红外遮断式报警器

目录前言错误!未定义书签第一章设计内容及要求错误!未定义书签第二章系统设计方案错误!未定义书签第三章系统组成及工作原理错误!未定义书签3.1 系统组成错误!未定义书签3.2 工作原理错误!未定义书签3.2.1 相关芯片介绍错误!未定义书签3.2.2 功放电路错误!未定义书签3.2.3 整流电路错误!未定义书签第四章 单元电路设计错误!未定义书签4.1 振荡和脉冲发生电路错误!未定义书签4.2 功放电路部分错误!未定义书签4.3 信号放大电路错误!未定义书签4.4 整流电路错误!未定义书签4.5 参数计算错误!未定义书签第五章 电路的调试错误!未定义书签.19结束语附录一 原件清单： 错误!未定义书签附录二 实物图： 错误!未定义书签11、儿 、4刖百随着红外线被发现，对其的研究与开发就从未停止过，从日常的生活到军工 产品都可以发现对红外线的应用。红外线遥控技术的发展更是改变了人们的生 活，红外遥控报警器依靠其隐蔽性强，控制范围广，灵敏度高，成为防盗的一把 利剑。在重要的部门和场所的工作重点， 例如银行的金库，单位的财务室及一些 仓库，都有对其的应用。普通人家也可以根据自己的需要安装报警器预防盗窃， 给人类的生活以安全保障，本报告主要阐述了设计制作一个简要的红外遥控报警 器的过程，经过一周的努力，实现了其报警功能。第一章 设计内容及要求本文的设计任务和目标如下：当有人遮挡红外发光时发出报警信号，无人遮挡红外光时报警器不工作。 红外发射器，发射频率为30KHz控制距离2M报警器信号频率为800Hz （实验中用蜂鸣器代替报警器）。注：可使用实验室电源，以及示波器。第二章系统设计方案本设计方案由红外发射电路和接收报警两大电路组成，其中红外发射电路由振荡脉冲和功放电路两大系统组成，红外接收电路由运放系统和整流。电路图如2-1示。以555为核心组成的多谐振荡电路，由不同的充电电阻选 择不同的频率，再通过功率放大器控制红外发光二极管发射红外脉冲。555和RR8、R9、Ci等组成一个无稳态多谐振荡器，可以通过开关Ji-J8 选通不同阻值白充电电阻（Ri-R8）,得到不同的频率，即发出不同的音符；改 变R9的阻值也可改变频率达到改变频率的要求。通过设计要求中所给的频率计 算相应的阻值，选择合适的电位器调节后接入电路中。功率放大电路则用两只 NPN管构成的复合管，增大了电流放大系数，减少了前级的驱动电流，简单实 用。电路图如2-2示。接收电路核由红外光敏二极管将光信号转化为电信号，放 大电路的核心是由LM741组成的放大电路。由稳压二极管以及三极管组成的整 流开关电路，当无人遮挡红外光时二极管将交流信号转为直流信号控制Q2使其导通，则蜂鸣器不工作，有人遮断红外光时，则 Q2处于截止状态，即蜂鸣器工 作，从而达到控制开关电路的作用。555 VIRTUALVUCRST ourDISIEREkiITO图21红外发射电路图2-2红外接受报警电路第三章系统组成及工作原理3.1 系统组成本设计的发射电路设计概念如图 3-1所示由两个系统组成：振荡和脉冲发生电路和功放电路部分组成。VC图31红外发射电路红外接受电路设计概念如图32,同样有两个系统组成，即放大部分与整流部分图32红外接受电路系统3.2 工作原理红外发射电路是通过调节 R1和R2的阻值，控制振荡的频率，从三管脚的 输出信号，通过功率放大，使红外二极管发光。红外接受报警电路是由红外光敏二极管将光信号转化为电信号，经过 LM741与三极管进行二次电压放大，通过整流控制三极管的工作状态从而控制 蜂鸣器工作。3.2.1 相关芯片介绍555芯片555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性 工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外，还有 对应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V工 作，7555可在318V工作，输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与 TTL、 CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多 谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定 时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器 外引脚排列图如图33所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻， 一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压Vcc /3和 2Vcc /3。图33 555芯片555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工 艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外，还有对 应的双定时器 556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V工 作，7555可在358V工作，输出驱动电流约为 200mA,因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现 多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作 为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定 时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及 功率输出级。它提供两个基准电压 Vcc /3和2Vcc /3表3-1 555功能表输入输出RdV11V 12VoTd状态0/低导通12/3 Vcc1/3 Vcc低导通11/3 Vcc/、变/、变12/3 Vcc2/3 Vcc1/3 Vcc高截止LM741芯片电压放大电路采用LM741集成运算放大器。LM741是高性能内补偿运算放 大器，功耗低，无外部频率补偿，具有短路保护和失调电压调零能力。LM741集成运算放大器引脚图如图34所示。