紅外人體警報器的設(shè)計畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告題 目 紅外人體報警器的設(shè)計系 別專 業(yè)班 級學(xué)生學(xué) 號指導(dǎo)教師2013年 4 月43 / 49紅外線人體報警器的設(shè)計摘要：紅外報警器大多數(shù)采用國外的先進技術(shù),其功能也非常先進。 其中包括被動式、熱釋電型紅外報警器,也即是本文將研究的產(chǎn)品。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報警器,超聲波防盜報警器,紅外線防盜報警器,高靈敏紅外報警器,觸摸式延時防盜報警器, 觸摸式防盜報警器,紅外 報警器, 紅外線聲先報警器報警器能探測人體發(fā)出的紅外線，由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路和報警指示電路等組成。當(dāng)人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域，即可發(fā)出報警信號，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重

2、要場合防盜報警。概述了紅外輻射的知識、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)計了一種被動式紅外報警電路,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,在防盜、警戒等裝置中應(yīng)用較廣。關(guān)鍵詞：被動式紅外報警器、熱釋電紅外（PIR）、傳感器、熱釋電效應(yīng)Design of infrared alarmAbstract：Infrared alarm in most cases, the foreign advanced technology, and its function is very advanced. Including passive pyroelectri

3、c infrared alarm, that is, the products that are to be studied in this article. Infrared monitoring wireless alarm system, ultrasonic burglar alarm, infrared burglar alarm, high sensitivity infrared alarm, the touch delay burglar alarm, the Touch burglar alarm, infrared alarm, infrared sound the fir

4、st alarm .Detectors capable of detecting infrared rays emitted by the body, provided by the infrared sensor, the signal amplification circuit, a voltage comparator circuit and other components of the delay circuit and the alarm indication. When people enter the alarm monitoring area, you can send an

5、 alarm signal, suitable for homes, offices, warehouses, laboratories and other important occasions burglar alarm. An overview of the structure and working principle of the knowledge of infrared radiation, thermal pyroelectric infrared sensor. Pyroelectric infrared sensor designed a passive infrared

6、alarm circuit analysis of the functions and working principle of the circuit. Pyroelectric infrared sensor has many advantages, a wider application of the anti-theft warning device.Keywords： passive infrared alarm、pyroelectric infrared (PIR)、sensor、pyroelectric effect目錄前言1第一章 緒論21.1 電路設(shè)計背景21.2 紅外報警器

7、分類與原理21.3 熱釋電紅外傳感器的原理特性41.4 設(shè)計意義與要求5第二章 電路組成與框圖6第三章 單元電路設(shè)計83.1 電源電路設(shè)計83.1.1 整流濾波電路83.1.2 穩(wěn)壓電路103.2 放大電路的設(shè)計123.2.1 反相交流放大器123.2.2 同相交流放大器12第四章 整機電路與工作原理14第五章 電路制作與調(diào)試165.1 電路仿真165.1.1 Multisim仿真軟件介紹165.1.2 Protel 99SE PCB軟件介紹165.1.3 仿真與驗證185.2 電路的制作與調(diào)試205.2.1 元件介紹205.2.2 集成運放的基礎(chǔ)知識245.2.3 集成電路的檢測245.2.

8、4 元器件的測試與篩選255.2.5 元器件的焊接要點255.2.6 電路測試26致27參考文獻28附錄31附錄1 程序31附錄2 電路圖48附錄3 元件表48附錄4 PCB安裝圖50前言隨著社會的不斷進步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進行了很大的改進，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以用于較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)。它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣有利于與計算機相

9、連接。利用計算機統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。在科技日益發(fā)展的今天，防盜的概念 經(jīng)發(fā)生根本的變化，傳統(tǒng)的人防由于人的弱點(偷懶、打瞌睡、疏忽)與投資回報等問題，已漸由技防所取代。一個電子防盜系統(tǒng)可以包括移動探測器、門磁探測器、玻璃破碎探測器、振動探測器、煙霧探測器、緊急按鍵等各種探測器，從多個方面保護您的安全。在系統(tǒng)布防時，上述各種探頭探測到任何異動，如有人進入房間，或打破玻璃，或撬門，或企圖破壞保險箱，甚至翻越圍墻等，都將會發(fā)出聲光警報，提醒人們的注意與行動，從而有效地保護了人民的生命財產(chǎn)的安全。 本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感

