光電檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)紅外線守門狗電路設(shè)計(jì)

1、 東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 光電檢測技術(shù) 題 目 紅外線守門狗電路設(shè)計(jì) 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 應(yīng)用物理07-2班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 070901340221 指導(dǎo)教師 2007年 3 月 11 日2011年3 月 10 日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 光電檢測技術(shù)題目 紅外線守門狗電路設(shè)計(jì)專業(yè) 應(yīng)用物理 姓名 學(xué)號 070901340221主要內(nèi)容： 應(yīng)用ph302、sh303a、ne555集成電路等電子器件，設(shè)計(jì)紅外線守門狗電路，實(shí)現(xiàn)防盜與警示作用。基本要求：1、分析ph302、sh303a、ne555集成電路特性;2、給出系統(tǒng)的功能框圖并進(jìn)行原理分析;3、利

2、用ne555設(shè)計(jì)多諧振蕩電路、發(fā)射、接收電路及報(bào)警電路;4、對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真分析;5、完成課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。主要參考資料：1）肖景和編著，集成運(yùn)算放大器應(yīng)用精粹 m， 北京：人民郵電出版社，2006.112) 陳振官等編著，光電子電路制作實(shí)例 m，北京：國防工業(yè)出版社2006.4.3) 黃繼昌等編著，實(shí)用報(bào)警電路m， 北京：人民郵電出版社，2005.2，10,6869完成期限 3月10日 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2011年 3 月 5日目錄第1章 概述41.1紅外線守門狗作用、實(shí)用價(jià)值41.2紅外線守門狗發(fā)展4第2章 基本原理與總體設(shè)計(jì)62.1紅外線守門狗基本原理介紹62.2紅外線守門狗框路圖

3、7第3章 紅外線守門狗電路設(shè)計(jì)83.1 紅外線發(fā)射電路設(shè)計(jì)83.2紅外線接收電路93.3紅外線守門狗整體電路圖9第4章 電路的安裝調(diào)試114.1元器件的焊接114.2對焊接點(diǎn)的基本要求114.3安裝使用調(diào)試11第5章 總結(jié)13參考文獻(xiàn)14 第1章 概述隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火保安設(shè)備的需求量大大增加。針對偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行檢測和報(bào)警的系統(tǒng)，其需求也越來越高。本設(shè)計(jì)運(yùn)用紅外線技術(shù)設(shè)計(jì)了一新穎紅外線防盜報(bào)警器。而設(shè)計(jì)中的輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為；不同作用的傳感器，也可檢測出不同類型的情況。1.1紅外線守門狗作用、實(shí)

4、用價(jià)值紅外線傳感器電路圖基于單片機(jī)技術(shù)的室內(nèi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)，紅外線傳感器電路圖，隨著社會經(jīng)濟(jì)的日益成長，防盜成了人們越來越關(guān)切的成就。鐵門鐵窗等已經(jīng)不克不及給人們帶來太多的安然感，社會對報(bào)警器材的需要日益急切。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報(bào)警監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能力強(qiáng)。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、單位要害部門和家庭的防護(hù)。本文以紅外傳感器為探頭復(fù)雜設(shè)計(jì)了一個符合辦公室、堆棧、商店及學(xué)校機(jī)房的室內(nèi)防盜器。1.2紅外線守門狗發(fā)展前景隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活

5、水平得到很大的提高，對私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng)，因而對防盜措施提出了新的要求。 本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。本系統(tǒng)采用了紅外傳感器，它的制作簡單、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、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。紅外接收電路首先將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號，并進(jìn)行放大和解調(diào)出用于無線發(fā)射電路的調(diào)制信號。當(dāng)無人遮擋紅外光時，鎖相環(huán)輸出低電平，報(bào)警處于監(jiān)控狀態(tài)；一旦有人闖

6、入便遮擋了紅外光，則鎖相環(huán)失鎖，輸出高電平，驅(qū)動繼電器接通無線發(fā)射電路，監(jiān)控室便可接收到無線報(bào)警信號，并可區(qū)分報(bào)警地點(diǎn)。當(dāng)我們考慮的范圍廣一點(diǎn)：若是在小區(qū)每一住戶內(nèi)安裝防盜報(bào)警裝置。當(dāng)住戶家中無人時，可把家庭內(nèi)的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置為布防狀態(tài)，當(dāng)竊賊闖入時，報(bào)警系統(tǒng)自動發(fā)出警報(bào)并向小區(qū)安保中心報(bào)警。周界報(bào)警系統(tǒng)：在小區(qū)的圍墻上設(shè)置主動紅外對射式探測器，防止罪犯由圍墻翻入小區(qū)作案，保證小區(qū)內(nèi)居民的生活安全。第2章 基本原理與總體設(shè)計(jì)2.1紅外線守門狗基本原理介紹紅外探測器由發(fā)射器和接收器組成、發(fā)射器和接收器相對安裝, 其間形成一束看不見的紅外線, 一旦有人經(jīng)過遮擋, 接收器的輸出電平信號發(fā)生變化就會

