红外线报警器(模电课程设计).doc

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模拟电子技术课程设计说明书 题目：防盗报警器设计与使用说明书 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 仇争光 指导教师： 贾雅琼 职称 讲师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1002班 完成时间： 2012-6-3 摘 要 近年来，随着人们的生活水平的提高，各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多，偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民为家庭财产安全问题堪忧。报警器的出现为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂,一般人难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。 本设计正是基于红外线的报警装置，采用光电开关发射不可见的红外线，通过人或物反射回的红外光报警，原理简单，价格低廉，技术性能稳定、灵敏，隐蔽性较强，具有较高的实用价值。此红外线防盗报警器的设计分为直流稳压电源部分和红外线报警部分，能够自主提供稳定的直流电源。设计中包括电源变压器、整流滤波电路、稳压电路、信号发生电路、定时电路五个部分。通过五部分的组合达到自供电源的防盗报警效果。其核心装置是光电开关和555定时芯片。 关键词 红外线报警；光电开关；ne555芯片；单稳态触发；蜂鸣器summarywith the improvement of peoples living level in recent years, many families have possession of varied top grade electrical appliances products and valuables. however, there are more and more lawbreakers and theft phenomenon. thus, increasing residents are worried about their safety problems of property.the emergence of the alarm helps people solve many questions. but alarms in market are used in most of the big company financial institution; the price is so high that average person can not accept. if a low price, sensitive function and reliable performance of the alarm system designed again and produced, their effective role will played in the guard against theft and ensure the property security.this design was based on infrared alarm device, adopting photoelectric switch launch invisible infrared, through the people or things reflection, this device is simple ,cheap, steady, sensitive, and of high hiding power and utility value. this design of infrared alarm device consists of dc (digital current) voltage regulator part and infrared alarm part which can provide steady dc power involuntarily. the design includes power supply transformer, rectifier filter circuit, stabilized output voltage, signal generator and timing generator five parts. it can achieve the effect of anti-theft and alarm through the combination on five parts to supply power involuntarily. its key device is photoelectric switch and 555 timer chip.key words infrared alarm; photoelectric switch; ne555 chips; single state trigger; buzzer目 录1 总体设计方案与要求 1 1.1 设计任务的功能要求说明 1 1.2 设计课题总体方案介绍及工作原理说明 12 设计电路及其仿真分析 2 2.1 设计电路图 2 2.2 设计电路的仿真结果 33 硬件电路各部分电路设计 6 3.1 硬件电路图及各模块功能简要介绍 8 3.1.1 直流稳压部分 8 3.1.2 红外线报警部分 9 3.2 pcb图 12 3.3 实物图 13 3.4 元器件清单 144 系统的调试及性能分析 15 4.1 系统的调试 15 4.2 性能分析 155 protel99se绘图 15 5.1 对元器件的前期准备 15 5.2 sch原理图应注意常见问题 16 5.3 pcb设计中应注意的问题 16 5.4焊盘应注意的常见问题 176 设计结论及体会 18致谢 18参考文献 20附录 211 总体设计方案与要求1.1 设计课题任务设计一个红外线防盗报警器。要求如果有人进入监视区域，立即报警，报警时长为30秒。1.2 设计课题总体方案介绍及总体方案说明1.2.1 设计课题总体方案介绍该装置分为直流稳压电源部分和红外线报警部分，以光电开关和555定时器为核心，利用其特性来控制蜂鸣器工作，在光电开关感应到有物体靠近时输出电平信号来使蜂鸣器报警。系统框图如图 1.1所示。稳压电路变压器电 源蜂鸣器定时电路光电开关 图 1.1 系统方框图1.2.2 总体方案说明该装置接通电源后，直流稳压电源部分，变压器对220v电压降压处理，由整流桥整流，通过稳压电路输出稳定5v电压。红外线报警器部分，光电开关将电信号转化为光信号发射红外线，有人或物体进入监视区时，发射的红外线被反射回来，通过光电开关转换为电信号输出低电平，再通过555定时器，输出高电平，蜂鸣器开始报警。人或物体离开监视区时，发射的红外线不能被反射回来，光电开关输出高电平，再通过555定时器，输出低电平，蜂鸣器不工作。