10、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、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)。同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC 機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。第一章 緒論1.1 電路設(shè)計背景近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器的飛速發(fā)展.人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也是越來越多。這點就是看到了大部分人防盜意識還不夠強，造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。因此，越來越多的居民家庭對財產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。報警器這時正為人們解決了不少問題。但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司與財政機構(gòu)。價格高昂，一

11、般人們難以接受。如果設(shè)計和生產(chǎn)一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器，必將在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。由于紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用，此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。紅外報警器大多數(shù)采用國外的先進技術(shù)，其功能也非常先進。其中包括被動式熱釋電型紅外報警器，也即是本文將研究的產(chǎn)品。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報警器，超聲波防盜報警器,紅外線防盜報警器，高靈敏紅外報警器,觸摸式延時防盜報警器, 觸摸式防盜報警器，紅外報警器，紅外線聲光報警器。其外，可用紅

12、外報警器原理控制各種電器的運行。1.2 紅外報警器分類與原理紅外報警器分為主動紅外報警和被動紅外報警，主動紅外入侵報警器是由發(fā)射機和接收機組成，發(fā)射機是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。主動紅外報警器是一種紅外線光束遮擋型報警器，發(fā)射機中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過調(diào)制的紅外光束（此光束的波長約在0.80.95微米之間），經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機接收，由接收機中的紅外光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)過電路處理后傳給報警控制器。由發(fā)射機發(fā)射出的紅外線經(jīng)過防區(qū)到達接收機，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況

13、下，接收機收到的是一個穩(wěn)定的光信號，當(dāng)有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機收到的紅外信號發(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)出的報警信號。目前此類報警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防居多，最大的優(yōu)點就是防距離遠，能達到被動紅外的十倍以上探測距離。被動紅外報警器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來判斷是否有人在移動。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當(dāng)人通過探測區(qū)域時，報警器收集到的這個不同的紅外能量的位置變化，進而通過分析發(fā)出報警。人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，會發(fā)出特定波長10m左右的紅外線，被動紅外報警器就是靠探測人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進行

14、工作的。人體發(fā)射的10m左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應(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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動紅外報警器是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為10m左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對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。其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是報警器無信號輸出。一旦人

15、侵入探測區(qū)域，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)信號處理而報警。用它制作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如下特點：1. 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。2. 靈敏度高、控制圍大。3. 隱蔽性好，可流動安裝。1.3 熱釋電紅外傳感器的原理特性研究設(shè)計的框圖如圖所示。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)遠遠高于熱電偶，其部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞瓷以與鉭酸鋰、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

16、度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(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，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104M，故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計時應(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，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有

17、極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。使用時D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長圍為0220m。為了對某一波長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

18、些波長圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、和其它紅外輻射拒之門外。1.4 設(shè)計意義與要求通過對紅外線報警器系統(tǒng)的設(shè)計與分析，用集成運放LM324、紅外傳感器、二極管等器件設(shè)計電路，可監(jiān)視幾米到幾十米圍運動的人體，當(dāng)有人在該圍走動時發(fā)出報警信號。并且運用multisim軟件對電路進行仿真和Protel 99se軟件畫原理圖以與制作電路板，制作實物并調(diào)試、展示功能。第二章 電路組成與框圖本設(shè)計軟件主程序流程圖如圖2-1所示圖2-1：軟件主程序流程隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普與，電子報警器已經(jīng)在各企業(yè)事業(yè)單位和人們的日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，紅外線報警器可監(jiān)視幾米到幾十米圍移動的人體，當(dāng)有人在該圍走動

