远距离红外线防盗报警器.doc

目录摘要1关键词1一、概述2二、整机工作原理3三、红外线远程防盗报警器53. 1红外线发射器原理框图53. 1. 1 555定时器5（1）555定时器概述5（2）555定时器应用8（3）构成多谐振荡器103. 1. 2施密特触发器113. 2红外线接收器原理图133. 3执行控制电路143. 3. 1充放电路143. 3. 2继电器14四、主要参数164. 1二极管（IN4148）164. 2 三极管（C9014）16五、整机调试18六、毕业设计心得体会19七、元器件明细表21八、参考文献23摘要红外线是一种不可见光线，由于它是不可见光，利用这一点，可将它当作一道看不见的“路障”，当有人在穿越红外线防范区域的主要通道时，使红外线报警器开关立即动作，触发报警电路即时告警，便可制成一种可靠而使用的红外线防盗报警器，具有良好的隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入，并其有效距离可做得比较远。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其而是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。关键词：红外线 接收机 发射机 放大器 报警器、一、概述近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。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是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧，报警器这时正为人们解决了不少问题。防盗报警器最初被应用于博物馆，20世纪六十年代主要采用的手段是声音报警，通过罪犯行窃时发出的声音作为报警信号，值班人员听到声音后再采取相应的措施；随着科学技术的发展，1982年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。红外线技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛的应用。由于它是不可见光，因此用它做防盗报警器，具有良好的隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便的检测是否有人进入，而且抗干扰能力强。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其而是尽可能大的增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。通常红外线发射电路是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无限报警信号，并可区分报警地点。二、整机工作原理红外线防盗报警器是一种红外线光束遮挡行报警器，红外线防盗报警器由发射电路和接收电路两部分组成。发射电路由电源，振荡器，发射电路组成；接收电路由接收放大电路，整形比较电路，控制电路和报警等部分组成。发射电路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0.8um0.95um）。此光束被光电三极管接收放大并转换成电信号，经过电路处理后传给控制报警器。由发射电路的红外线经过防范区到达接收机，构成一警戒线。正常情况下，接收电路收到的是一个稳定的信号；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突变，提取这一变化，经放大和适当处理后，即控制发出报警信号。目前，此类探测器不仅有单束的，而且还有双束和四束的。红外线防盗报警器的原理框图如图21所示。红外线通道振荡器发射电路接收电路整形比较控制电路报警电源 21红外线防盗报警器原理框图发射电路发出的一束经调制的红外光束，被接收电路接收，形成一条红外光束组成的警戒线。可以大大提高抗噪声和误报能力。红外发射的光源通常为红外发光二极管，其特点是体积小，重量轻，寿命长。采用双光路的红外防盗报警器。当被探测目标入侵警戒线时，红外光束被部分或全部遮挡，接收电路接收信号发生变化，经放大处理后发出报警信号。对光束遮挡型的探测器，需要适当选取有效的报警最短遮光时间。遮光时间选取太短，引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过，小动物穿过都会引起报警；而遮光时间选取时间太长，则可能漏报。通常以10m/s的速度通过镜头的遮光时间，决定最短遮光时间。若人的宽度为20cm，则最短遮断时间为20cm/(10m/s)=20ms，系统报警：小于20ms不报警。红外线防盗报警器由于体积小，重量轻，便于隐藏，采用双光路的红外线防盗报警器可大大提高起抗噪声误报的能力；而且红外线防盗器寿命长，价格低，易调整，因此，被广泛使用在安全技术防范工程中。在发射电路中发出一束红外光，被接收电路接收，放大并转换成电信号，经过电路处理过程后传给控制报警器整个过程中我主要负责的是红外线发射这部分。三、红外线远程防盗报警器远距离红外线遥控电路由红外线发射器、红外线接收器和执行电路组成。红外线发射器是由采用555时基集成电路组成的多谐振荡器、发射驱动晶体管VT和聚焦式发射头组成的。红外线接收起电路由口TL，P911红外线接收头和CX20106红外线信号处理电路组成。红外线接收头由一个凸透镜和一直光敏晶体管组成。执行电路由VT2VT4、VD1VD3及继电器K等组成。3. 1红外线发射器原理框图3. 1. 1 555定时器555定时器又称为时基电路，外部加上少量阻容元件，即能构成多种脉冲电路，而且价格低廉、性能优良，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛应用。（1）555定时器概述分类A.按照内部器件分，555定时器可分为双极型和单极型（CMOS）。双极型555主要特点是输出电流大，达200mA以上，可直接驱动大电流执行器件，如继电器等。单极型（CMOS）555主要特点是功耗低，输入阻抗高，输出电流较小（IoVcc/3,A2输出端Sd=1；触发器输出Q=0，Q=1，T导通，UOut=1。