课程设计-红外线防盗报警器

1、XXXX 大学 XXX 系 电子技术课程设计与制作说明书 设计题目:红外线防盗报警器专 业: xxxxxxxx 姓 名: xxx 学 号: xxxxxxxxxxxx 同组姓名 : xxx指导老师: xx2012 年 12 月 27 日电子课程设计与制作任务书 专业:xxxxxxxx 学号:xxxxxxxxxx 姓名:xxx一、 设计题目:红外线防盗报警器二、 设计要求 :1.灵敏、可靠、一经触发,即刻报警;2.对产品材料精益求精,延长使用寿命;3.根据实际应用环境,自己选择传感器,确定红外检测范围。三、设计内容:硬件设计及样品制作四、设计成果形式:1、 设计说明书一份;2、 样品一套。五、完成

2、期限: 2012 年 12 月 28 日指导老师:xxx 2012 年 12 月 27日内容摘要红外线防盗报警器目前市场上已有成型产品, 且市场较为成熟。 由于红外线 是不可见光, 因此用它进行红外探测监控, 具有良好的隐蔽性, 白天和黑夜均能 使用, 而且其抗干扰能力强。 红外线传感器分主动式与被动式两种, 主动式设计 方案简单,但成本较高,从成本考虑,本课题通过介绍热释红外传感器 RE200BP 的工作原理, 给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。 这 种电路把红外线传感器应用于报警系统中,从而能够实现防盗报警能。该报警器能探测人体发出的红外线, 由红外线传感器、 信号放

3、大电路、 电压 比较器、 和报警指示电路等组成。 当人进入报警器的监视区域内, 即可发出报警 信号,适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。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。关键词:被动式红外报警器;热释电传感器;菲涅尔透镜;防盗报警器目录第一章 绪论1.1 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

4、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 0.8 0.95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。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

5、, 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

6、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。1.2 设计目的近年来, 电子电器的飞速发展 , 各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所 拥有。 然而大部分人防盗意识还不够强, 造成偷盗现象屡见不鲜。 此时报警器就

7、派上了用场。 很多报警器价格高昂, 一般人们难以接受。 本课题选择设计的被动 式热释电红外探测器也以其价格低廉、 技术性能相对稳定等特点而占有了一定的 市场。第二章 红外线防盗报警系统的总体框图红外线防盗报警器的一般构成框图如图 2.1所示。它主要由 9V 直流电源、 传感器、信号放大、比较器、精确比较电压以及报警电路等几部分组成。 图 2.1设计原理框图如图 2.1所示, 报警电路主要是由热释电红外传感器 RE200BP 、 MB324P 集成运算放大器、发光二极管、电阻电容构成。传感器主要的工作就是 把采集到的人体红外线转换成电压信号,由于此时的电压比较微弱所以要经过 MB324P 的放大

8、后的电压输入到电压比较器进行比较来控制相应的发光二极管指 示灯工作。第三章 红外线防盗报警器各单元电路图3.1 同相交流放大器电路同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的 R1、 R2组成21U+分压电路 ,通 过 R3对 运 放 进 行 偏 置 。 电 路 的 电 压 放 大 倍 数 Av 也 仅 由 外 接 电 阻 决 定 :41R Rf Av +=, 电路输入电阻为 R3、 R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆,如下图所示, 该图说明同向交流放大器的基本原理, 本课题采用同向交流放大器, 放大倍数为 2倍,使得传感器输出的敏感变化电压范围扩大,以利于比较。 图 3.1 同相交流放大器3.

9、2 比较器电路采用单门限电压比较器, 目的是使得无人进入时或者有非有效干扰时电压不 触发电压比较器, 依然输出低电平, 不驱动后续报警电路; 若有人进入, 输出电 压较大,大于门限电压,此时输出高电平 9v 驱动后续报警电路。实际仿真达不 到 9v ,因此后续电路如蜂鸣器等输入电压应为 5v 到 8v之间合适。 图 3.2 比较器电路3.3 电压跟随器用来稳定同向交流放大器和电压比较器之间的电压。 图 3.3 电压跟随器第四章 . 总原理图及元器件清单4.1总原理图 仿真效果显示,若模拟传感器工作的开关 J1闭合,相当于传感器感应到人 体移动发出报警信号, 此时经过电路处理后的信号出发蜂鸣器鸣

10、响和发光二极管 闪烁;若 J1断开,相当于传感器没有感应到人体移动,电路无输入,实际比较 电压不够,输出低电平,无报警。整体方案调节时特别注意测量各个单元点的输入输出,用探针 来测量输入输出, 设置蜂鸣器时蜂鸣器要采用 2000hz , LED 发光二极管要串联限流电阻, 以保证输出电压不会超出 LED 的最大承载电流, 防止烧毁。 电路中极性电容完全 可以用普通电容代替,但由于普通瓷片电容没有 10uF 大小的,故需要使用极性 电容在不影响电路功能的情况下代替。 电路中所有电容的作用均为滤波, 若无电 容,上电瞬间容易产生尖峰脉冲,可能会损伤元器件。4.2元件清单 4.3重点原件介绍蜂鸣器有