19、時，發(fā)出報警。其電路的組成框圖如圖2-2所示。圖2-2：報警器電路的組成圖中STC89C52單片機隨時監(jiān)控DYP-ME003紅外人體傳感器送來的報警信號。當(dāng) 1電源：通過交流電經(jīng)變壓器的變壓、橋式二極管的整流、電容的濾波、穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到5V的直流電壓。2傳感器：傳感器主要是用來采集人體的紅外線信號并將該信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。3放大濾波：是由集成運算放大器LM324和電容構(gòu)成對傳感器的信號進行放大和濾波供下一級電路使用。4比較器：這里采用的是雙限電壓比較器，把電路中的基準(zhǔn)電壓U1和U2作為參考電壓（U1>U2）與比較器輸出的電壓作比較控制指示電路指示是否有人進入的情況。第三章 單元電路

20、設(shè)計3.1 電源電路設(shè)計直流電源（DC power）有正、負兩個電極，當(dāng)兩個電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負極的電流來為電路工作提供能量。在設(shè)計采用的是5V的芯片，所以電路設(shè)計為5V的電源。3.1.1 整流濾波電路1整流電路晶體二極管是由兩種具有不同導(dǎo)電性能的n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體結(jié)合形成的pn結(jié)構(gòu)成的，如圖3-1（a）所示，pn結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，常用符號表示如圖3-1（b）。圖3-1：二極管的pn結(jié)構(gòu)與符號圖3-2：二極管的特性曲線當(dāng)pn 結(jié)加上正向電壓（p區(qū)接正、n區(qū)接負）時，外電場使pn結(jié)的阻擋層變薄，形成比較大的電流，二極管的正向電

21、阻很?。划?dāng)pn結(jié)加上反向電壓時，外電場使pn結(jié)的阻擋層變厚，形成極小的反向電流，表現(xiàn)為反向電阻非常大。晶體二極管的正反向特性曲線如圖3-2所示，即二極管具有單向?qū)щ娦?。利用二極管的單向?qū)щ娦?，可將交流電變成脈沖直流電，其過程稱為整流。如圖3-3是橋式整流濾波電路，其整流過程如下：當(dāng)交流電為正半周時，M點電壓高于N點電壓， D2、D4截止，而D2、D5導(dǎo)通，電流將從交流電源依次通過D2、RL、D5回到電源；當(dāng)交流電為負半周時，N點電壓高于M點電壓，D2、D5截止，而D3、D4導(dǎo)通，電流將從交流電源依次通過D3、RL、D4回到電源。這樣通過RL的電流方向是固定的，UA始終大于UB，且UAB隨交流電

22、的起伏而波動。如果將RL兩端接入示波器會觀察到如圖3-4的整流波形。整流電路是把交流電變成直流電的電路，電路是二極管的單向?qū)щ娦杂伤膫€二極管構(gòu)成橋式整流電路，如圖3-3所示。圖3-3：橋式整流圖3-4：交流、整流與濾波波形2濾波電路電容（或電容量, Capacitance）指的是在給定電位差下的電荷儲藏量；記為C，國際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導(dǎo)體上；造成電荷的累積儲存，最常見的例子就是兩片平行金屬板，也是電容器的俗稱。在負載RL兩端并接上電容值較大的電解電容，如圖3-3所示，可將脈沖直流電過濾成較平穩(wěn)的直流電，稱

23、為濾波。波形將會變得較為平滑或成一條直線。濾波的基本原理：電容C兩端的初始電壓為0。接入交流電源U后，當(dāng)U為正半周時，D2、D5導(dǎo)通，U通過D2、D5對電容充電；當(dāng)U為負半周時，D3、D4導(dǎo)通，U通過D3、D4對電容充電。由于充電回路等效電阻很小，所以充電很快，電容C迅速被充到交流電壓的最大值Umax。此時二極管的電壓始終小于或等于0，故二極管均截止，電容不可能放電，故輸出電壓恒為Umax。綜上所述，交流電通過整流、濾波可以變成直流電，這就是一般穩(wěn)壓電源的基本原理。3.1.2 穩(wěn)壓電路LM317 是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM317的輸入最同電壓為30多伏，輸出電壓1.5

