多功能紅外感應門鈴設計

1、紅外感應門鈴電路設計 （內蒙古工業(yè)大學 010080） 摘 要：本設計結合了紅外輻射的知識、在了解反射式紅外傳感器的結構和工作原理的基礎上設計的紅外線感應電子門鈴，可在來客距房門一定距離時發(fā)出音頻信號，以告知主人“有客來訪”。該門鈴還可兼作報警器用。電路通過探測人體發(fā)出的紅外線，當人進入感應的區(qū)域內，即可發(fā)出鈴聲或者報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合的鈴聲和報警。本設計主要研究了紅外感應技術在日常生活中的典型應用，即感應式門鈴。該電路結構簡單，原理易懂，容易制作，并有一定的功能拓展性。關鍵詞：紅外線；反射式；感應門鈴；電路設計中圖分類號:U462.1文獻標識碼:UDesig

2、n of infrared induction the doorbell circuit GUO Shu-yun(Inner Mongolia university of technology )Abstract: This design combines the knowledge of the infrared radiation, in the understanding of reflective infrared sensor was designed on the basis of the structure and working principle of infrared in

3、duction electronic doorbell, can be in a certain distance away from the door of the guest when a audio signals, to alert the host "have a guest come to visit" . The doorbell can also double as alarm. Circuit by detecting the human body infrared ray, when people enter the induction area can

4、 be a ring or alarm. It con use in some important occasions as ring tones and alarm.Example home, office, warehouse, laboratory and so on. This design study on the typical application of infrared sensor technology in our daily lives, namely inductive doorbell. The circuit of simple structure, princi

5、ple easy to understand, easy to make, and have some functional development.Key words:Infrared;Reflection type;Sensing the doorbell; Circuit design感應門鈴又稱迎賓器，是近年才有的常用于小型商鋪，超市起迎賓防盜作用的電子產品。感應門鈴的前身是電子防盜報警器；事先人們用它來防盜的，但后來因為電子防盜報警器發(fā)出的聲音是刺耳的報警聲，對進店的顧客產生消極的影響，后來演變成比較悅耳的聲音，特別是：叮咚聲，您好，歡迎光臨等音效備受用戶的青睞，顧客一進門就報出歡迎

6、語音，起到了禮貌問候，從而做到提醒店員有人進店和迎賓的兩重作用。 感應門鈴分光感應式和紅外感應式。光感門鈴是利用人體反射光線，光敏電阻得到足夠大變化的光線，電路產生變化電流觸發(fā)電路，靈敏度跟物體反射率有關。但光感迎賓器與環(huán)境光照度有關，黑暗情況下不能正常使用。常見紅外感應式門鈴使用紅外熱釋電傳感器，本身不發(fā)射任何信號，當接收到人體輻射的特定紅外線中心波長信號時，才會觸發(fā)電路。 紅外感應式的相比價格較高，但優(yōu)點誤報極少，不受干擾等。紅外式采用先進微電腦制造技術，無論白天黑夜都可正常使用，即可做迎賓器使用，也可做獨立報警器使用。性能卓越，節(jié)能易用，靈敏度強，更適合市場的需要，更

7、貼近消費者的生活內容，辦公寫字樓、家居、商店、工廠等各種場合均可使用，帶來方便之余，更帶來意想不到的快樂和安全感。 感應式門鈴目前的技術比較成熟，功能也較為完善，成本不高，通常市面上的感應式門鈴都兼迎賓及報警兩用。報警系統(tǒng)與人們的生活息息相關，隨著經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，報警系統(tǒng)更成為了構建社會治安防控體系、維護社會穩(wěn)定的重要內容，并受到社會廣泛的關注。在國內，報警安防產業(yè)正在快速發(fā)展，具體表現(xiàn)在：應用領域越來越廣；需求點增多；普通家庭對安全產品需求的提高，應急體系、平安社會、平安城市、科技強警等政府項目促進了安防市場的升溫。入侵報警系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，主要是利

