基于熱釋電紅外線傳感器的自動(dòng)報(bào)警器課程設(shè)計(jì)論文

1、遼寧工業(yè)大學(xué)信號(hào)變換綜合設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：基于熱釋電紅外線傳感器的自動(dòng)報(bào)警器設(shè)計(jì)院（系）： 電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)題目基于熱釋電紅外線傳感器的自動(dòng)報(bào)警器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：通過對(duì)現(xiàn)有的光電防盜報(bào)警裝置優(yōu)缺點(diǎn)的研究， 利用熱釋電紅外線傳感器和光敏傳感器設(shè)計(jì)制作一套防盜報(bào)警系統(tǒng)，使之適用于家庭、商場(chǎng)、倉(cāng)庫的夜晚自動(dòng)值守防盜保護(hù)。 選取合適型號(hào)的傳感器， 設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路， 確定器件參數(shù)， 電路主要由熱釋電紅外傳感器探測(cè)電路、 路板焊接。光控電

2、路、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路所組成； 進(jìn)行電路仿真，或進(jìn)行電技術(shù)要求 :在環(huán)境溫度為 -20+60 C 之間，電壓為 315V 時(shí)，熱釋電傳感器能有效探測(cè)進(jìn)論 文 ）入探測(cè)區(qū)域的紅外發(fā)射體。報(bào)警采用大功率報(bào)警設(shè)備（不能采用蜂鳴器） 說明書要求 :）任務(wù)1.格式規(guī)范，符合學(xué)校要求；2.說明書中應(yīng)有方法比較與方案論證，原理（公式）及具體的實(shí)現(xiàn)方案、電路器件型號(hào)、參數(shù)，設(shè)計(jì)說明等；3.硬件電路應(yīng)由protel 繪制，并且焊接、調(diào)試；4. 不能采用單片機(jī)設(shè)計(jì)。5.按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000 字以上。1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。（2 天）工2、

3、選擇相應(yīng)傳感器、設(shè)計(jì)硬件電路圖。（2 天）作3、計(jì)算器件參數(shù)、選擇元器件型號(hào)繪制硬件電路圖。（ 3 天）計(jì) 劃4、仿真調(diào)試或硬件電路焊接、調(diào)試。（2 天）5、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書、答辯。 （1 天）平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 指導(dǎo)教師簽字：總成績(jī)：年月日注：成績(jī)：平時(shí) 40% 論文質(zhì)量 40% 答辯 20% 以百分制計(jì)算本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著近幾年我國(guó)電子技術(shù)的不斷發(fā)展， 許多原先的高端電子產(chǎn)品也逐漸步入人 們的生活?，F(xiàn)在價(jià)格低廉的熱釋電紅外傳感器得到了很大的普及。原本用于控制感 應(yīng)門的熱釋電紅外傳感器也進(jìn)入了人們的生活安全保障中 , 在保護(hù)各方面安全工作 中起著至關(guān)重要的作用。 矚慫

4、潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。本次設(shè)計(jì)的熱釋電傳感器報(bào)警器能夠應(yīng)用于家庭、商場(chǎng)、倉(cāng)庫的夜晚自動(dòng)值守 防盜保護(hù)。光敏電阻感受到的光亮越少電阻越大，依據(jù)此特性用它來作為熱釋電紅 外線傳感器的開關(guān)電路。而熱釋電傳感器在無人或動(dòng)物進(jìn)入探測(cè)區(qū)域時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的紅 外輻射穩(wěn)定不變，一旦有人體紅外線輻射進(jìn)來，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產(chǎn) 生突變電信號(hào)，而發(fā)出控制信號(hào)，控制大功率報(bào)警裝置發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。本次設(shè) 計(jì)利用上述的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)在夜晚自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，給夜班值守人員減輕了 負(fù)擔(dān)，為社會(huì)節(jié)約了資源，創(chuàng)造了價(jià)值。 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。經(jīng)過分析、仿真后，本次的電路設(shè)計(jì)具備了相應(yīng)的報(bào)警靈敏度與報(bào)警能力，總 體水平基本達(dá)