24、-32V電流1.5A不過在用的時候要注意功耗問題注意散熱問題。LM317有三個引腳，一個輸入一個輸出一個電壓調(diào)節(jié)。輸入引腳輸入正電壓,輸出引腳接負載, 電壓調(diào)節(jié)引腳一個引腳接電阻(200左右)在輸出引腳,另一個接可調(diào)電阻(幾K)接于地。輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。圖3-5：穩(wěn)壓電路圖典型線性調(diào)整率0.01%，典型負載調(diào)整率0.1%。80dB 紋波抑制比，輸出短路保護，過流、過熱保護，調(diào)整管安全工作區(qū)保護，標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。穩(wěn)壓電路的原理圖如圖3-5所示。當(dāng)外部電容應(yīng)用于任何集成電路穩(wěn)壓時，有時必須加保護二極管以防止電容在低電流點向穩(wěn)壓器放電，LM317的引腳如圖3-6所示。圖3-6：LM

25、317引腳如圖3-6所示1腳為調(diào)節(jié)腳、2腳為輸出腳、3腳為輸入腳，其中2腳與散熱片的表面是連接的。電源指示電路是由一個發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的發(fā)光作用，指示電路的工作情況，當(dāng)發(fā)光時說明電路正常工作，不發(fā)光時說明電路不工作，如果電路電流過大會把發(fā)光二極管燒毀這是就可以檢查電源電路是否用開路或者短路的情況。電源指示電路如圖3-5所示。3.2 放大電路的設(shè)計3.2.1 反相交流放大器此放大器可代替晶體管進行交流放大,可用于擴音機前置放大等,電路無需調(diào)試。圖3-7：反相交流放大器放大器采用單電源供電,由R1、R2組成U+偏置,C1是消振電容。如圖3-7所示：放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻R

26、i、Rf決定:。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值,Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源阻相等,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。3.2.2 同相交流放大器同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成U+分壓電路,通過R3對運放進行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定:,電路輸入電阻為R3、R4的阻值圍為幾千歐姆到幾十千歐姆，如圖3-8示。圖3-8:：同相交流放大器第四章 整機電路與工作原理通過對電路的分析設(shè)計完成了整機電路的總體設(shè)計原理圖如附錄1所示其中包括電源部分和報警電路部分，電源部分主要是通過對交流電的

27、變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓輸出一個+5V的直流電壓為后面的報警電路的正常工作提供電壓；報警電路主要是由熱釋電紅外傳感器、LM324集成運算放大器、發(fā)光二極管、電阻電容構(gòu)成。傳感器主要的工作就是把采集到的人體紅外線轉(zhuǎn)換成電壓信號，由于此時的電壓比較微弱所以要經(jīng)過LM324的放大后的電壓輸入到電壓比較器進行比較來控制相應(yīng)的發(fā)光二極管指示燈工作。下面是報警電路的工作流程與與電路的參數(shù)計算過程:在電路中采用KP506B型熱釋電人體紅外線傳感器，當(dāng)人體進入該傳感器的監(jiān)視圍時，傳感器就會產(chǎn)生一個交流電壓（幅度約為1mV），該電壓的頻率與人體的移動速度有關(guān)。在正常行走速度下，其頻率約為6Hz。電路中，R3、C4

28、、C5構(gòu)成退耦電路，R1為傳感器的負債，C2為濾波電容，以濾掉高頻干擾信號。傳感器的輸出信號加到運算放大器A1的同相端，A1構(gòu)成同相輸入式放大電路，其放大倍數(shù)取決于R4和R2，其大小為:Auf1 =A1放大后的信號經(jīng)電容C6耦合至放大器A2反相輸入端，A2構(gòu)成反相輸入式放大電路。電阻R6、R7將A2同相端偏置于電源電壓的一半,A2的增益取決于R8、R5，其大小為Auf2 =因此，傳感器信號經(jīng)兩級運放總共放大了Auf1×Auf2 =112×（-42）=-4704倍，當(dāng)傳感器產(chǎn)生一個幅度為1mV交流信號時，A2的理論輸出值為-4.704V。A3和A4構(gòu)成雙限電壓比較器，A3的參