UTH2Vcc/3，Rd=1；UTRVcc/3，Sd=1；触发器输出保持不变。UTH2Vcc/3，Rd=1；UTRVcc/3，Sd=0；触发器输出Q=1，Q=0，T截止，UOut=0。综上所述，555定时器是将触发电压（分别从高处发端TH和低触发端TR输入）与2Vcc/3和Vcc/3比较，均大，则输出低电平，放电管导通；均小，则输出高电平，放电管截止；介于二者之间，则输出和放电管状态均不变。555定时器功能如表3-4所示。表3-4 555定时器功能表B.Ctr端输入控制电压UREF，则TH端与UREF比较，TR端与UREF/2比较，比较方法和结果与表3-4相似。（2）555定时器应用555定时器应用十分广泛，现择其典型应用电路分析如下。构成施密特触发器555定时器构成施密特触发器如图3-5所示。输入触发电压接TH和TR，直接与2Vcc/3和Vcc/3比较，即2Vcc/3和Vcc/3作为施密特触发器的两个阈值电压UTH+和UTH-。图3-5 555构成施密特触发器构成单稳态电路555定时器构成单稳态电路如图3-6(a)所示。该单稳态电路应为uo低电平，ui为高电平，此时放电管导通，TH端电压UTH=uc=0。当ui输入一个低电平触发脉冲时，满足UTH2Vcc/3、UTRVcc/3条件，uo输出高电平，且放电管截止。Vcc通过R向C充电，充至UTH2Vcc/3时，电路翻转，uo输出低电平，恢复稳态。其波形图如图3-6(b)所示。暂稳态宽可按下式估算：tw=RCln3图3-6 555构成单稳态电路需要指出的是，由555定时器构成的单稳态电路，其输入负脉冲脉宽应小于输出暂脉冲宽。否则该电路在逻辑上仅相当于一个反相器，输入输出脉宽相同。（3）构成多谐振荡器555定时器构成多谐振荡器电路如图3-7(a)所示。设初态uo为高电平，则放电管截止。Vcc通过R1、R2向C充电，充电至Vcc/3，电路翻转，uo输出低电平，放电管导通，电容C通过R2向放电管放电，放电至Vcc/3，电路再次翻转，uo输出低电平，截止。电容C上的电压反复在Vcc/3与2Vcc/3之间充电、放电，uo输出矩形脉冲波，如图3-7(b)所示。振荡脉宽可按下式估算：tw1=（R1+R2）Cln2tw2=R2Cln2脉冲周期：T=tw1+tw2=(R1+2R2)Cln2图3-7 555构成多谐振荡器由555构成的占空比可调的多谐振荡器电路如图3-8所示，充电时，仅通过R1、VD1向C充电，tw1=R1Cln2；放电时，电容C通过VD2、R2向DIS端放电，tw2=R2Cln2，占空比q=R1/(R1+R2)。图3-8 占空比可调多谐振荡器3. 1. 2施密特触发器施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。它是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的. 从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适，均能受到满意的整形效果。 施密特触发器的应用1. 波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。2. 脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。3. 脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。施密特触发器常用芯片:74LS18双四输入与非门（施密特触发）74LS19六反相器（施密特触发）74132、74LS132、74S132、74F132、74HC132四2输入与非施密特触发器触发器74221、74LS221、74 HC221、74 C221双单稳态多谐振荡器（有施密特触发器）3. 2红外线接收器原理图工作原理如图所示，当接收头接收到发射头发射的脉冲红外线时，残生相应的电脉冲，经一级前置预防后由1脚输入IC内部进行放大，整形，带通比较，由7脚输出低点位VT2截止，使VT3无偏置电流，VT3截止，此时，提供基极电流VT3由于没有集电极电流与后续电流断开。电流通过10K电阻提供基极电流使VT3导通继电器K线圈得到VT4集电极电流，使触点吸合。通过从发射头至接收头的红外线光束被物体遮挡，VT3导通VT4截止，继电器K通过徐留二极管释放电流，其触点S1断开，S2接通报警器报警。前置放大器（CX20106）CX20106是红外遥控接收集成电路，它由前置放大器，限幅放大器，带通滤波器，峰值检波器和整形电路等组成。前置电路将接到的信号送到CX20106的1脚，CX20106的总放大增益80dB，其7脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.55V范围内。总增益大小有2脚外接的R1，C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。但取值过大时将造成频率响应变差，C1为1uF。积分电容C3取330pF。经CX20106后的脉冲信号由7脚输出。前置放大器（CX20106）内部原理如图3-1所示。3-1 CX20106内部原理图3. 3执行控制电路执行控制电路由VT2VT4、VD1VD3及继电器K等组成。3. 3. 1充放电路充放电路在CX20106的7端输出一系列固定频率的负脉冲信号，经三极管倒相放大变成的脉冲信号，脉冲信号经电阻对电容进行充电，同时报警，当充电完成，报警也随之结束。3. 3. 2继电器在现代自动控制设备中，都存在电子电路（弱电）与电气电路（强电）的相互连接问题，一方面要使用电子电路的控制信号能够控制电器电路的执行元件（如电动机，电磁铁，电灯等），另一方面又要为了电子线路的电气电路提供良好的点隔离，以保护电子电路和工作人员的人身安全。继电器便能完成这一桥梁作用。继电器是当某一输入量（电量与非电量）达到预定值时，使其触头闭合或断开，从而突显对电气线路的控制和保护的一种知自动电器。继电器具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件）两部分组成，当感应元件中的输入量（如电流，电压，温度，压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接同和断开控制回路。