5、到了課程設(shè)計(jì)的要求。能夠運(yùn)用在家庭、商場(chǎng)、倉(cāng)庫等需要夜晚自動(dòng) 值守防盜保護(hù)的場(chǎng)合，為人們的日常生活帶來了方便，更為私人財(cái)產(chǎn)和公共財(cái)產(chǎn)的 保護(hù)起到了一定的作用。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。關(guān)鍵字： 熱釋電紅外線傳感器；光敏電阻；報(bào)警器； 555定時(shí)器II本科生課程設(shè)計(jì)（論文）目錄第 1 章 緒論 1. 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。第 2 章 方案論證 3. 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。2.1 熱釋電傳感器報(bào)警器設(shè)計(jì)要求 3. 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 3. 廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。2.2.1 方案一 3. 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2.2.2 方案二 3. 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。第 3 章 電路

6、設(shè)計(jì) 6. 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。3.1 傳感器電路設(shè)計(jì) 6. 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。3.2 光敏電路設(shè)計(jì) 8. 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。3.3 555定時(shí)器電路設(shè)計(jì) 9. 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 9. 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.5 電源電路設(shè)計(jì) 1.1 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。第 4 章 仿真與調(diào)試 1. 2 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 1. 5 蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。參考文獻(xiàn) 1.6 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。附錄 1.7 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。附錄 1.8 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。III本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 1 章 緒論熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛

7、力的傳感器。 它能檢測(cè)人或某些動(dòng)物發(fā) 射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。早在 1938 年，有人就提出利用熱釋電效應(yīng)探測(cè) 紅外輻射，但并未受到重視。直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才 又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用開發(fā)。近年來，伴隨著集成電 路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對(duì)該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專用集成電路處理 技術(shù)也迅速增長(zhǎng)。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。目前國(guó)內(nèi)、外使用的各類防盜、安保報(bào)警器大多采用的是以超聲波、主動(dòng)式紅 外發(fā)射 /接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。 它們均采用的是監(jiān)測(cè)接收到的經(jīng)反射回來的信 號(hào)有無異常來判斷有無入侵者。 識(shí)別效率低， 容易誤報(bào)警， 而熱釋電紅外

8、傳感器 （簡(jiǎn) 稱 PIR） 是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè) 出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加 以放大， 便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路， 如作電源開關(guān)控制、 防盜防火報(bào)警、 自動(dòng)覽測(cè)等。 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸 鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩 個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的 干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭 內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外

9、輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一 般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下 兩部分各分成若干等份， 制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡， 它和放大電路相配合， 可將信號(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測(cè)出 1020米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺 齦話騖。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理， 在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體 發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外 信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而增強(qiáng)其能量幅度。 輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。人體

10、輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 910um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 0.220um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片 可通過光的波長(zhǎng)范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng) 的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳本科生課程設(shè)計(jì)（論文）感器。 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)， 人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦， 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。菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離） ，從而產(chǎn)生不 同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越

11、多，控制越嚴(yán)密。 識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭具有本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性 好，價(jià)格低廉。防小動(dòng)物干擾：探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面 上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。抗電磁干擾：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408中 4.6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)?？篃艄飧蓴_：探測(cè)器在 正常靈敏度的范圍內(nèi)，受 3 米外 H4 鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。 凍鈹鋨勞臘鍇 癇婦脛糴。利用熱釋電傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境變化， 進(jìn)行信息傳輸進(jìn)而完成報(bào)警功能的系統(tǒng)主要 用于家居安全，探測(cè)夜間有無人員闖入，該系統(tǒng)方便、穩(wěn)定，十分適合家庭財(cái)產(chǎn)的 保護(hù)。 恥諤銪滅