29、考電位為:U3= ×5 =3VA4的參考電位為:U4 =×5 =2V在傳感器無信號輸出時，A1靜態(tài)輸出電壓為0.41V之間；A2在靜態(tài)時，由于同相端電位為2.5V，其直流輸出電平為2.5V。由于UB<2.5V<UA,故A3輸出低電平，A4輸出低電平。因此，在靜態(tài)時，LED1和LED2均不發(fā)光。當(dāng)人體進入監(jiān)視圍時，雙限比較器的輸入發(fā)生變化，當(dāng)人體進入時U3>3V,因此A3輸出高電平，LED1亮；當(dāng)人體退出時，U3<2V，因此A4輸出高電平，LED2亮。當(dāng)人體在監(jiān)視圍走動時，LED1和LED2交替閃爍。電路中的C7、C9為退耦電容。C1、C3、C8用于保

30、證電路對高頻干擾信號有較強的衰減作用，對于低頻信號有較強的放大作用，當(dāng)按圖中取值時，在0.1Hz8Hz的頻段具有較好的頻率響應(yīng)曲線，以滿足對熱釋電傳感器輸出的放大要求。另外，若利用Uo信號去控制報警器，還可以實現(xiàn)音響報警；若利用Uo信號去控制繼電器或電磁閥，還可以實現(xiàn)自動門、制動水龍頭的自動控制。第五章 電路制作與調(diào)試5.1 電路仿真5.1.1 Multisim仿真軟件介紹Multisim是美國國家儀器（NI）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。啟動界面如圖5-1。圖5-

31、1：multisim啟動界面工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。Multisim仿真軟件的特點：1通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計電路。2通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為。3借助高級電路分析, 理解基本

32、設(shè)計特征。4通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試。5通過改進、整合設(shè)計流程, 減少建模錯誤并縮短上市時間。5.1.2 Protel 99SE PCB軟件介紹Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性與3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。啟動圖標(biāo)如圖5-2所示。圖5-2：啟動圖標(biāo)Protel 99SE的系統(tǒng)組成部分按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99

33、se主要包含以下倆大部分和6個功能模塊。1電路設(shè)計部分（1）電路原理設(shè)計部分（Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱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；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。（2）印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱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

34、理電路板組件。（3）自動布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：在系統(tǒng)包含一個基于形狀（Shape-based）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設(shè)計的自動化。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)計系統(tǒng)（Advanced PLD 99）、高級信號完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）Protel 99SE 的功能特點：（1）開放式集成化的設(shè)計管理體系。（2）超強功能的、修改與編輯功能。（3）強大的設(shè)計自動化功能。5.1.3 仿真與驗證通過對電路的分析完成了電路的初步設(shè)計，但是也不能看見電路具

35、體的設(shè)計功能，這時就需要對電路進行模擬仿真以觀察電路的性能參數(shù)，打開multisim軟件在軟件里畫好仿真圖，點擊仿真按鈕，觀察電路的現(xiàn)象是否符合設(shè)計要求，如果不符合要求就要檢查仿真電路是否有錯，如果沒有錯誤就要考慮電路原理設(shè)計是否有誤，更改后在進行電路模擬仿真，重復(fù)以上步驟直到電路仿真與設(shè)計要求相符合。電源電路的仿真效果圖如圖5-3。圖5-3：電源電路仿真紅外線熱釋電傳感器未采集到信號時(即開關(guān)斷開)，表示情況正常。其仿真效果圖如圖5-4所示。圖5-4：未采集到信號紅外線熱釋電傳感器采集到信號(即開關(guān)閉合)后，表示有人闖入即發(fā)出報警信號，其仿真效果如圖5-5所示。圖5-5 報警效果圖紅外線熱釋

36、電傳感器采集到信號過一斷時間(即開關(guān)先閉合再斷開)后，表示有人闖入后離開即發(fā)出報警信號，其仿真效果如圖5-6所示。圖5-6 報警效果圖5.2 電路的制作與調(diào)試5.2.1 元件介紹1. 紅外傳感器紅外傳感器實物如圖5-7所示。紅外線傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感,而對于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感。在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)，如圖5-8。如果只看實物可能分不出紅外傳感器的引腳，常用的紅外傳感器金屬裝封的，有個窗口，接地的引腳是和外殼相通的，這較好分別，另外兩個引腳與地引腳電阻都

