紅外線報(bào)警器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 紅外線報(bào)警器姓 名 ： 專 業(yè) ： 班 級(jí) ： 指導(dǎo)教師 ： 學(xué) 號(hào) ： 廈門 XXXXX 學(xué)院2013 年 12 月 20 日1目錄第一章 緒論 .31.1 電路設(shè)計(jì)背景 .31.2 紅外報(bào)警器分類及原理 .31.3 熱釋電紅外傳感器的原理特性 .4第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .52.1 任務(wù) .52.2 要求 .6第三章 紅外線報(bào)警器的工作原理 .6第四章 電路原理圖、PCB 板的繪制 .64.1 使用相關(guān)軟件的介紹 .64.2 繪制原理圖 .74.3 Protel 軟件使用的常見問(wèn)題 .8第五章 紅外線報(bào)警器的制作過(guò)程 .95.1 清點(diǎn)元器件 .105.2 檢測(cè)各元器件 .115.3 焊接前準(zhǔn)備 .125.4 分清元件 .125.5 焊接要領(lǐng) .125.6 焊接電路板 .135.7 組裝成品 .145.8 測(cè)試 .145.9 產(chǎn)品實(shí)物 .155.10 產(chǎn)品說(shuō)明 .16第六章 總結(jié) .166.1 歸納 .166.2 心得體會(huì) .16致謝 .17參考文獻(xiàn) .182摘 要通過(guò)說(shuō)明熱釋紅外傳感器的工作原理，介紹了一種被動(dòng)型熱釋電紅外報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理和它的應(yīng)用電路。這種電路把紅外線的隱蔽性很好地應(yīng)用在報(bào)警系統(tǒng)上，從而實(shí)現(xiàn)了防盜報(bào)警功能，達(dá)到了安全防護(hù)之目的。該報(bào)警器能探測(cè)人體發(fā)出的紅外線，由熱釋電紅外線傳感器、BISS0001 信號(hào)處理芯片和報(bào)警指示電路等組成。當(dāng)有人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視范圍內(nèi)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。概 述 了 紅外輻射的知識(shí)、熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。利用熱釋電紅外傳感器設(shè)計(jì)了一種被動(dòng)式紅外報(bào)警電路,分析了該電路的功能和工作原理。熱釋電紅外傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn),在防盜、警戒等裝置中應(yīng)用較廣。關(guān)鍵詞：紅外線 報(bào)警器 電子狗第一章 緒論 1.1 電路設(shè)計(jì)背景隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和安全防范意識(shí)的增強(qiáng)，人們?cè)絹?lái)越注重自身所處的環(huán)境是否安全。當(dāng)家中無(wú)人或者僅有老人孩子在家時(shí)，必須考慮家庭成員生命和財(cái)產(chǎn)的絕對(duì)安全。目前，許多住宅小區(qū)的安防主要依靠安裝防盜窗、防盜門以及人工防范。這樣不僅有礙美觀，不符合防火的要求，而且不能有效地防止壞人的侵入。報(bào)警器的應(yīng)用類型非常多，但熱釋電紅外線報(bào)警器是最廣泛的，因?yàn)樗闹谱骱?jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、總體來(lái)說(shuō)就是性價(jià)比比較好。這種防盜器安3裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值 紅外報(bào)警器大多數(shù)采用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，其功能也非常先進(jìn)。其中包括被動(dòng)式熱釋電型紅外報(bào)警器，也即是本文將研究的產(chǎn)品。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器，超聲波防盜報(bào)警器,紅外線防盜報(bào)警器，高靈敏紅外報(bào)警器,觸摸式延時(shí)防盜報(bào)警器, 觸摸式防盜報(bào)警器，紅外報(bào)警器，紅外線聲光報(bào)警器。其外，可用紅外報(bào)警器原理控制各種電器的運(yùn)行。1.2 紅外報(bào)警器分類及原理 紅外報(bào)警器分為主動(dòng)紅外報(bào)警和被動(dòng)紅外報(bào)警，主動(dòng)紅外入侵報(bào)警器是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號(hào)處理器等部分組成。主動(dòng)紅外報(bào)警器是一種紅外線光束遮擋型報(bào)警器，發(fā)射機(jī)中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外光束（此光束的波長(zhǎng)約在 0.80.95 微米之間），經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機(jī)接收，由接收機(jī)中的紅外光電傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路處理后傳給報(bào)警控制器。由發(fā)射機(jī)發(fā)射出的紅外線經(jīng)過(guò)防范區(qū)到達(dá)接收機(jī)，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況下，接收機(jī)收到的是一個(gè)穩(wěn)定的光信號(hào)，當(dāng)有人入侵該警戒線時(shí)，紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。目前此類報(bào)警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防范居多，最大的優(yōu)點(diǎn)就是防范距離遠(yuǎn)，能達(dá)到被動(dòng)紅外的十倍以上探測(cè)距離。被動(dòng)紅外報(bào)警器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來(lái)判斷是否有人在移動(dòng)。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當(dāng)人通過(guò)探測(cè)區(qū)域時(shí)，報(bào)警器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變化，進(jìn)而通過(guò)分析發(fā)出報(bào)警。人體都有恒定的體溫，一般在 37 度左右，會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10m 左右的紅外線，被動(dòng)紅外報(bào)警器就是靠探測(cè)人體發(fā)射的 10m 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10m 左右的紅外線通過(guò)菲涅爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。被動(dòng)紅外報(bào)警器是4以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10m 左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是報(bào)警器無(wú)信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場(chǎng)上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)：1. 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。2. 靈敏度高、控制范圍大。3. 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。1.3 熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達(dá) 104M，故引入的 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。