12、縈歡煬鞏鶩錦。這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式報(bào)警器采用的是熱釋電紅外線傳感器， 是一種被動(dòng)式的紅 外傳感器，它本身并不向環(huán)境中發(fā)射檢測(cè)用的紅外線，只是被動(dòng)的接受，因此這種 熱釋電傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射出的紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信 號(hào)。同時(shí)，它還能辨別出運(yùn)動(dòng)的生物與其他非生物，應(yīng)用范圍十分廣泛。熱釋電傳 感器既可應(yīng)用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)及遙測(cè)等領(lǐng)域。 鯊 腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 2 章 方案論證2.1 熱釋電傳感器報(bào)警器設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)要求利用熱釋電紅外線傳感器和光敏傳感器設(shè)計(jì)制作一套防盜報(bào)警系 統(tǒng)，使之適用于家庭、商場(chǎng)、倉(cāng)庫的夜晚自動(dòng)值守防盜保護(hù)。

13、經(jīng)過分析，有如下要 求：碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。（1）可實(shí)現(xiàn)非法入侵報(bào)警；（2）使用光敏電阻控制，白天不報(bào)警，晚上自動(dòng)開始工作；（3）當(dāng)有人靠近時(shí)熱釋電傳感器報(bào)警，無人靠近時(shí)不報(bào)警。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇2.2.1 方案一目前最為流行的防盜報(bào)警裝置大多采用的是主動(dòng)式探測(cè)儀，例如超聲波探測(cè) 儀、對(duì)射式紅外線傳感器和微波等技術(shù)。因此，方案一采用對(duì)射式紅外線傳感器， 經(jīng)過具備檢波、放大、濾波和后期處理的信號(hào)處理電路后，輸入到報(bào)警裝置，報(bào)警 裝置的工作與否由另外的定時(shí)開關(guān)控制?？苫緦?shí)現(xiàn)報(bào)警器設(shè)計(jì)要求。 閿擻輳嬪諫遷擇 楨秘騖。2.2.2 方案二光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜

14、特性及 r 值一 致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性， 可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，太陽能庭院燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂杯，禮品盒， 迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動(dòng)開關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸?，燈具等?自動(dòng)開關(guān)控制領(lǐng)域。 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引 線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常 做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo) 體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)的方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀 歐姆電極，接出引線，封裝在

15、具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。 入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢本科生課程設(shè)計(jì)（論文）復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長(zhǎng) 的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增大而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 釷鵒資贏車贖孫滅獅 贅。當(dāng)白天的時(shí)候光敏電阻近似導(dǎo)通，此時(shí)的電阻被稱之為亮電阻，阻值約為幾千 歐，流過的電流叫亮電流；夜晚無光照的時(shí)候，光敏電阻內(nèi)無電流流過，暗電阻的26 電阻值約為兆歐級(jí)，近似斷路。一般來說，暗電阻與亮電阻阻值之比約為 102 106 之間。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交

16、 流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長(zhǎng) 涼。凡是溫度超過絕對(duì) 0C（-273 C）的物體都能產(chǎn)生熱輻射（紅外光譜） ，而溫度 低于 1725C 的物體產(chǎn)生的熱輻射光譜集中在紅外光區(qū)域，因此自然界的所有物體 都能向外輻射紅外熱，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因 此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。而任何物體由于本身的物理和化學(xué)性質(zhì)的不 同、本身溫度不同所產(chǎn)生的紅外輻射的波長(zhǎng)和距離也不盡相同， 通常分為三個(gè)波段。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。近紅外：波長(zhǎng)范圍 0.75 3m；中紅外：波長(zhǎng)范圍 325m； 遠(yuǎn)紅外：波長(zhǎng)范圍 251000m；人體輻射

17、的紅外光波長(zhǎng) 350m，其中 814m占 46%，峰值波長(zhǎng)在 9.5 m。 在被動(dòng)紅外探測(cè)器中有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器 （ PIR） ， 它能將波長(zhǎng)為 8-12um 之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光 信號(hào)具有抑制作用，因此在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電 紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電 紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，因此，紅外探測(cè)器的紅外 探測(cè)的基本概念就是感應(yīng)移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。另外一個(gè)器件就是菲 涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有

18、兩個(gè) : 一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在 PIR 上，第二個(gè)作用是將警戒 區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)，這樣 PIR 就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)。 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。本次選用 D205B 型大窗口熱釋電紅外線傳感器，它接受的紅外線波長(zhǎng)為 4 15m，透過率大于 75%，輸出的信號(hào)為 5V，噪聲小于 70mV，故后續(xù)處理電路 僅需要低通的阻容濾波電路即可。 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧 振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也