37、很大，很難分別。如果是自己安裝這個元件安裝時引腳要盡量短，遠離其它發(fā)熱元件，除了窗口，其它的元件最好用厚紙隔開，否則你裝好后誤差也大，就是受干憂大，常誤觸發(fā)。常見的引腳位置如圖5-9。部功能圖如圖5-10所示。圖5-7：紅外傳感器感應(yīng)方向 圖5-8：紅外傳感器實物 圖5-9：傳感器 引腳說明圖5-10：部功能圖傳感器的基片材料是硅材料，采用的是T0-5封裝，尺寸參數(shù)為：1. 靈敏元面積為：2.0mm 1.1mm Gap 0.9mm Dual，雙元2. 基片厚度為：0.5mm3. 窗口尺寸為：5.2 3.8mm4. 工作波長為：514um5. 平均過透率為：>756. 輸出信號為：>

38、2.2V7. 靈敏度為：3300V/W8. 探測率為：1.5 108cmHz1/2/W9. 噪聲（Vp-p）為：<200mV (25)10. 平度度為：<2011. 工作電壓為：2.215V12. 工作電流為：8.524uA(25)13. 原極電壓為：0.41.1V(25)14. 工作溫度為：-20 +7015. 保存溫度為：-30 +8016. 視場為：邊緣角55° 51°2. 傳感器的集成運放傳感器器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。圖5-11：傳感器引腳圖該四放大器可以工作在低到3.0伏或

39、者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖5-12所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位一樣。LM324的引腳排列見圖5-11?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓圍是3.0V32V或+16V。傳感器的特點：1短跑保護輸出。2真差動輸入級。3可單電源工作：

40、3V32V。4低偏置電流：最大100nA。5每封裝含四個運算放大器。6具有部補償?shù)墓δ堋?共模圍擴展到負電源。 8行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列。9輸入端具有靜電保護功能。該傳感器是四運放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝。圖5-12：集成運算放大器 圖5-13：封裝引腳圖它的部包含四組形式完全一樣的運算放大器,除電源共用外,四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖5-12所示的符號來表示,它有5個引出腳,其中“+”、“-”為兩個信號輸入端,“V+”、“V-”為正、負電源端,“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入

41、端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位一樣。該傳感器的引腳封裝見圖5-13。由于該傳感器的四運放電路具有電源電壓圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價格低廉等優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。5.2.2 集成運放的基礎(chǔ)知識集成電路是采用一定的工藝，把電路中所需要的管子、電阻、電容等元件器件與電路的連線都集成制作在一塊半導(dǎo)體基片上，再封裝在一個管殼，成為具有所需功能的模塊。自20世紀(jì)60年代以來，集成電路得到了迅速發(fā)展，被廣泛的應(yīng)用在各種電子線路中。集成電路按性能和用途的不同?？梢苑譃閿?shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。集成運算放大器就屬于模擬集成電路的一種。LM324集成電路電路結(jié)構(gòu)集成運算放

42、大器（簡稱集成運放）是用集成電路工藝制成的，具有很高電壓增益的直接耦合多級放大器，它的基本結(jié)構(gòu)是由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四個部分組成。如圖5-14其構(gòu)成方框圖。輸入級中間級輸出級偏置電路圖5-14：集成運放組成框圖5.2.3 集成電路的檢測集成電路是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件與布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。集成電路常用的檢測方法有在線測量法、非在線測量法和代換法：1. 非在線測量：非在線測量潮在集成電路未焊入電路時，通過測量其各引腳之間