11、有源和无源两种。 根据蜂鸣器内部有无震荡源可分为有源蜂鸣器和 无源蜂鸣器。 其中有源蜂鸣器可以在工作电压下发出频率固定的鸣叫声, 无源蜂 鸣器的鸣叫声则受到输入电压频率的影响。此外 5v 蜂鸣器的实际工作电压范围 较宽, 但过高或过低的电压都会导致发声异常。 为了保证较理想的输出声音, 本 次课程设计采用 5v 有源蜂鸣器。本次课程设计采用的 MB324P 为 DIP14封装,四运放集成。 图 4.1运算放大器 图 4.2 MB324P封装引脚图它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器 , 除电源共用外 , 四组运放相 互独立。 MB324P 的引脚封装见图 4.2,图 4.1为内部运放结构。

12、由于 MB324P 四 运放电路具有电源电压范围宽 , 静态功耗小 , 可单电源使用 , 价格低廉等优点 , 因 此应用广泛。RE200BP 红外传感器实物如图 4.4所示。 红外线传感器对人体的敏感程度还 和人的运动方向关系很大。红外线传感器对于径向移动反应最不敏感 , 而对于横 切方向 (即与半径垂直的方向 移动则最为敏感。 在现场选择合适的安装位置是避 免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环,如图 4.3。如果是自己安装这个元件安装时引脚要尽量短, 远离其它发热元件, 除了窗 口, 其它的元件最好用厚纸隔开, 否则你装好后误差也大, 就是受干忧大, 常误 触发。常见的引脚位置如

13、图 4.5。 RE200BP 内部功能图如图 4.6所示。 图 4.3. 红外传感器感应方向 图 4.4 RE200BP红外传感器实物 图 4.5 RE200BP 引脚说明 图 4.6 RE200BP内部功能图RE200BP 的基片材料是硅材料,采用的是 T0-5封装,尺寸参数为:1. 灵敏元面积为:2.0mm 1.1mm Gap 0.9mm Dual ,双元2. 基片厚度为:0.5mm3. 窗口尺寸为:5.2 3.8mm4. 工作波长为:514um5. 平均过透率为:>75%6. 输出信号为:>2.2V7. 灵敏度为:3300V/W8. 探测率为:1.5 108cmHz1/2/W

14、9. 噪声(Vp-p 为:<200mV (25 10. 平度度为:<20%11. 工作电压为:2.215V12. 工作电流为:8.524uA(25 13. 原极电压为:0.41.1V(25 14. 工作温度为:-20 +7015. 保存温度为:-30 +8016. 视场为:边缘角 55° 51°注:RE200BP 传感器的信号输出不停变化,只有当人走过其测量范围时,才会有 0.1v 左右的微弱变化,这是整个设计的关键。第五章 电路功能仿真验证本次课程设计我们使用的是 Multisim 仿真软件来仿真。待检查好电路无误 后,打开仿真按钮开关即可进入仿真状态。电路仿

15、真效果图如下。1、闭合开关, 相当于红外传感器接收到红外线, 输出波动电压, 超过门限电压, 电路输出高电平。 2、打开开关,相当于红外传感器接未收到红外线,输出稳定电压,不超过门限 电压,电路输出低电平。 第六章 性能测试与分析1、调节两个精确电位器的电阻大小可精确分压进而提供比较器比较电压,能够调节传感器的灵敏度。 使之精确灵敏。 不同环境条件虽然对传感器输出电压有影 响, 但均可通过精确电位器调节分压保证工作的可靠性。 该电路能够稳定灵敏可 靠工作。2、由于电路结构简单,布局上相对分散,易受热源干扰和易发热的元件焊接相 对独立, 保证了电路寿命能够尽可能延长。 去耦电容能使上电瞬间的冲击

16、脉冲对 电路影响减小。故此方案也能保证电路尽可能延长使用寿命。3、 RE200BP 作为市场上较成熟的产品,工作较为稳定。通过与菲涅尔透镜配合 使用,能够通过菲涅尔透镜使远处的红外线被菲涅尔透镜聚焦在传感器探头上, 从而实现远距离的探测,理论上探测范围可达 7到 10米。第七章 心得体会实验设计过程中, 我们做了数十次的仿真, 在这个过程中通过查阅资料, 学 习了很多使用的电路设计理念, 看到了很多前辈的设计方案, 但选来选去还是选 择了自己设计, 因为自己设计的电路便于我们充分了解电路的原理, 也使我们最 终做出成果有了成就感, 尽管我们的方案很简单。 然而, 仿真的成功并不代表可 以很快完

17、成课程设计, 就像本次使用的运算放大器一样, 本来我是打算用 LM324N 的, 但是到我们去买元器件时才发现没有这个卖, 后来还是买元器件的老板给我 们介绍了 MB324P 。在调试的过程中,也遇到过一些困难。通过上网和去图书馆 查资料以及询问了上一届大三的学长我们也一一的解决了。其次,尽管我们的课题相对简单,但是仍然需要我们相互合作,明确分工, 但我们始终要求三个人都要懂电路的原理和工作方式, 从而能够各自做出独立的 电路,三个人的检查也使得电路设计更加准确。课设之后, 有了一定经验, 我们有了足够的信心做好今后其他科目的课程设 计。第八章 小结通过本次课程设计, 使我们熟悉了设计电路的过程, 懂得了如何设计、 焊接、 调试以及组装等一个完整的制作过程。 懂得了要设计成功一个电路, 不仅要做到 课内的知识要扎实, 还要多动动手, 只有理论联系实际,通过动手实践, 才可以 讲知识真正掌握。在这里, 还要感谢大三学长给我们的指导! 还有同组的伙伴! 有了他们的帮助, 才让我们这次这个制作取得了较大的成功, 也使我们提高了对电子制作的信