8、用傳感器技術和電子信息技術探測并指示非法進入或試圖非法進入設防區(qū)域的行為、處理報警信息、發(fā)出報警信息的電子系統(tǒng)或網絡。隨著科技的提高，電子電器飛速發(fā)展，人民生活水平有了很大提高。各種高檔家電和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也越來越多。這點就是因為不法分子看到了大部分人防盜意識不夠強所造成的結果。因此越來越多的居民家庭對財產安全問題十分擔憂。報警系統(tǒng)這時為人們解決了大部分問題。但是市場上的報警系統(tǒng)大部分是適用于一些大公司的重要機構。其價格昂貴，使普通家庭難以承受。如果設計一種價格低廉，性能可靠的報警系統(tǒng)，必將在私人財產的防盜領域起到巨大作用。由于紅外線是不可見光，隱蔽性能良好，因此在

9、防盜、警戒等安保裝置中被廣泛應用。本次課題研究內容就是要根據(jù)現(xiàn)有的已市場化的紅外感應門鈴的制造原理，在掌握感應技術，采用紅外探測模塊加上必要的芯片及元器件，設計一個簡易實用廉價的感應式門鈴。要求重點在于掌握設計原理，并將書本所學與實際結合起來，提高實踐能力，熟悉電路設計的基本流程與方法，熟悉常用電子元器件、芯片的參數(shù)并能熟練使用它們，熟練運用Protel軟件對電路進行仿真。一、測試需求分析 針對消費者需求需求，經過分析得到感應門鈴要實現(xiàn)的功能如下：當有人靠近時發(fā)出聲音并且紅燈亮提示主人有人來；若主人不在家門鈴處會發(fā)光提示來客。要想完成對以上功能，需要做好以下幾個方面，首先該電路應能感應到紅外線

10、；其次，要有聲音模塊和發(fā)光二極管；最后，電路板要盡量小巧，做成成品后才不會影響美觀,而且價格不能過高。二、系統(tǒng)整體設計模塊 本設計方案可分為4個模塊：紅外探測模塊，控制模塊，發(fā)聲模塊，供電模塊。如圖2-1所示。其中最關鍵的就是紅外探測模塊和控制模塊。前者決定了整個設計方案的成敗，而后者決定了能否實現(xiàn)預期效果。圖2-1 系統(tǒng)總體結構圖Fig.2-1 Structure diagram of the power control unit test system 三、電路硬件設計系統(tǒng)硬件主要由集成電路LM567,數(shù)字集成電路CD4001，晶體管，發(fā)光二極管，電阻，電容，揚聲器，開關等組成，系統(tǒng)硬件結

11、構圖如圖3-1所示。輸出振蕩信號發(fā)射紅外光接收紅外光音頻、低頻振蕩器工作音頻電路輸出揚聲器工作圖3-1 系統(tǒng)硬件結構圖Fig.3-1 Structure diagram of the hardware system 門鈴接通電源后，向空間發(fā)射一定距離的紅外光。在房門前無人時，光敏晶體管接收不到反射信號，音頻振蕩器和低頻振蕩器均不工作，揚聲器BL不發(fā)聲，當有人靠進房門時，發(fā)射出去的紅外光信號將被人體反射回來，使紅外接收管接收到紅外線信號。當紅外線接收管接收到紅外反射信號后該信號直接輸入LM567，經過譯碼后輸出低電平。此時低頻振蕩器和音頻振蕩器均不工作，信號經過放大后，通過揚聲器發(fā)出“嘟、嘟”聲

12、，告知主人門外有人。當主人外出時，可將開關S接通，此時若有客來訪，則發(fā)光二極管VL2閃亮，提示主人不在家。電路也可以通過調節(jié)電位器的阻值，可增加VLI的輻射距離，這樣可將門鈴作為報警器使用。3.1 紅外線傳感器紅外線傳感器包括光學系統(tǒng)、檢測元件和轉換電路。光學系統(tǒng)按結構不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。（1）紅外線傳感器的特點 紅外線又稱