43、的直流電阻值與已知正常同型號集成電路各引腳之間的直流電阻值進行對比，以確定其是否正常。2. 在線測量：在線測量法是利用電壓測量法、電阻測量法與電流測量法等，通過在電路上測量集成電路的各引腳電壓值、電阻值和電流值是否正常，來判斷該集成電路是否損壞。3. 代換法：代換法是用已知完好的同型號、同規(guī)格集成電路來代換被測集成電路，可以判斷出該集成電路是否損壞。運算放大器集成電路的檢測：用萬用表直流電壓檔，測量運算放大器輸出端與負電源端之間的電壓值（在靜態(tài)時電壓值較高）。用手持金屬鑷子依次點觸運算放大器的兩個輸入端（加入干擾信號），若萬用表表針有較大幅度的擺動，則說明該運算放大器完好；若萬用表表針不動，則

44、說明運算放大器已損壞。外觀質(zhì)量檢測：電子元器件應(yīng)完整無損。各種型號、規(guī)格、標(biāo)志應(yīng)清晰、牢固。標(biāo)志符號不能模糊不清或脫落。5.2.4 元器件的測試與篩選1. 用萬用表分別檢測電阻、二極管、電容和集成電路。2. 元器件的引線成型與插裝。3. 按技術(shù)要求和焊盤間距對元器件的引腳成形。4. 在印制電路板上插裝元器件。插裝時應(yīng)注意一下事項。5. 電阻和滌綸電容無極性之分，但插裝時一定要注意電阻值和電容值，不能插裝錯。6. 電解電容和發(fā)光二極管有正負極之分，插裝是要看清楚極性。7. 插裝集成電路和傳感器時要注意管腳。5.2.5 元器件的焊接要點用電烙鐵焊接元件是基本的裝配工藝，它對保證電子產(chǎn)品的質(zhì)量起著關(guān)

45、鍵的作用。下面介紹一些元器件的焊接要點。 1. 焊接最好是松香、松香油或無酸性焊劑。不能用酸性焊劑，否則會把焊接的地方腐蝕掉。2. 焊接前，把需要焊接的地方先用小刀刮凈，使它顯出金屬光澤，涂上焊劑，再涂上一層焊錫。3. 焊接時電烙鐵應(yīng)有足夠的熱量，才能保證焊接質(zhì)量，防止虛焊和日久脫焊。4. 在焊接晶體管等怕高溫器件時，最好用小平嘴鉗或鑷子夾住晶體管的引出腳，焊接時還要掌握時間。5. 烙鐵在焊接處停留的時間不宜過長,元器件的焊接時最好控制在23秒。6. 烙鐵離開焊接處后，被焊接的零件不能立即移動，否則因焊錫尚未凝固而使零件容易脫焊。7. 半導(dǎo)體元件的焊接最好采用較細的低溫焊絲，焊接時間要短。8.

46、 對接的元件接線最好先絞和后再上錫。9. 焊接完成后，剪掉多余的引腳。5.2.6 電路測試通電前，先仔細檢查已焊接好的電路板，確保焊接無誤。然后，用萬用表的電阻擋測量正負極之間有無短路和開路現(xiàn)象，若不正常，應(yīng)排除故障后再通電。在電路無可調(diào)試元器件，只要元器件無損，連接無誤，一般都能正常工作。在實驗室測試時，可以不必加菲涅透鏡，直接用KP506B檢測人體的運動。將傳感器背對人體，用手臂在傳感器前移動（注意傳感器的預(yù)熱時間），觀察發(fā)光二極管的亮暗情況，即可以知道電路的工作情況。如電路不工作，在供電電壓正常的前提下，可由前級至后逐級測量各級輸出端有無變化的電壓信號。以判斷電路各級工作狀態(tài)。在傳感器無

47、信號輸出時，A1的靜態(tài)輸出電壓為0.41V之間，A2的靜態(tài)輸出電壓為2.5V，A3、A4靜態(tài)輸出均為低電平。若那一級有問題，排除該級的故障。致通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過 程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知 識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 知道題目時自己沒什么思路和頭緒，就只是一味的查資料，在網(wǎng)上確實是找了一大把的相關(guān)資料，可問題也相繼而來，按照網(wǎng)上的電路做出的板子根本不能成功，感覺涉與圍也越來越大了，后經(jīng)指導(dǎo)老師的提醒，才突然明白由于太過倉促，將原本定好的思路打亂了，做的事情完全沒按照所想好的提綱來

