紅外遙控報(bào)警器模電課設(shè)報(bào)告

16/22課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱：模擬電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：紅外遙控報(bào)警器學(xué)院名稱：南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：評(píng)分：教師：2013年3月9日2012－2013學(xué)年第2學(xué)期第1周－3周題目紅外遙控報(bào)警器內(nèi)容及要求①當(dāng)有人遮擋紅外光時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，無(wú)人遮擋紅外光時(shí)報(bào)警器不工作；②紅外發(fā)射器，發(fā)射頻率為30kHz，控制距離≥2m；③報(bào)警信號(hào)頻率800Hz。進(jìn)度安排第1周：查閱資料，到機(jī)房學(xué)習(xí)仿真軟件，確定方案，完成原理圖設(shè)計(jì)及仿真；第2周：領(lǐng)元器件、儀器設(shè)備，制作、焊接、調(diào)試電路，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第3周：檢查設(shè)計(jì)結(jié)果、撰寫(xiě)課設(shè)報(bào)告。學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間：周一、周三、周四下午指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓311室任務(wù)下達(dá)2013年2月25日任務(wù)完成2013年3月15日考核方式1.評(píng)閱eq\o\ac(□,√)2.答辯□3.實(shí)際操作eq\o\ac(□,√)4.其它□指導(dǎo)教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長(zhǎng)一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)”、“學(xué)生成績(jī)單”一并交院教務(wù)存檔。摘要紅外報(bào)警器的制作意義體現(xiàn)在報(bào)警上，首先設(shè)計(jì)電路圖，該電路由一個(gè)信號(hào)發(fā)射電路和一個(gè)接收電路構(gòu)成。經(jīng)過(guò)電腦仿真，元件排版焊接，最終實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。為了深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程并將所學(xué)的知識(shí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用于生活，本報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部通道的監(jiān)控報(bào)警作用，也可用來(lái)對(duì)重要物品的保護(hù)。通過(guò)對(duì)報(bào)警電路的設(shè)計(jì)及焊接，最后能夠?qū)崿F(xiàn)它的功能。關(guān)鍵詞報(bào)警發(fā)射接收目錄TOC\o"1-3"\h\u16325前言 418563第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 628764第二章系統(tǒng)組成及其工作原理 7213822.1系統(tǒng)的組成 7304882.2工作原理 8198762.2.1紅外發(fā)射電路 8196882.2.2紅外光敏接收器電路 8128782.2.3放大電路 9216872.2.4整流開(kāi)關(guān)電路 916664第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與選擇 1124275方案一 111020方案二 1125767第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 12124554.1紅外發(fā)射電路 12100644.2紅外接收電路 121346第五章重要元件及其介紹 13286315.1光敏二極管 1310995.2555芯片 1426119第六章調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析 1520607第七章實(shí)驗(yàn)結(jié)論及其體會(huì) 1723360參考文獻(xiàn) 1812526附錄 194290元件清單 19前言很多電路要使用555來(lái)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，在電路應(yīng)用中主要用來(lái)做定時(shí)器，可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本次課程設(shè)計(jì)中，就是使用了555多諧振蕩器，自激多諧振蕩器產(chǎn)生30KHZ的不對(duì)稱脈沖，此脈沖為紅外光的調(diào)制脈沖，調(diào)制脈沖經(jīng)功率放大后控制紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外脈沖。紅外接受信號(hào)由紅外光敏晶體二極管放大、整流、報(bào)警電路組成。把紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即解調(diào)出調(diào)制脈沖，然后把此信號(hào)放大，整流變成直流信號(hào)，控制報(bào)警電路器不工作，有人擋住紅外光線時(shí)報(bào)警器發(fā)出聲音。