19、常作為定時(shí)器 廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）本次設(shè)計(jì)中因?yàn)橐糜跓o人的夜間自動(dòng)值守場(chǎng)合， 報(bào)警電路觸發(fā)后必然要給安 保人員一定的反應(yīng)時(shí)間，因此需要給報(bào)警電路一個(gè)報(bào)警時(shí)延，故需要用555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。光控電路三極管開關(guān)電路NE555 集成電路報(bào)警電路主要由繼電器及相關(guān)電路和 220V 聲光報(bào)警器組成。繼電器作為開關(guān) 控制部分，通過接收來自 555 定時(shí)器的信號(hào)，通過繼電器銜鐵吸合與釋放來控制 220V 交流電路的閉合與斷開，從而控制聲光報(bào)警器的工作與否?？紤]到實(shí)際應(yīng)用， 還需

20、要加一個(gè)手動(dòng)報(bào)警開關(guān)以防止突發(fā)的意外情況。 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。報(bào)警電路傳感器電路 圖 2.1 整體方框圖根據(jù)前面所述的各模塊結(jié)構(gòu)，這里需要將市電轉(zhuǎn)換成適合各模塊使用的相應(yīng)的 直流電源，電源模塊勢(shì)必要作為直流穩(wěn)壓電源為各單元提供能量。 這里應(yīng)用與 MC78 系列類似的 LM109H 芯片即可實(shí)現(xiàn)所要求的功能，為系統(tǒng)提供 +5V 的電源。 濫驂膽閉 驟羥闈詔寢賻。方案二是方案一的改進(jìn)版。本電路分為光敏電路、熱釋電紅外線傳感器電路、555 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和報(bào)警電路。使用熱釋電紅外線傳感器代替主動(dòng)式紅外線傳感 器，將誤操作率降到最低，既能有效防盜，又能降低工作人員的負(fù)擔(dān)。本次設(shè)計(jì)的 報(bào)警器還加入了

21、光敏電阻控制電路，較之定時(shí)開關(guān)更加方便、穩(wěn)定，使用壽命也更 加長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)夜晚自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，無需人工操作，更加自動(dòng)化。加入555 定時(shí)器能將報(bào)警信號(hào)延時(shí)，給值守的工作人員一定的反應(yīng)時(shí)間。由于傳感器輸出信號(hào) 足夠大故不需要放大，僅需要濾除工頻干擾和低頻信號(hào)，且易于調(diào)控，實(shí)用度高于 方案一，故選擇此方案。 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。本科生課程設(shè)計(jì)(論文)第 3 章 電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中包含傳感器電路、光敏控制電路、 555 定時(shí)器電路和報(bào)警電路。傳 感器電路中包含信號(hào)采集部分和信號(hào)變換處理部分。它們負(fù)責(zé)將侵入的人體輻射出 的紅外線收集起來，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，濾除工頻干擾和噪聲信號(hào)后，輸出的信號(hào)經(jīng)過 光敏

22、控制電路和 555 定時(shí)器電路傳到報(bào)警電路，進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警。 擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。3.1 傳感器電路設(shè)計(jì)傳感器選用 D205B 型大窗口熱釋電紅外線傳感器，參數(shù)如下表所示。紅外接 收頭 D205B 是利用材料自發(fā)極化隨溫度變化的特征來探測(cè)紅外線的輻射的一種新 型高靈敏度探測(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并 將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。它采用四靈敏元設(shè)計(jì)，抑制環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的干擾， 提高了信號(hào)輸出強(qiáng)度，增加了多方向靈敏度，兼有單元和雙元熱釋電紅外傳感器的 優(yōu)點(diǎn)，傳感器的工作更加穩(wěn)定。此型號(hào)應(yīng)用廣泛，例如自動(dòng)燈開關(guān)，保險(xiǎn)裝置，防 盜報(bào)警器，感應(yīng)門，智能玩具等，特別適用于本