使用時(shí) D 端接電源正極，G 端接電源負(fù)極，S端為信號(hào)輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干5擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)范圍為 0220m。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過(guò)外，還能將燈光、陽(yáng)光和其它紅外輻射拒之門外。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2.1 任務(wù) 1. 對(duì)紅外線報(bào)警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析 2. 繪制電路原理圖和 PCB 印制電路板。3. 完成焊接。 4. 進(jìn)行調(diào)試電路、展示功能。 2.2 要求 1. 紅外線報(bào)警器的檢測(cè)范圍15 米 。2. 設(shè)置報(bào)警器的啟動(dòng)時(shí)間。 3. 報(bào)警時(shí)有指示燈顯示。4. 可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的人體，當(dāng)有人在該范圍走動(dòng)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 第 3 章 紅外線報(bào)警器的工作原理由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓較器、延 時(shí) 電 路 和 音 響 報(bào) 警 電 路 等 組成 。 紅 外 線 報(bào) 警 器 對(duì) 溫 度 敏 感 ,溫 度 越 高 的 物 體 輻 射 出 的 紅 外 線 越 強(qiáng) ,當(dāng) 感 應(yīng) 到 環(huán) 境 中6存 在 高 出 背 景 強(qiáng) 度 的 輻 射 時(shí) ,就 觸 發(fā) 反 警 。 當(dāng) 紅 外 線 傳 感 器 探 測(cè) 到 人 體 輻 射 出 來(lái) 的 紅外線 信 號(hào) 時(shí) ， 由 傳 感 器 的 2腳 輸 出 微 弱 的 電 信 號(hào) ， 送 入 集 成 電 路 GC7780（ 圖 2） 的 14腳 經(jīng)運(yùn) 算 放 大 器 OP1做 一 級(jí) 放 大 ， 然 后 由 C15耦 合 給 OP2進(jìn) 行 第 二 級(jí) 放 大 ， 再 經(jīng) 雙 向 鑒 幅 器（ 由 電 壓 比 較 器 COP1和 COP2構(gòu) 成 ） 處 理 后 ， 檢 出 有 效 觸 發(fā) 信 號(hào) Vs 去 啟 動(dòng) 延 時(shí) 時(shí) 間 定時(shí) 器 。 GC7780的 輸 出 信 號(hào) Vo 經(jīng) 二 極 管 D1送 入 音 樂(lè) 片 ， 音 樂(lè) 片 受 觸 發(fā) 后 工 作 ， 其 輸 出端 輸 出 內(nèi) 儲(chǔ) “滴 ”聲 電 信 號(hào) 再 經(jīng) 過(guò) Q1和 Q2放 大 后 驅(qū) 動(dòng) 蜂 鳴 器 發(fā) 出 報(bào) 警 聲 。 紅 外 線 報(bào) 警 器 框 圖 第四章 電路原理圖、PCB 板的繪制4.1 使用相關(guān)軟件的介紹 Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/2000/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D 模擬功能，是一個(gè) 32 位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層，16 個(gè)電源-地層和 16 個(gè)機(jī)加工層。啟動(dòng)圖標(biāo)如圖 1-1 所示。圖 1-1 啟動(dòng)圖標(biāo)Protel 99SE 的系統(tǒng)組成部分按照系統(tǒng)功能來(lái)劃分，Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6 個(gè)功能模塊。71電路設(shè)計(jì)部分（1）電路原理設(shè)計(jì)部分（Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡(jiǎn)稱 SCH 編輯器）、電路圖零件庫(kù)編輯器（簡(jiǎn)稱 Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫(kù)；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫(kù)的各種報(bào)表。（2）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡(jiǎn)稱 PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡(jiǎn)稱 PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。（3）自動(dòng)布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：在系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shape-based）的無(wú)柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn)PCB 設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。2電路仿真與 PLD 部分電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）、可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PLD 99）、高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）Protel 99SE 的功能特點(diǎn)：（1）開放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系。（2）超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能。（3）強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能。4.2 繪制原理圖1、發(fā)射板原理圖的繪制 (1)啟動(dòng) Protel 99 SE，執(zhí)行 File/New/New Design Database，建立數(shù)據(jù)庫(kù)文件并命名為“紅外線報(bào)警器”。 (2)執(zhí)行 File/New/New Document/Schematic Library，建立原理圖元件庫(kù)文件并命名為“報(bào)警器”。 (3)將畫原理圖所用到的元件一一在元件庫(kù)文件中繪制出來(lái)，再命名。 (4)執(zhí)行 File/New/New Document/Schematic Document，建立原理圖文件8并命名為“報(bào)警器”。 (5)加載元件庫(kù)“報(bào)警器”，并在此庫(kù)中選擇所需要的集成電路，以及其他元件。 (6)將所有的元器件排好進(jìn)行連線。 4.3 Protel 軟件使用的常見問(wèn)題1、原理圖常見錯(cuò)誤： (1)ERC 報(bào)告管腳沒(méi)有接入信號(hào)： a.創(chuàng)建封裝時(shí)給管腳定義了 I/O 屬性； b.創(chuàng)建元件或放置元件時(shí)修改了不一致的 grid 屬性，管腳與線沒(méi)有連上； c.創(chuàng)建元件時(shí) pin 方向反向，必須非 pin name 端連線。 (2)元件跑到圖紙界外：沒(méi)有在元件庫(kù)圖表紙中心創(chuàng)建元件。 (3)創(chuàng)建的工程文件網(wǎng)絡(luò)表只能部分調(diào) PCB:生成 netlist 時(shí)沒(méi)有選擇為global。 (4)當(dāng)使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時(shí)，千萬(wàn)不要使用 annotate. 2、PCB 中常見錯(cuò)誤： (1)網(wǎng)絡(luò)載入時(shí)報(bào)告 NODE 沒(méi)有找到： 9a.原理圖中的元件使用了 P