7、傳感到安全防盜報(bào)警系統(tǒng)中。ne555集成電路特性：555集成電路開始是作定時器應(yīng)用的，所以叫做555定時器或555時基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時延時控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、基本r-s觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。 圖2.1.1 555集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2.1.2 三極管結(jié)構(gòu)圖由555定時器和

8、三極管構(gòu)成的紅外線報(bào)警器發(fā)射電路，其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（ri2r2）c，其輸出信號經(jīng)三極管推動蜂鳴器。pr為控制信號，當(dāng)pr為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。2.2紅外線守門狗框路圖電源發(fā)射電路接收電路報(bào)警電路第3章 紅外線守門狗電路設(shè)計(jì)3.1紅外線發(fā)射電路設(shè)計(jì) 圖 3.1紅外線發(fā)射電路圖脈動光的有效傳送距離正比于脈沖的峰值功率, 峰值功率又與脈沖峰值電流ip 成正比。紅外光發(fā)光器件所能承受的脈沖峰值電流ip 和所能承受的直流電流im 的關(guān)系: ip=im*(t0/td)1/2 式中: ip峰值電流, im 最大工作電流, t0振蕩工作周期, td脈沖上平頂寬

9、度。為了提高發(fā)射器的功率就需提高發(fā)光器件的峰值電流ip , im 是定值, 所以從上式可知提高ip 的重要途徑是提高空度比。因此設(shè)計(jì)控制電路要使脈沖的上平頂寬度td 盡量小, 以利獲得較大的脈沖峰值電流ip。3.2紅外線接收電路圖 3.2紅外線接受電路圖接收器的作用是接收發(fā)射器發(fā)出的紅外脈動光, 完成光電轉(zhuǎn)換, 經(jīng)過放大、濾波等電路把正確信號可靠地傳感到報(bào)警器安全系統(tǒng)的接口電路中。接收器的光電轉(zhuǎn)換器件選用2cu 型光電二極管。這種光電二極管采用黑色樹脂封裝,透射紅外光, 濾除可見光, 對于減小背景光的干擾有特殊的效果。2cu 型光電二極管的光譜范圍在3801100nm , 其峰值波長k= 88

10、0- 990nm , 適于做紅外二極管的光接收器件。3.3紅外線守門狗總體電路圖圖 3.2紅外線守門狗總體電路圖c2與r1，r2，c1 組成無穩(wěn)態(tài)振蕩器,n1、n2、n3、為輸出控制元件。電路中:振蕩頻率f 1. 443(r1+ r2)發(fā)射器的工作電壓為直流+ 9v , 整機(jī)工作電流10ma 左右。按上述電路原理設(shè)計(jì)、即使在夏季溫度最高時, 發(fā)射器的最大作用距離也能達(dá)到100m 以上。d1 為光電接收元件。d1 接收到發(fā)射器的紅外脈動光信號后轉(zhuǎn)換成電信號, 并經(jīng)a1，a2，a3 三級放大,a4 輸出恒定的高電平, 其電平信號幅度接近工作電壓。d1 為接收指示。如有遮擋,d1 收不到紅外光信號,

11、a4 輸出電平變低;d2 指示燈亮。a4 輸出的電平信號由高變低從而觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的接口電路。電路中c13、r15 為短暫信號濾波電路。接收器的集成電路應(yīng)選用低噪低漂運(yùn)算放大器, 電阻盡可能選用誤差小的金屬膜電阻。電容的漏電盡可能小。第4章 電路的安裝調(diào)試4.1元器件的焊接一般先裝低矮、耐熱的小功率臥式元件，再裝立式元件和臥式大功率元器件，再裝可變元件，易損元件，最后裝帶散熱器的元件和特殊元件。應(yīng)按如下步驟進(jìn)行焊接：1、清查元器件的質(zhì)量，并及時更換不合格器件；2、確定元器件的安裝方式，由孔距決定，并對照電路圖核對pcb線路板。3、將元器件彎曲成形，盡量將字符置于易于觀察的位置，字符應(yīng)從左到右、從