23、次設(shè)計(jì)所需的吸頂式應(yīng)用場(chǎng)合。 賠 荊紳諮侖驟遼輩襪錈。表 3.1 D205B 參數(shù)型號(hào)D205B封裝TO-5紅外接收電極0.7 2.4mm, 4 個(gè)靈敏元窗口尺寸4.9mm 4.9mm接受波長(zhǎng)514m透過率75%輸出信號(hào)峰峰值5000mV靈敏度4300V/W噪聲峰值70mV探測(cè)率 (D*)1.6 108cmHz 1/2/W輸出平衡度 10%電源電壓3-15V工作溫度范圍-30 C -70 C6本科生課程設(shè)計(jì)（論文）H(S)=KP oS20S+ 03-1)由壓控電壓源型低通濾波器的傳函式 （3-1）知其固有頻率和增益分別為式 （3-2） 和式（ 3-3）。3-2)3-3)H(S)=KP o22S

24、0S+ 045269S2+425.5S+452693-4)10=R1R2C1C2K P=K f= R0由于本次設(shè)計(jì)中，傳感器輸出信號(hào)無需放大，僅需濾除信號(hào)中所帶的工頻干擾和相應(yīng)的低頻信號(hào)，參數(shù)選擇圖 3.1 中各元件標(biāo)注。經(jīng)計(jì)算， 塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫。傳遞函數(shù)為固有角頻率為1 1 10= -4 rad/s 212.766rad/s ( 3-5)R1R2C1C2R2R3C1C247*10 -4截止頻率為0f= 0 =33.86Hz（3-6）2增益R5K P=K f=1+1 （3-7）R4故選用的 R2，R3阻值為 100，功率為 0.25W的電阻。 C1，C2為 47F的電 解電容。此時(shí)的固有

25、角頻率 0 由式（ 3-5）即可求出，截止頻率根據(jù)式（ 3-6）即能 得到。 R4，R5 構(gòu)成低通濾波器的增益部分，由于傳感器輸出的電壓幅值已經(jīng)足夠本科生課程設(shè)計(jì)（論文）圖 3.1 傳感器測(cè)量與濾波電路大了，故設(shè)置增益為 1，選用的 R4為 100K，R5為 10，由式（ 3-7）知，增益近 似為 1。裊樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。3.2 光敏電路設(shè)計(jì)經(jīng)方案設(shè)計(jì)，光敏電阻選用 GM5516可得出如下的電路圖。圖 3.2中，電源 VCC 接電源電路，經(jīng)光敏電阻和分壓電阻到 GND。因?yàn)楣饷綦娮?GM5516 在接受光照 時(shí)近似導(dǎo)通，電阻阻值為五千歐姆到十千歐姆。這時(shí)如果 Q1 不工作，它的基極電 壓要小

26、于 0.3V，即光敏電阻分得的電壓要小于 0.3V；在無光照時(shí)，即夜晚值守時(shí) GM5516 暗電阻阻值約為 500K。要使三極管 Q1 工作，基極電壓至少為 0.3V，即 光敏電阻兩端的電位差至少也要大于 0.3V，因此得出分壓電阻 R1 應(yīng)選用阻值為 100K，功率為 0.25W 的色環(huán)電阻即可。倉(cāng)嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。8本科生課程設(shè)計(jì)（論文）圖 3.2 光敏電路3.3 555 定時(shí)器電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)方案，采用 NE555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 給報(bào)警電路一個(gè)控制信 號(hào)，使報(bào)警電路觸發(fā)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中，報(bào)警電路從開始工作到提示值班人員到 現(xiàn)場(chǎng)將需要一段時(shí)間，因此， 555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)

27、態(tài)觸發(fā)器需要使輸出的高電平 持續(xù)一段時(shí)間，報(bào)警電路一旦開始工作將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間才會(huì)恢復(fù)正常。 綻萬璉轆娛閬 蟶鬮綰瀧tw=RCInU-0U- 2 UR7C4In3=1.1R 7C4=11s3-8)有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性可知，輸出脈沖的寬度 tw 等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫 穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻 R7 和電容 C4 的大小， tw 等于電容電壓在充電過 程中從 0上升到光控電路輸出值 U 的 2/3倍所需要的時(shí)間。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻?，嶀暈R曖惲錕縞馭篩涼。所以，本次設(shè)計(jì)的延時(shí)時(shí)延為 11s，故 R7 為 10K，功率 1/4W 的電阻， C4 為 1000 微法的電解電容VCCR6R7