當(dāng)今社會(huì)，人們對(duì)于防盜需要借助于外物。報(bào)警器應(yīng)運(yùn)而生。紅外報(bào)警器的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)于很多空間都能進(jìn)行防范，優(yōu)勢(shì)頗大。報(bào)警器的運(yùn)用已深入到各行各業(yè)，比如銀行、學(xué)校及一些保密行業(yè)。紅外報(bào)警器的應(yīng)用廣泛，抗干擾能力強(qiáng)，原理也并不算復(fù)雜。深受人們青睞。做這個(gè)課程設(shè)計(jì)，是很有實(shí)用性的?？梢詫⑺鼞?yīng)用到很多非常地區(qū)。并起到非比尋常的作用。第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本文的設(shè)計(jì)任務(wù)和目標(biāo)如下：①當(dāng)有人遮擋紅外發(fā)光時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，無(wú)人遮擋紅外光時(shí)報(bào)警器不工作。②紅外發(fā)射器，發(fā)射頻率為30KHZ，控制距離≥2M。③報(bào)警器信號(hào)頻率為800HZ（實(shí)驗(yàn)中用蜂鳴器代替報(bào)警器）。注：可使用實(shí)驗(yàn)室電源，以及示波器。第二章系統(tǒng)組成及其工作原理2.1系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)由一個(gè)紅外發(fā)射電路以及一個(gè)接收電路構(gòu)成。紅外發(fā)射電路：由震蕩和脈沖發(fā)生電路和功放電路構(gòu)成。其電路示意圖（圖2.1）：自激多諧振蕩器自激多諧振蕩器功率放大器電源R圖2.1紅外信號(hào)發(fā)射電路紅外接收電路：由集成運(yùn)算放大電路和整流電路結(jié)合成。其電路示意圖（圖2.2）：圖2.2紅外接收電路2.2工作原理2.2.1紅外發(fā)射電路此電路主要由一個(gè)555芯片和兩個(gè)三極管構(gòu)成。其中555芯片自激振蕩會(huì)產(chǎn)生脈沖波，其頻率由R5、R6和電容C3確定，該信號(hào)可通過(guò)由兩個(gè)三極管構(gòu)成的復(fù)合管放大后控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出所需的30KHz的紅外脈沖信號(hào)，電容C1是為了提高555芯片的抗干擾能力，另外，為了給三極管設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，選取兩個(gè)電阻R7、R8。圖2.2.1紅外遙控報(bào)警器發(fā)射電路2.2.2紅外光敏接收器電路此電路由一個(gè)遠(yuǎn)紅外光敏二極管和一個(gè)耦合電容C1構(gòu)成。其原理如下：紅外發(fā)射器由自激多諧振蕩器產(chǎn)生30KHz的不對(duì)稱脈沖紅外信號(hào)，遠(yuǎn)紅外光敏二極管對(duì)紅外線敏感，當(dāng)無(wú)人遮擋時(shí)，紅外線照射使遠(yuǎn)紅外光敏二極管導(dǎo)通，同時(shí)將脈沖紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為交流電信號(hào)。而耦合電容C1起傳遞信號(hào)以供放大和隔絕供電源之直流信號(hào)作用。圖2.2.2紅外光敏接收器電路2.2.3放大電路放大電路是個(gè)兩極放大.主要由集成運(yùn)算放大器LM555、耦合電容C2構(gòu)成。原理如下：交流電信號(hào)經(jīng)R3流入LM555進(jìn)行放大，放大倍數(shù)由R7/R3的值控制。考慮到此時(shí)LM741單電源供電，在其管腳3處接入分壓偏置電阻R1、R2以減小3管腳的輸入電壓從而利于放大。電信號(hào)經(jīng)管腳6進(jìn)入耦合電容C2濾去了供電源帶來(lái)的直流信號(hào)直達(dá)三極管進(jìn)行二次放大，使信號(hào)顯著增強(qiáng)。2.2.4整流開(kāi)關(guān)電路整流開(kāi)關(guān)電路由電阻R4和三極管Q2構(gòu)成。其原理如下：放大信號(hào)由LM555發(fā)出后經(jīng)過(guò)電阻再到三極管Q2，蜂鳴器發(fā)聲頻率來(lái)源于其本身的發(fā)聲頻率。當(dāng)有人遮擋時(shí)，則三極管Q2截止，蜂鳴器由直流供電源供電工作而發(fā)聲。第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與選擇方案一地球上的物質(zhì)都會(huì)輻射紅外線,有的強(qiáng)烈有的平靜，當(dāng)有人進(jìn)入探測(cè)器范圍內(nèi)，探測(cè)器探測(cè)到人體發(fā)出的較強(qiáng)的紅外熱輻射，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，引起報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。方案二在探測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)，紅外光由發(fā)射端發(fā)射到接收端。當(dāng)有人進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)，擋住紅外光線，接收端接受不到紅外光線，以此引起接收系統(tǒng)中報(bào)警電路的反應(yīng)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。通過(guò)分析和比較，方案一的可行性不是很好，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容超出我們所學(xué)知識(shí)的范圍，所以我和同組人選擇方案二。