13、紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。紅外輻射是由于物體（固體、液體、和氣體）內部分子的轉動及振動而產生的。這類振動過程是物體受熱而引起的，只是在絕對零度（273.16）時，一切物體的分子才會停止運動。任何物質，只要它本身具有一定的溫度，都能輻射紅外線。紅外傳感器  利用紅外輻射與物質相互作用所稱呈現(xiàn)的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)的電學效應。 紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應快等優(yōu)點。紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學、軍事、空間技術和環(huán)境工程等領域得到廣泛應用。

14、例如采用紅外線傳感器遠距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時對疾病進行診斷治療；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進行監(jiān)視，可實現(xiàn)大范圍的天氣預報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機 的過熱情況等。 （2）主要特性 高靈敏度：400°C/750°F或 250°C / 480 °F 紅外光譜： 1至 3 µm 由自監(jiān)測功能實現(xiàn)數(shù)字式控制 無需光學調整 使用維護方便3.2 LM567概述 LM567 是一種高穩(wěn)定性的鎖相環(huán)音頻澤碼器集成芯片，其內部由鑒相器、電流控制震蕩器、直流放大器、低通濾波器等電路組成如圖3-2

15、所示，LM567的基本工作狀況由如一個低壓電源開關，當其接收到一個位于所選定的窄頻帶內的輸入音調時，開關就接通。換句話說LM567可做精密的音調控制開關。LM567 對應到管腳圖如圖3-3所示。 圖3-2 LM567內部原理圖 圖3-3 LM567管腳圖Fig.3-2 Diagram of internal principle Fig.3-3 Pin figure of LM5673.3 CD4001 概述 CD4001是四2輸入或非門?；蚍情T的邏輯關系特點是只有當輸入端全部為低電平時，輸出端為高電平狀態(tài)；在其余輸入情況下，輸出端為低電平狀態(tài)。CD4001或非門為系統(tǒng)設計提供了直接的或非功能，

16、 補充了已有的COS/MOS門系列，所有輸入和輸出經過緩沖，改善了輸入/輸出特性，使得由于負載容量的增加而引起的傳輸時間的變化降低到最小。圖3-4 CD4001管腳圖Fig.3-4 Pin figure of CD400圖3-5 CD4001內部邏輯圖 Fig.3-5 Internal logic diagram四、電路軟件設計4.1使用相關軟件的介紹 該電路設計軟件采用ProtelDXP2004，ProtelDXP2004拓展了Protel軟件的原設計領域 ，Protel DXP功能更加完備、風格更加成熟，并且界面更加靈活，尤其在仿真和PLD電路設計方面有了重大改進，Protel 舊版具有的

17、功能它都具有。Protel 是目前國內最流行的通用EDA軟件，它將電路原理圖設計、PCB板圖設計、電路仿真和PLD設計等多個實用工具組合起來構成EDA工作平臺，是第1個將EDA軟件設計成基于Windows的普及型產品。 與Protel 99SE軟件相比，Protel DXP功能更加完備、風格更加成熟，并且界面更加靈活，尤其在仿真和PLD電路設計方面有了重大改進。擺脫了Protel前期版本基于PCB設計的產品定位，顯露出一個普及型全線EDA產品嶄新的面貌。 整個軟件系統(tǒng)由原理圖設計、PCB設計、元器件封裝、PLD設計、3D仿真組成。系統(tǒng)軟件設計的結構圖如圖4-1所示 圖4-1 系統(tǒng)軟件設計結構圖

18、Fig.4-1 Schematic diagram of the software test system4.2 仿真流程圖使用Protel進行電路仿真有一定的次序性，中間每一項都不可少，特別是建立Spice網絡表，一定不能忘記，而且每次修改原理圖后，都要重新建立Spice網絡表。流程圖如圖4-2所示。結束創(chuàng)建項目新建Sch文件繪制原理圖修改元器件參數(shù)電器規(guī)則檢查建立Spice網絡表仿真開始圖4-2 軟件設計的流程圖Fig.4-2 Flow chart the software design4.3 Protel使用常見問題1.原理圖常見錯誤：(1) ERC報告管腳沒有接入信號：a 創(chuàng)建封裝時給

