红外报警系统课程设计.doc

广州大学物电与电子工程学院光信息专业课程设计报告 教师评语:成绩： 评阅教师 日期 摘要：本文概述了红外发射和接收的基本原理和特点，介绍了74LS00、74LS74、74LS75、LM358和555芯片的功能应用，并介绍了其应用于红外防盗报警系统的设计方案，并对其进行了调试及性能分析。关键词：防盗 报警 红外一、前言：红外发射管是由红外发光二级管矩组成发光体，用红外辐射效率高的材料（常用砷化镓）制成PN结，正向偏压向PN结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830950nm。LED是英文Light Emitting Diode的简称，表现是正温度系数，电流越大温度越高，温度越高电流越大，LED红外灯的功率和电流大小有关，但正向电流超过最大额定值时，红外灯发射功率反而下降。红外发射管（红外线灯管）可广泛用于红外摄像机、音频输出等红外引用产品中，其里面晶片功率大小通常决定发射距离，但红外监控摄像机效果又与红外灯的角度，灯组多少，机板，镜头等有关。红外摄像机设计距离较近就用角度较大的IR发射管，并且还要跟镜头视角相配合;20米以上的必须用台湾正型12mil以上晶片，日本的也行。由于市场无序竞争，厂家标榜的照射距离和实际可视距离概念不清，大部分小的红外摄像机生产商为了降低生产成本大量采用国产及台湾10mil、8mil晶片，甚至散型晶圆封装的（包括封装厂IR发射管不良品）做正型红外灯来装配摄像机。建议打长距离的用户还是用正型晶片封装的IR发射管，如台湾鼎元、光磊（鼎元相对衰减慢、夜视清晰）。红外接收管，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 高低电平，还原出发射端的信号波形。 红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。 利用红外发射、接收的特性可以应用于信号的传输，本设计就是介绍红外信号触发报警系统，从而实现防盗功能。二、设计方案：电路中由发射和接受部分组成，发射部分由555芯片、电阻器R1、电位器R2、电容CAP和红外发射管组成。接收部分由电阻器R1、R2、R4、R8、R9，电位器R3、R7，电容C1、C2,芯片74LS175、74LS74、74LS00、555、LM358，三极管9014，红外接收1838，蜂鸣器，复位开关组成。当红外接收和发射正对没障碍物时，74LS175的4脚的电位为低，2脚输出的电压为低，蜂鸣器不响。当红外接收和发射正对有障碍物通过时，红外接收产生一个脉冲，74LS175的4脚的电位由低变高，然后变低，2脚输出的电压被锁存为高，蜂鸣器响。当按下复位开关，蜂鸣器关闭。发射电路:接收电路： 三、理论计算：器件功能参数：1、 红外发射二极管常用的红外发光二极管（如SE303.PH303)，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。 发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。 用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外接收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。2、1838红外接收头1红外信号收发系统的典型电路如图1所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 2内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号， 3然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流 4信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 5高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。 6一体化红外接收头，如图2所示： 图2 红外接收头 红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制 载波的不同应选用相应解调频率的接收头。 红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。 3、74LS175175 为四上升沿D 触发器，当清除端（CR ）为低电平时，输出端Q 为低电平。在时钟（CP）上升沿作用下，Q 与数据端（D）相一致。当CP 为高电平或低电平时，D 对Q 没有影响。引脚图：逻辑图：4、74LS74在TTL电路中，比较典型的d触发器电路有74ls74。74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路。逻辑图及引脚图：5、74LS0074LS00为四个二输入与非门，其逻辑引脚图为：6、555芯片555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。逻辑图，引脚图如下：7、 LM358LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。引脚图为：8.9014半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件，他最主要的功能是电流放大和开关作用，三极管顾名思义具有三个电极。本设计中用于电流放大。9014是一种低电压，大电流，小信号的NPN型三极管。特征：集电极漏电流ICBO VCB=60V,IE=0 100 nA发射极漏电流IEBO VBE=5V,IC=0 100 nA集电极、发射极击穿电压BVCEO IC=1mA,IB=0 50 V发射极、基极击穿电压BVEBO IE=10A,IC=0 5 V集电极、基极击穿电压BVCBO IC=100A,IE=0 60 V9、 电位器R3、R7R3用于改变震荡频率，改变CP的时钟脉冲的输入。R7用于改变滞回比较器电路的参考电平。结构特点：电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。结果分析：电路接5V的电压，红外发射管与接收管正对，在没有障碍物的情况下，蜂鸣器不响，用障碍物通过它们之间，蜂鸣器响。按下复位开关，蜂鸣器停止。结论：本文设计的红外报警系统实现了防盗功能，内容涉及红外发射和接收、震荡电路、放大电路、滞回比较器、锁存电路等诸多方面的知识，整个报警系统设计完成后达到了预期的效果，系统工作稳定，不出现误报的情况。但由于专业知识有限，设计中还有不少不足之处。希望日后有所进步。通过设计有以下几点的收获：1、 通过本次设计了解到红外的工作特性，学会了多个芯片的使用方法与功能。2、