2 设计电路及其仿真2.1 设计电路图设计其原理电路图：图2.1图2.1 原理电路图表2.1 电路图各元件作用元件名称元件编号作用电容c1、c2、c3、c7滤波电容c5防止电路产生自激振荡电容c4减小电阻r 2上的电压波动电容c6控制555定时变压器t1降压555定时器jp1定时整流桥d1整流二极管d2防止c5电流反向流入稳压器电阻r1、r3、r5保护电路可变电阻r2调节输出电压光控开关r4检测物体电阻r6控制555定时2.2 设计电路图的仿真结果在multisim中编辑出电路图（见图2.2），在红外线发射部分中加入一个开关来控制红外线发射管工作，从而达到让红外线接收管能处于接收到红外线跟无红外线接收两种状态；用一个电压表来代替蜂鸣器，用来检测当红外线接受管处于不同状态时555定时器输出的电平。图2.2 电路仿真图 将开关闭合，接通电源，此时红外线接收器接收到红外线，处于导通状态，输出高电平至q1，q1接收到高电平达到饱和，q2接收到低电平，q2处于截至状态，555定时器接收到高电平，输出低电平，所以电压表读数为零，见图2.3。图2.3 无人状态蜂鸣器电压值 然后将开关断开，红外线发射器停止工作，不发出红外线，红外线接收器接收不到红外线，其不导通，q1接收到低电平处于截至状态，q2接到q1的高电平达到饱和，555定时器接收到低电平，555定时器输出高电平，所以此时电压表读数为5v，见图2.4。图2.4 有人状态蜂鸣器电压值图2.5 变压器输出波形图2.6 直流稳压源输出5v电压图2.7 蜂鸣器两端在开关通断时的波形3 硬件电路图及各模块功能简要介绍3.1 直流稳压电源部分图3.1 直流稳压电源部分原理图3.1.1整流原理全波桥式整流 为了提高整流滤波效率，使交流电的正负半周信号都被利用，则应采用全波整流，其电路和相应的波形如图3-3所示。图3.2 全波整流原理及整流前后波形对比3.1.2 设计电路框图设计电路框图如图2-1所示，包括变压器降压，整流滤波电路滤波，稳压电路进行稳压四个部分。图2-2为电压经过各个部分的波形，交流u1经过变压器降压后到较小的交流u2，经过整流滤波后变为纹波很小的直流u4，最后由稳压电路进行稳压输出。 稳压电路滤波电路整流电路变压器交流电源 图3.3 电路框图 u1 u2 u3 u4 u5图3.4 整流与稳压过程 3.1.3各部分电路的作用交流变压器。一般的电子设备所需要的直流电压较之交流电网提供的200v电压相差较大，为了得到输出电压的额定范围，就需要将电网电压转化到合适的数值。所以，电压变换部分的主要作用就是将电网电压变为所需要的交流电压，同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。整流电路。整流电路的作用是将变换后的交流电压转换为单方向的脉冲电压。由于这种电压存在着很大的脉动部分（称为纹波），因此，一般还不能直接用来给负载供电，否则，纹波会严重影响到负载的性能指标。滤波电路。滤波部分的作用是对整流部分输出的脉动直流进行平滑，使之成为含交变成分很小的直流电压。也就是说，滤波部分实际上使一个性能较好的低通滤波器，且其截止频率一定低于整流输出电压的基波频率。稳压电路。尽管经过整流滤波后的电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，因此，还必须有稳压电路，以维持输出直流电压的基本稳定。3.1.4 lm317芯片图3.5 to-220塑料封装图lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。317系列稳压块的型号很多：例如lm317hvh、w317l等。常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算，vo=1.25（1+r2/r3）首先317稳压块的输出电压变化范围是vo=1.25v37v（高输出电压的317稳压块如lm317hva、lm317hvk等，其输出电压变化范围是vo=1.25v45v），所以r2/r3的比值范围只能是028.6。经计算可知r3的最大取值为r10.83k。又因为r2/r3的最大值为28.6。所以r2的最大取值为r223.74k。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证r30.83k，r223.74k两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。 3.2 红外报警器部分 图3.6 红外线报警器部分电路原理图c1与r5组合来调整报警时长。c2为滤波电容，滤去去高频信号。u1为蜂鸣器，用来报警。3.2.1 ne555定时芯片图3.7 555定时器实物图图3.8 555定时器引脚接线图图3.9 555定时器内部结构图工作原理： 当6脚电位高于2/3vcc，2脚高于1/3vcc时，上比较器输出为高电平，下比较器输出为低电平，因而-触发器中的截止，bg14和bg16导通，q高电平，3脚输出为低电平。放电晶体管bg23导通，即使6脚电位变低，此状态也一直保持不变，直到2脚输入触发信号。当6脚电位低于2/3vcc，2脚低于1/3vcc时，a1输出为低电平，a2输出为高电平。因而q为低电平，3脚输出为高电平，截止。当6脚电位低于2/3vcc，2脚高于1/3vcc时，上比较器输出为低电平，下比较器输出为高电平，此时状态保持不变，3脚输出及状态也不变。当6脚电位高于2/3vcc，2脚低于1/3vcc时，上比较器输出为高电平，下比较器输出也为高电平，此时3脚输出低电平，导通。 表3.1 555定时器功能表 输 入 输 出阈值输入6脚阈值输入2脚 复位输入（4脚） 3脚输出 7脚 l l 导通 vref1 vref1 vref2 h l 导通 vref2 h 不变 不变 vref1 vref2 h l 导通vref1=2/3vcc vref2=1/3vcc3.2.2 光电开关3.10 光电开关实物图3.11 光电开关传感器三线直流接线图 光电开关接线电压：1030v直流 ne555芯片定时时长计算公式： t=1.1r6c63.3 pcb图元件电路图检查无误后，点击design中的创建网络表；新建一个pcb文档，点击design导入网络表，确认各元件编号及封装无误后进行编辑。编辑好后并进行覆铜，见图3.2。图3.11 pcb图图3.12 pcb布线3d图3.4 实物图图3.13 实物图3.5 元器件清单 列出各元器件的大小，编号及封装。见表3.1。表3.2 元器件清单元器件名称元件参数元件编号元器件封装蜂鸣器ls1axial0.4电容2200ufc1、c2rad0.3电容100nfc3rad0.2电容10ufc4rad0.2电容1ufc5rad0.2电容1mfc6rad0.2电容10nfc7rad0.2变压器200-12vt1变压器插座j1axial0.4555定时器ne555jp1dip8整流桥d1整流桥二极管in4007d2diode0.4电阻1kr1axial0.4可变电阻1kr2axial0.4电阻100r3axial0.4光控开关r4vr5电阻150kr5axial0.4电阻2kr6axial0