12、上到下，以便于以后檢查。4、插裝。應(yīng)對照電路圖對號插裝，有極性的元件要注意極性，如二極管、三極管、集成電路的腳位等。5、焊接。各焊點(diǎn)加熱時間及用錫量要適當(dāng)，防止虛焊、錯焊、短路，二極管、三極管、集成電路焊接時要快，以免燙壞。6、焊后剪去多余引腳，檢查所有焊點(diǎn)，并對照電路圖仔細(xì)檢查，確認(rèn)無誤后方可通電。4.2對焊接點(diǎn)的基本要求1 、焊點(diǎn)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證被焊件在受振動或沖擊時不致脫落、松動。不能用過多焊料堆積，這樣容易造成虛焊、焊點(diǎn)與焊點(diǎn)的短路。2 、焊接可靠，具有良好導(dǎo)電性，必須防止虛焊。虛焊是指焊料與被焊件表面沒有形成合金結(jié)構(gòu)。只是簡單地依附在被焊金屬表面上。3 、焊點(diǎn)表面要光滑、清潔

13、 ， 焊點(diǎn)表面應(yīng)有良好光澤，不應(yīng)有毛刺、空隙，無污垢，尤其是焊劑的有害殘留物質(zhì)，要選擇合適的焊料與焊劑。4.3安裝使用調(diào)試為減少背景或環(huán)境輻射的影響、設(shè)計(jì)一種套管結(jié)構(gòu)裝置來屏蔽掉這些不希望有的輻射。套管裝置既作為探測器的外殼又可以作環(huán)境光的屏蔽。套管內(nèi)壁要涂上一層粗糙的黑漆。粗糙的黑漆表面吸收很大一部分光幅射, 這樣可以防止環(huán)境輻射的光反射到紅外接收器件上。套管結(jié)構(gòu)裝置的設(shè)計(jì)要考慮到堅(jiān)固、易于安裝、并且方便調(diào)整對準(zhǔn)。另外還要密封墊圈以利于戶外使用時防雨防潮。如果在有人遮擋紅外光線時，如果報(bào)警器不運(yùn)行，可能是由于接收端和發(fā)射端距離過遠(yuǎn)，確定正確的發(fā)射接收距離，要求發(fā)射端發(fā)出的紅外光線要對準(zhǔn)接收端

14、口，這樣才能使接收端產(chǎn)生相應(yīng)的光電放應(yīng)。當(dāng)有人遮擋時才會使報(bào)警器運(yùn)行。第5章 總結(jié)在這幾天的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，我做的課題是“紅外線守門狗”。這它可以用于樓梯、過道、庫房、銀行、大型企業(yè)的非公開或需要保密的場合。無論是白天還是夜晚，紅外線探測器都能正常的工作并探測到被測物體。而且在設(shè)計(jì)中采取調(diào)制紅外脈動光的原理使用小功率發(fā)光器件也可以達(dá)到較遠(yuǎn)的探測距離。 在電源設(shè)計(jì)中要根據(jù)其主體電路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同，要求可靠，價(jià)廉，有效益。由于此開關(guān)在探測距離較遠(yuǎn)的范圍時是否接通取決于紅外線發(fā)射的距離，因此為加強(qiáng)其工作效應(yīng)，設(shè)計(jì)了信號放大整形電路，微弱的信號經(jīng)過此電路加工也能使開關(guān)工作。本次的設(shè)計(jì)實(shí)踐將我們學(xué)到

15、的知識應(yīng)用到了實(shí)踐，深化了對數(shù)字電路設(shè)計(jì)、和模擬電子設(shè)計(jì)的認(rèn)識，使我們在設(shè)計(jì)的實(shí)踐中獲得新知。學(xué)習(xí)的理論知識和實(shí)踐操作，我不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我通過自己的獨(dú)立動手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我學(xué)會了分析電路、設(shè)計(jì)電路的步驟以及計(jì)算機(jī)輔助作圖等。在此設(shè)計(jì)中利用到了三極管的放大 、光敏效應(yīng)，特別是讓我溫習(xí)了555觸發(fā)器的知識與應(yīng)用， 讓我們進(jìn)一步鞏固和掌握前面所學(xué)的基礎(chǔ)知識，加深對了對模擬電路、數(shù)字電的理解，更加深了對原器件的使用，把知識真正變成自己的東西。參考文獻(xiàn)1王立剛，光電傳感器技術(shù)及應(yīng)用m.哈爾濱:哈爾濱地圖出社, 2009.7. 2張毅剛，單片機(jī)原理及應(yīng)用m.高等教育出版社，2003年12月.3黃繼昌等編著，實(shí)用報(bào)警電路m， 北京：人民郵電出版社，2005.2，10,68694陳振官等編著，光電子電路制作實(shí)例 m，北京：國防工業(yè)出版社2006.4.5肖景和編著，集成運(yùn)算放大器應(yīng)用精粹 m， 北京：人民郵電出版社，2006.11大慶石油學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評價(jià)表課程名稱光電檢測技術(shù)題目名稱紅外線守門狗電路