28、20 K 0.25W10 K 0.25W46RTH R2TR IGC3U1CC N E55V5接光控電路輸出端1000uF/1 6V7C41000uF/1 6V3接報(bào)警電路輸入端VIS C5550. 0C15uF/5 0 V圖 3.3 555 定時(shí)器電路3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)經(jīng)方案設(shè)計(jì)，報(bào)警電路將由 555 定時(shí)器輸出控制信號(hào)控制三極管 Q2 的導(dǎo)通與本科生課程設(shè)計(jì)（論文）否，來決定繼電器 K 的動(dòng)作。當(dāng) 555定時(shí)器輸出高點(diǎn)平時(shí)， Q2 導(dǎo)通，繼電器線圈 通電，常開觸點(diǎn)閉合，電鈴和紅色 LED 報(bào)警燈構(gòu)成的報(bào)警單元接通交流 220V 電源， 報(bào)警單元開始工作，且由于 555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)

29、觸發(fā)器具有時(shí)延功能，經(jīng) 3.3 節(jié)計(jì)算可知，報(bào)警電路一旦工作， 將經(jīng)過 110s的時(shí)間后才停止。 當(dāng) 555定時(shí)器輸出 低電平時(shí)， Q2 截止，線圈斷電，觸點(diǎn)斷開，報(bào)警電路停止工作。 鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類?？紤]到白天值守時(shí)可能遇到突發(fā)的特殊情況，本次設(shè)計(jì)還加入了手動(dòng)報(bào)警功 能，在電路正常工作時(shí)，即使傳感器電路和光控電路不工作，值班人員也可以進(jìn)行 手動(dòng)報(bào)警，只需按下開關(guān) S1，Q2即被短路，繼電器 K 的線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合， 接通大功率報(bào)警裝置的電源，報(bào)警單元開始工作，且報(bào)警狀態(tài)將一直持續(xù)下去。當(dāng) 需要解除報(bào)警時(shí)，需要手動(dòng)斷開 S1，使繼電器線圈失電，報(bào)警單元停止工作。 櫛緶 歐鋤棗鈕種鵑瑤

30、錟。10安裝裝置時(shí)由于涉及到 220V 的交流電，故在報(bào)警電路的供電電路前加一個(gè)空 氣開關(guān)，便于施工人員的安裝。又因?yàn)榘l(fā)光二極管的耐壓值太小，直接跨接在市電 上肯定會(huì)將二極管燒毀， 因此需要串聯(lián)一個(gè)分壓電阻， 由于本次二極管用作指示燈， 功率無需太大，串接 100K 的 1/4W 電阻即可實(shí)現(xiàn)。 轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3.5 電源電路設(shè)計(jì)經(jīng)過分析各模塊的所需電壓，電源電路可設(shè)計(jì)為如圖 3.5 所示的模樣，它可以 直接將 220V 交流電經(jīng)電橋整流，濾波電路的濾波和 LM109H 的變換形成 +5V 的直 流穩(wěn)壓電源供給各個(gè)模塊，以提供各模塊工作所需能量。 峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興

31、渙藺。AC 220VD1D4C6000uF/16V1N4148Vin+5VDNG210. 33uF/400VU1LM109H3C7C80. 33uF/400VC9P +5V1000uF/16V圖 3.5 電源電路11經(jīng)查閱相關(guān)資料， C6-C9起作濾波作用，參數(shù)如圖中所示，由于 C6和 C7電容 值過大，使用的是電解電容?？紤]到電源穩(wěn)壓電路的安全，在接入市電之前，加入 空氣開關(guān)，便于節(jié)省能源和保護(hù)電路及人身安全。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 4 章 仿真與調(diào)試本次設(shè)計(jì)電路圖運(yùn)用目前比較流行的 Protel 99 SE，因此仿真也使用該軟件， 其具備仿真功能。運(yùn)用其參數(shù)掃描分