其原因是控制范圍要求在2米以上，就要求紅外發(fā)射器功率不能太小，且報(bào)警器的靈敏度是判斷報(bào)警器好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，靈敏度越高越好。但是要考慮到報(bào)警器對(duì)飄浮物和微小動(dòng)物的誤報(bào)，另外還要考慮白天黑夜光線的影響。還有，在選擇器件時(shí)還要從經(jīng)濟(jì)上考慮，最好選用一些常用芯片器件。第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇4.1紅外發(fā)射電路由555定時(shí)器和三極管構(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，取R1=300Ω，R2=300Ω，C1=0.047uF，此時(shí)可以達(dá)到所要求的30KHZ頻率。電容C2的作用是抗干擾作用，取C2=10nf。為了保護(hù)ne555芯片，與三管腳串聯(lián)一個(gè)電阻R3，取R3=1.0kΩ。理論計(jì)算結(jié)果如下：fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］=33.8kHz4.2紅外接收電路所選的光敏二極管為普通型遠(yuǎn)紅外光敏二極管。為了保護(hù)二極管，選用R6為30kΩ。NE555構(gòu)成多諧振蕩器取R4=10kΩ，R5=4kΩ，C3=100nF，此時(shí)可以達(dá)到所要求的800HZ頻率。C4的作用是為了提高NE555芯片的抗干擾能力，取C4=10nf。理論計(jì)算結(jié)果如下：f1＝1．43／［（R4＋2R5）C］=794Hz；第五章重要元件及其介紹5.1光敏二極管光敏二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒(méi)有光照時(shí)，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為光生載流子。5.2555芯片1腳：地端。2腳：觸發(fā)端，下比較器的輸入。3腳：輸出端，有0和1兩種狀態(tài)由輸入端所加電平?jīng)Q定。4腳：復(fù)位端，加上低電平時(shí)可使輸出為低電平。5腳：控制電壓端，用他改變上下觸發(fā)電平值。6腳：上比較器的輸入。7腳：放電端，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是又輸入端狀態(tài)決定。8腳：電源端。第六章調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析第一次將所有元器件焊接到電路板后，并未實(shí)現(xiàn)理想結(jié)果。然后對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)紅外發(fā)射電路的555芯片無(wú)法產(chǎn)生所要求的方波。換了一塊555芯片繼續(xù)測(cè)試，但發(fā)現(xiàn)任然不能達(dá)到預(yù)期效果。遂繼續(xù)對(duì)電路板進(jìn)行檢查。但沒(méi)能查出問(wèn)題所在。隔天買器件重新焊接。力保不出現(xiàn)差錯(cuò)。但任然沒(méi)達(dá)到預(yù)期效果。檢查電路得知發(fā)射電路良好，問(wèn)題出在接收電路，經(jīng)過(guò)指教后才發(fā)現(xiàn)是光敏二極管反接的問(wèn)題。換完二極管后電路正常工作——不阻擋發(fā)射端時(shí)，接收端不報(bào)警，遮住發(fā)射端時(shí)，接收端蜂鳴器正常發(fā)出報(bào)警聲。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)要注意電路的正負(fù)極接法，不然一旦反接會(huì)燒壞二極管，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)差錯(cuò)。在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)焊錫過(guò)多導(dǎo)致不能相接的地方相連接，致使實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)差錯(cuò)。所以在電路的焊接上需要格外注意。仿真圖：注釋：此處開(kāi)關(guān)斷開(kāi)表示未接收信號(hào)，閉合時(shí)則表示接收信號(hào)波形圖：注釋：此處方波消失時(shí)由于接收到信號(hào)，蜂鳴器不再工作。即接收電路無(wú)波形產(chǎn)生。第七章實(shí)驗(yàn)結(jié)論及其體會(huì)這次課設(shè)做的是紅外報(bào)警器，相比于其他的課設(shè)題目，認(rèn)為其應(yīng)用面比較廣泛。實(shí)際意義更為突出。所需的元器件也更簡(jiǎn)單，便宜。可以說(shuō)是制作成本低，制作相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單。市場(chǎng)應(yīng)用面廣泛。這就是紅外報(bào)警器的優(yōu)點(diǎn)所在。這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)元器件雖多，但是排好版，還是很容易做出來(lái)，并且還不影響電路板美觀。本次實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的難處在于實(shí)驗(yàn)元件不好找！當(dāng)初設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)沒(méi)考慮周到，導(dǎo)致了一段時(shí)