本设计采用的是电磁式超小型直流电磁继电器。电磁继电器的线圈一般只有一个，但其带触点的簧片有时根据需要则设置为多组。在电路中，表示继电器时只画出它的线圈与控制电路有关的触电。线圈用长方框表示，长方框旁边标有继电器文字符号“K”。电磁式继电器的触点有动合触点（常开）和动断触点（常闭）之分。所谓动合触点，是指在继电器的线圈没有加电时，其原始位置处于断开状态的触点，当线圈加电后，动合触点转为闭合状态。而所谓动断触点，则是指在继电器的线圈没有加电时，其原始位置是处于闭合接通状态的触点，当线圈加点后，动断触点转化为断开状态。四、主要参数4. 1二极管（IN4148）本设计采用的二极管型号是IN4148.IN4148是高速开关管（这里高速相对于4001等整流而言），开关比较迅速，适用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离，如图所示，是二极管。IN4148（1）IN4148参数计算 反向电压Vr=75V 高峰反向电压Vrm=100V 峰值电流Ifrm=300ma 正向电流If=100ma（2）IN4148的工作原理 起到一个普通二极管的单向导通作用 降压，降幅在0.6V上下 是在直流中最常用的元器件4. 2 三极管（C9014）三极管又称为晶体管，它的种类很多。按频率分，有高频率，低频率；按功率分，有小，中，大功率；按照半导体材料分，有硅管，锗管。本设计采用的硅管，如图所示。C9014（1）三极管的结构根据结构不同，三极管一般可分为两种类型：NPN型和PNP型。是由两个PN结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的P/N行半导体（几微米几十微米），两边各为一块N/P型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是三极管的三个电极，它们分别叫做发射极，基极和集电极，对应的每块半导体称为发射区，基区和集电区。（2）三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。由于三极管和二极管一样也是非线性元件，所以通常用它的特性曲线进行描述。从使用三极管的角度来说，了解它的特性就比了解它的内部载流子的运动显得更为重要。由于三极管有三个点极，它的V-I特性就不像二极管那样简单，工程上最常用到的是它的输入特性和输出特性曲线。在半导体器件手册中，有时画出某些三极管的曲型特性曲线，但由于三极管本身特性的分散性，即使是同型号的器件，它们的特性也不完全一致。所以手册中给出的这些特性曲线只能作为使用时的参考。在实际应用中，通常是利用专用的图示仪对输入、输出特性进行显示，或通过实验进行测量。输入特性IB=f（Vbe）Vce=常数，输出特性IC=f（Vce）IB=常数。（3）三极管的主要参数三极管的主要参数PCM/MWICM/MAU(BR)CEOHFEICBO/UAFT/MHZ45010045601000.05150五、整机调试红外线防盗报警器是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，防盗器会自动报警，广泛应用于银行，仓库及家庭。实验证明在30KHZ的高频干扰下，防盗器均能可靠的工作，并有很强的抗干扰能力。红外线报警器安装在室外高于2M的距离墙壁上或采用吸顶式安装，远离热源，接线排列应规则，报警器透镜前面不应该有物体遮挡，盒盖斜口面朝下，不应装反以免影响检测效果。检查接线无误，装好探测器盒盖，接通12V直流电源，按下按钮，指示灯亮，表示进入正常检测状态，此刻后有人进入检测区，报警器会发生报警。本设计在正常使用情况下（不包括人为损坏）保用5年，使用寿命长，灵敏度高，外观豪华，产品经久耐用。六、毕业设计心得体会 2009年11月，我开始了我的毕业设计，到今天，设计基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋斗，紧张而又充实的毕业设计终于成型。回想这些日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 12月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是：红外线远程报防盗警器设计。我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对17寸的电脑屏幕真是有些茫然，不知如何下手。在向指导老详细的询问下，我对毕业设计的制作流程有了初步了解，对设计的资料寻找有了目标。 在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆，网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给指导老师进行沟通。在遇到难题时也及时向老师询问，使我的资料查找得更详细完整。 3月初，资料已经查找差不多了，我开始进行相关图形的绘制工作和电路的设计工作。为了画出自己满意的电路图，图表等，我仔细复习了Protel 99SE的绘图技术。在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，通过向老师的询问，在老师的帮助下我的设计渐渐有了头绪，并逐渐有了方案。但是对于整个设计的排版问题我又遇到了麻烦，对那些电路图在文字中的穿插，设计文字的编排和校对我都不知所措。所以我只能向知道老师求助，在老师的帮助下顺利的完成了排版工作！ 当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人觉得如释重负，看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我感到很有成就，我觉得这一切都值了。这次毕业设计的制作过程是我再一次学习，再提高的过程。在毕业设计中我充分地运用了大学期间所学到的知识。 我不会忘记这3个多月的时间。毕业设计的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情。我从资