出现的难处在于实验元件不好找～当初设计实验参数没考虑周到，导致了一段时间的盲目。经过改变原来设计参数，解决了这一问题。再者就是开始没有检查电路就对其接入电源，烧掉一个555芯片和2个光敏二极管。延缓的实验的进程。 经过这次课设，我学会了向他人寻求帮助的重要性，开始自己个人蛮干，电路出现错误也一味的蛮干，不去寻求他人指导，可以说吃力不讨好。后来经过别人指导，课题才有了进程。再有就是，自己焊接的功夫薄弱，光一个发射电路的焊接就花了一个下午(不包括对电路的检查)，并且美观程度也不行。焊接也很浪费锡丝。但我相信，现在犯过的错误，以后就不会再犯了。 感觉第一次做课设还是有点盲目的，但最后结果来说，还是可以的。在这少不了组友尽心尽力的付出和老师同学的指导。谢谢～ 13 ---- 参考文献 [1]康光华, 陈大钦.电子技术基础模拟部分(第五版): 科学出版社，2002年 [2]邹其洪, 黄智伟. 电工电子实验与计算机仿真: 电子工业出版社，2003年 [3]刘原, 管金云. 电路分析基础: 电子工业出版社，2006年4月 [6]黄继昌, 郭继忠. 电子元器件应用手册: 人民邮电出版社，2004年7月 [7]王文郁, 石玉.电力电子技术应用电路: 机械工业出版社，2001年5月 附录 元件清单 名 称 型 号 个 数 芯片 LM555 2 三极管 NPN型 1 14 ---- 远红外光敏二极管 PD333-3B 1 红外发光二极管 PD333-3A 1 蜂鸣器 BUZZER 1 瓷介电容 0.047uF 1 10nF 2 100nF 1 电阻 300Ω 2 100Ω 2 220Ω 1 10kΩ 1 4kΩ 1 15