红外线报警器毕业设计论文

毕业设计题目： 红外线报警器姓 名 ： 专 业 ： 班 级 ： 指导教师 ： 学 号 ： 厦门 XXXXX 学院2013 年 12 月 20 日1目录第一章 绪论 .31.1 电路设计背景 .31.2 红外报警器分类及原理 .31.3 热释电红外传感器的原理特性 .4第二章 设计任务与要求 .52.1 任务 .52.2 要求 .6第三章 红外线报警器的工作原理 .6第四章 电路原理图、PCB 板的绘制 .64.1 使用相关软件的介绍 .64.2 绘制原理图 .74.3 Protel 软件使用的常见问题 .8第五章 红外线报警器的制作过程 .95.1 清点元器件 .105.2 检测各元器件 .115.3 焊接前准备 .125.4 分清元件 .125.5 焊接要领 .125.6 焊接电路板 .135.7 组装成品 .145.8 测试 .145.9 产品实物 .155.10 产品说明 .16第六章 总结 .166.1 归纳 .166.2 心得体会 .16致谢 .17参考文献 .182摘 要通过说明热释红外传感器的工作原理，介绍了一种被动型热释电红外报警器的结构原理和它的应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用在报警系统上，从而实现了防盗报警功能，达到了安全防护之目的。该报警器能探测人体发出的红外线，由热释电红外线传感器、BISS0001 信号处理芯片和报警指示电路等组成。当有人进入报警器的监视范围内，就会发出报警信号。概 述 了 红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。关键词：红外线 报警器 电子狗第一章 绪论 1.1 电路设计背景随着社会的发展，科学技术的进步和安全防范意识的增强，人们越来越注重自身所处的环境是否安全。当家中无人或者仅有老人孩子在家时，必须考虑家庭成员生命和财产的绝对安全。目前，许多住宅小区的安防主要依靠安装防盗窗、防盗门以及人工防范。这样不仅有碍美观，不符合防火的要求，而且不能有效地防止坏人的侵入。报警器的应用类型非常多，但热释电红外线报警器是最广泛的，因为它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、总体来说就是性价比比较好。这种防盗器安3装隐蔽，不易被盗贼发现，具有较高的应用价值 红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器，也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器，超声波防盗报警器,红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器，红外报警器，红外线声光报警器。其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。1.2 红外报警器分类及原理 红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在 0.80.95 微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在 37 度左右，会发出特定波长 10m 左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的 10m 左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10m 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动红外报警器是4以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为 10m 左右的红外辐射必须非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是报警器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：1. 不需要用红外线或电磁波等发射源。2. 灵敏度高、控制范围大。3. 隐蔽性好，可流动安装。1.3 热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达 104M，故引入的 N 沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。双探测元热释电红外传感器的结构。使用时 D 端接电源正极，G 端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干5扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为 0220m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。第二章 设计任务与要求 2.1 任务 1. 对红外线报警器系统的设计与分析 2. 绘制电路原理图和 PCB 印制电路板。3. 完成焊接。 4. 进行调试电路、展示功能。 2.2 要求 1. 红外线报警器的检测范围15 米 。2. 设置报警器的启动时间。 3. 报警时有指示灯显示。4. 可监视几米到几十米范围内运动的人体，当有人在该范围走动时发出报警信号。 第 3 章 红外线报警器的工作原理由红外线传感器、信号放大电路、电压较器、延 时 电 路 和 音 响 报 警 电 路 等 组成 。 红 外 线 报 警 器 对 温 度 敏 感 ,温 度 越 高 的 物 体 辐 射 出 的 红 外 线 越 强 ,当 感 应 到 环 境 中6存 在 高 出 背 景 强 度 的 辐 射 时 ,就 触 发 反 警 。 当 红 外 线 传 感 器 探 测 到 人 体 辐 射 出 来 的 红外线 信 号 时 ， 由 传 感 器 的 2脚 输 出 微 弱 的 电 信 号 ， 送 入 集 成 电 路 GC7780（ 图 2） 的 14脚 经运 算 放 大 器 OP1做 一 级 放 大 ， 然 后 由 C15耦 合 给 OP2进 行 第 二 级 放 大 ， 再 经 双 向 鉴 幅 器（ 由 电 压 比 较 器 COP1和 COP2构 成 ） 处 理 后 ， 检 出 有 效 触 发 信 号 Vs 去 启 动 延 时 时 间 定时 器 。 GC7780的 输 出 信 号 Vo 经 二 极 管 D1送 入 音 乐 片 ， 音 乐 片 受 触 发 后 工 作 ， 其 输 出端 输 出 内 储 “滴 ”声 电 信 号 再 经 过 Q1和 Q2放 大 后 驱 动 蜂 鸣 器 发 出 报 警 声 。 红 外 线 报 警 器 框 图 第四章 电路原理图、PCB 板的绘制4.1 使用相关软件的介绍 Protel99SE 是应用于 Windows9X/2000/NT 操作系统下的 EDA 设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D 模拟功能，是一个 32 位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计 32 个信号层，16 个电源-地层和 16 个机加工层。启动图标如图 1-1 所示。图 1-1 启动图标Protel 99SE 的系统组成部分按照系统功能来划分，Protel99se 主要包含以下俩大部分和 6 个功能模块。71电路设计部分（1）电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称 SCH 编辑器）、电路图零件库编辑器（简称 Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称 PCB 编辑器）、零件封装编辑器（简称 PCBLib 编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：在系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB 设计的自动化。2电路仿真与 PLD 部分电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）、可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）、高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）Protel 99SE 的功能特点：（1）开放式集成化的设计管理体系。（2）超强功能的、修改与编辑功能。（3）强大的设计自动化功能。4.2 绘制原理图1、发射板原理图的绘制 (1)启动 Protel 99 SE，执行 File/New/New Design Database，建立数据库文件并命名为“红外线报警器”。 (2)执行 File/New/New Document/Schematic Library，建立原理图元件库文件并命名为“报警器”。 (3)将画原理图所用到的元件一一在元件库文件中绘制出来，再命名。 (4)执行 File/New/New Document/Schematic Document，建立原理图文件8并命名为“报警器”。 (5)加载元件库“报警器”，并在此库中选择所需要的集成电路，以及其他元件。 (6)将所有的元器件排好进行连线。 4.3 Protel 软件使用的常见问题1、原理图常见错误： (1)ERC 报告管脚没有接入信号： a.创建封装时给管脚定义了 I/O 属性； b.创建元件或放置元件时修改了不一致的 grid 属性，管脚与线没有连上； c.创建元件时 pin 方向反向，必须非 pin name 端连线。 (2)元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。 (3)创建的工程文件网络表只能部分调 PCB:生成 netlist 时没有选择为global。 (4)当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用 annotate. 2、PCB 中常见错误： (1)网络载入时报告 NODE 没有找到： 9a.原理图中的元件使用了 P