48、。所以不管做什么事，首先要明確的是自己要做什么，該怎么做，而不是盲目想達到某種目的，急于求成往往達不到效果的。在畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束之即，再次對幫助過我的同學(xué)、和教誨過我的各位老師 表示忠心的感，特別是我的指導(dǎo)教師郭素萍老師，在我的畢業(yè)設(shè)計過程中給了我和我們小組的其他同學(xué)很大的幫助，老師不但知識廣博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實踐經(jīng)驗豐富，而且和藹可親，讓我受益非淺，再次表示感。三年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學(xué)生涯在師長、朋友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將結(jié)束之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。感我的所有任課老師，他們治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)

49、，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。老師讓我不僅學(xué)到了扎實的專業(yè)知識，還教會了我如何做人，面對問題養(yǎng)成了沉著冷靜，努力解決。我的大學(xué)夢想，使我的人生閱歷提高，增長見識，提高了自己個方面的素質(zhì)和涵養(yǎng)。也要感我的同學(xué) ，因為我們團結(jié)我們才能高效的完成畢業(yè)設(shè)計。在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負父母對我的期望！我一定會好好孝敬和報答他們！從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的意！ 參考文獻1 郭文川.單片機原理與接口技術(shù)M ：中國農(nóng)業(yè)，2007,212-2202康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M 第五

50、版.: 高等教育, 2004,20-253薛均義, 彥斌 MCS-51系列單片微型計算機與其應(yīng)用 M : 交通大學(xué), 2005，103-1154 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M：高等教育，2001，50-585 吳政江.單片機控制紅外線防盜報警器J. 師學(xué)院學(xué)報,1997 (1):18(完整的)6吳英才,林華清.紅外傳感器在防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用J.清華大學(xué)學(xué)報,2002(1):1-5（缺卷的）附錄附錄1 程序#include <reg52.h>#include <math.h>#include "1602.h"#include "dht.h"

51、;#include "2402.h"#include "DS1302.h"/定義管腳sbit Led_Alert=P36;/報警燈sbit In_Alert=P21; /報警信號輸入sbit Beep=P20; /蜂鳴器sbit Key_Up = P32;sbit Key_Down = P35;sbit Key_Set = P33;sbit Key_Review = P34;/定義標(biāo)識volatile bit FlagStartRH = 0; /開始溫濕度轉(zhuǎn)換標(biāo)志volatile bit FlagKeyPress = 0; /有鍵按下標(biāo)志volatile

52、 bit FlagAlert = 0; /報警狀態(tài)標(biāo)志volatile bit FlagReview = 0; /查詢標(biāo)志/定義溫濕度傳感器用外部變量extern U8 U8FLAG,k;extern U8 U8count,U8temp;extern U8 U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_H,U8RH_data_L,U8checkdata;extern U8 U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;extern U8 U8comdata;

53、extern U8 count, count_r;/溫濕度傳感器用變量U16 temp;S16 temperature, humidity;U16 RHCounter;/按鍵響應(yīng)用變量U8 keyvalue, keyUp, keyDown, keySet, keyReview;U8 FlagSet; /DS1302時鐘用變量SYSTEMTIME CurrentTime;uchar year, month, day, hour, minute, second;/報警與存儲用變量/char * pSave;/字符串顯示用變量uchar str16 = "000000"uchar

54、 AlertDate9="00-00-00", AlertTime9="00:00:00"uchar hide;/函數(shù)聲明void int2str(int x, char* str);void Delay1ms(unsigned int count);void Data_Init();void Timer0_Init();void Timer0_ISR () ;void SaveAlert();void LoadAlert();void KeyProcess(uint num);/整型轉(zhuǎn)字符串的函數(shù)，轉(zhuǎn)換圍0-65536void int2str(int x, char* str) int i=1; int tmp=10; while(x/tmp!=0) i+; tmp*=10; tmp=x; stri='0' while(i>1) str-i='0'+(tmp%10); tmp/=10; str0=tmp+'0' void Delay1ms(unsigned int count)unsigned int i,j;for(i=0;i&