19、管腳定義了I/O屬性；b 創(chuàng)建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性，管腳與線沒有連上；c 創(chuàng)建元件時pin方向反向，必須非pin name端連線。(2) 元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙中心創(chuàng)建元件。(3) 創(chuàng)建的工程文件網絡表只能部分調入pcb:生成netlist時沒有選擇為global。(4) 當使用自己創(chuàng)建的多部分組成的元件時，千萬不要使用annotate.2.PCB中常見錯誤：(1) 網絡載入時報告NODE沒有找到：a 原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝；b 原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝；c 原理圖中的元件使用了pcb庫中pin number不一致的封

20、裝。如三極管：sch中pin number為e,b,c,而pcb中為1,2,3。(2) 打印時總是不能打印到一頁紙上：a 創(chuàng)建pcb庫時沒有在原點； b 多次移動和旋轉了元件，pcb板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符， 縮小pcb, 然后移動字符到邊界內。多幾次導出文件，做成新的DDB文件，減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會。如果作較復雜得設計，盡量不要使用自動布線。五、結 論本文根據(jù)現(xiàn)有的芯片及技術，運用數(shù)字電路和模擬電路知識，設計了一個簡單可用的紅外感應式門鈴。在實現(xiàn)了基本的感應并發(fā)聲的門鈴功能。電路具有較高的靈敏度，只要門鈴的紅外探測窗口設定的高度和位置合適，基本可以杜絕孩童們

21、惡作劇現(xiàn)象的發(fā)生。電路也可以通過調節(jié)電位器的阻值，可增加輻射距離，這樣可將門鈴作為報警器使用，從整個設計過程和設計方案可以看出，此方案無論是基本原理、使用到的芯片的復雜度和各種元器件的數(shù)量，還是最后的連線布局，都是非常淺顯易懂的，而且器件都是非常常用、廉價的。作為廠家或個人而言，盡量使用普通工具、低廉成本可以擴大市場范圍。心得體會經過幾周的時間，終于完成了這次實訓，雖然結果不是很滿意。但總的來說還是不錯的，基本上符合要求。這次實訓，從選題到繪制電路板最后撰寫報告每一步都要自己獨立完成，以前做課程設計時同學們總會抱怨老師給的題目難，這次由自己選題了卻又不知選什么才好，網上查一查后覺得題目很多更是

22、眼花繚亂，最后我想了想生活中的電子產品應用從，所以選定門鈴設計。題目確定后最難也是最重要的部分就是繪制電路板，在之前的科程里我是學過protel的，但是由于時間長加之掌握不夠扎實好多內容應經忘了，所以只好從新拿出課本學習。對工科來說理解比記憶更重要，通過學習這一次實訓，在實踐中我了解并更加熟悉了PCB制板的整個流程，提高了動手能力，應變能力，學會了分析問題解決問題能力。在我們已有的理論基礎上去展示我們的實踐操作能力，增強了專業(yè)技能，從實際問題出發(fā)不斷探索思考，創(chuàng)新。為今后的畢業(yè)設計以及其他學習，工作方面積累了豐富經驗。而且在實驗報告過程中我深切感受到電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電路設計越來越復雜，手工

23、設計難以適應形勢發(fā)展的需要，Protel 以其強大的功能、快捷實用的操作界面及良好的開放性，為設計者提供了現(xiàn)代電子設計手段，使設計者能快捷、準確地設計出滿意的電路原理圖和印刷電路板，不愧是從事電路設計的一個良好的工具。在完成報告過程中我深深反省自己，我大學期間的課程中幾乎各類只是都學過但是每門課都不精，掌握的不夠扎實牢固，就像老師說的那樣我們都是樣樣通樣樣松，有人說是時間不夠其實是我們沒有充分利用好時間，或是根本沒有目標，最終導致一事無成，雖然即將畢業(yè)了但是以后還有很長的路，我會不斷提高自己，讓自己成為有用之才。參考文獻1 閆軍，莊乾章熱釋電紅外傳感器的類別特性及應用J長春大學學報2004 Y

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