32、析功能可以方便的實(shí)現(xiàn)檢測(cè)到光敏電阻的變化造 成電路的變化。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。12仿真電路圖如圖 4.1 所示，由于仿真時(shí)不能采用真的熱釋電紅外傳感器和光敏 電阻來進(jìn)行，故用交變電源代替?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行輸出電信號(hào)，用普通電阻經(jīng)過調(diào)參數(shù)來 進(jìn)行光敏電阻阻值變化模擬。 報(bào)警電路的輸入信號(hào)是圖 4.1中的 U5，由于繼電器不 能觀看其動(dòng)作狀態(tài)，故報(bào)警電路未連接，由圖中 U5 的波形即可推測(cè)出報(bào)警電路動(dòng) 作。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）圖 4.2 光敏電阻導(dǎo)通圖 4.3 光敏電阻截止最終的仿真結(jié)果如圖 4.2和圖 4.3所示，其中 U0 代表熱釋電紅外線傳感器輸出 的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是一個(gè)

33、波動(dòng)的，在無人靠近時(shí)，它不輸出信號(hào)，當(dāng)有人靠近時(shí)， 傳感器感受到人體輻射的紅外線，產(chǎn)生信號(hào)突變，進(jìn)行了信號(hào)變換，將非電量轉(zhuǎn)換 為電量進(jìn)行輸出。經(jīng)過低通濾波器后，濾除工頻干擾和高頻噪聲，將低頻噪聲進(jìn)行 衰減。得到如圖中 U1 所示的信號(hào)，由圖中可以發(fā)現(xiàn) U1 的相位較 U0 有了滯后，說 明濾波有了效果。圖中的 U2 是光敏電阻的輸出信號(hào)，由光敏電阻的特性可知，光13本科生課程設(shè)計(jì)（論文）敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而降低。經(jīng)過參數(shù)掃描分析，通過設(shè)定光敏電阻的 初值為 5K，終值為 500K ，步長(zhǎng)為 5K，使其通過分壓來控制光控電路的導(dǎo)通 與否。圖 4.2是光敏電阻為 5K時(shí)的各部分信號(hào)波形，

34、圖中 U4 是傳感器經(jīng)低通濾 波后通過光敏電阻控制電路后的波形， U5 是 555 定時(shí)器輸出的電平，此時(shí)為低電 平。圖 4.3 是光敏電阻為 500K時(shí)的波形，由圖中 U5 的波形可知， 555 定時(shí)器構(gòu) 成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具備了延時(shí)的功能，有參數(shù)算得時(shí)延為11s，本次仿真圖中由于測(cè)量時(shí)間的關(guān)系，并未顯示出整個(gè) 11s 范圍內(nèi)的變化，見微知著，可以根據(jù)電路圖 中參數(shù)算得。 鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。14本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)信號(hào)變化綜合課程設(shè)計(jì)是這學(xué)期的第二個(gè)課程設(shè)計(jì)，通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，讓我 了解到對(duì)于自己學(xué)過的知識(shí)需要學(xué)以致用，不能只是背書本上的知識(shí)，在實(shí)踐的時(shí) 候要能真正的用在需要的地方。同時(shí)我也發(fā)現(xiàn)只是這樣的學(xué)習(xí)如果不去加以利用是 不能熟練掌握精髓的，對(duì)于自己不知道的，要用合理的方式去學(xué)習(xí)到自己的腦袋里 面，把它真正的變成自己的東西，這樣才是學(xué)習(xí)的根本所在。 稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。信號(hào)變化綜合設(shè)計(jì)，需要很多信號(hào)處理的知識(shí)。本次設(shè)計(jì)中需要將傳感器輸出 的信號(hào)中包含的 50Hz 工頻干擾和低頻噪聲濾除，以防止這些信號(hào)干擾報(bào)警電路動(dòng) 作。因此，進(jìn)過查閱資料，選擇了低通濾波器，它能將高于截止頻率的信號(hào)有效的 濾除，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)確定參數(shù)和仿真，本次設(shè)計(jì)的濾波器可以