OFFSET NJKLL NCINVCRTING INPUT V+LM741NCN-INVCRTING INUT OUTPUVOFFSET NUL图34 LM741引脚图集成运算放大器LM741的管脚功能是：1脚为调零端，2脚为反相输入端， 3脚为同相输入端，4脚为接地端，5脚为调零端，6脚为输出端，7脚为正电源 端，8脚为空脚端。LM741是通用型运算放大器电路，他的应用很广泛，可以构成各种功能电 路，其调零电路如图3-5所示。3.2.2功放电路故我们这放大电路可以有多种选择，本次设计最主要的任务是对电流放大， 次选用达林顿（复合管）。达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。具体接法如下， 以两个相同极性的三极管为例，前面为三极管集电极跟后面三极管集电极相接， 前面为三极管射极跟后面三极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三极管 小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为达林顿管射极，用法跟 三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。达林顿管原理达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效 的新的三极管。这等效于三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计中， 达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。达林顿电路有四种接法： NPN+NPN, PNP+PNP, NPN+PNP,PNP+NPN图36为两个相同的NPN型三极管构成的NPN型达林顿管.图36两个相同的NPN型三极管图37为一个PNP型三极管和一个NPN型三极管构成的PNP型达林顿管.图37 一个PNP型三极管和一个NPN型三极管图38为两个相同的PNP型三极管构成的PNP型达林顿管.闻I图38两个相同的PNP型三极管图39为一个NPN型三极管和一个图3 9为一个NPN型三极管和一个 PNP型三极管构成的 NPN型达林顿管PNP型三极管前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。NPN+NPN的同极性接法：B1 为B, C1C2为C, E1B2接在一起，那么E2为E。这里也说一下异极性接法。以 NPN+PNP为例。设前一三极管 T1的三极为C1B1E1,后一三极管T2的三极为 C2B2E2。达林顿管的接法应为：C1B2应接一起，E1C2应接一起。等效三极管CBE的管脚，C=E2,B=B1 , E=E1（即C2）。等效三极管极性，与前一三极管相同。 即为NPN型。PNP+NPN的接法与止匕类同。NPN PNP同极型达林顿三极管NPN PNP等效一只三极管异极型达林顿三极管3.2.3整流电路整流电路分为：半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路。根据本次实 验的需要，笔者选用全波整流电路，下面对全波整流电路的原理进行详细的阐述全波整流电路如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整 流电路。图3 10是全波整流电路的电原理图。220V图3 10 全波整流电路的电原理图全波整流电路的工作原理全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。 变压器次级线圈 中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但 极性相反的两个电压 e2a、e2b ,构成e2a 、D1、Rfz与e2b 、D2、 Rfz ,两个通电回路。全波整流电路的工作原理，可用图3 11所示的波形图说明。在0冗间内， e2a 对Dl为正向电压，D1导通，在Rfz上得到上正下负的电压；e2b 对 D2为反向电压， D2不导通(见图311 (b)0在t-2兀时间内，e2b 对D2 为正向电压，D2导通，在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压；e2a 对D1 为反向电压，D1不导通(见图3-11 (C)。图 311整流电路波形图(a)(b)(c)图311整流电路波形图如此反复，由于两个整流元件 D1、D2轮流导电，结果负载电阻 Rfz上 在正、负两个半周作用期间，都有同一方向的电流通过，如图3-11 (b)所示的那样，因此称为全波整流，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率(Usc =0.9e2，比半波整流时大一倍)。图3 11所示的全波整滤电路，需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽 头，这给制作上带来很多的麻烦。另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最 大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极22第四章单元电路设计4.1 振荡和脉冲发生电路555定时器是一种集成电路，因集成电路内部含有三个5千欧电阻而得名。 利用555定时器可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。只要将 555定时器的2号脚和6号脚接在一起，就可以构成施密特触发器，简记为“二 六一搭”。这个施密特触发器的电压传输特性是反相的。5号脚悬空时，正向阈值电压和负向阈值电压分别为 2Vcc和1Vcc o 5号脚接控制电压Vco时，正 向阈值电压和负向阈值电压分别为 Vco和Vcc。将555定时器的6号脚和7号 脚接在一起，并添加一个电容C和一个电阻R,就可以构成单稳态触发器。电 容接在电源与6号脚之间，电阻接在7号脚和地之间。我们简记为“七六一搭， 下C上R。这个单稳态触发器是负脉冲触发的。稳态时，这个单稳态触发器 输出低电平。暂稳态时，这个触发器输出高电平。5号脚悬空时，输出脉冲宽度为RCln3。5号脚接控制电压Vco时，输出脉冲宽度为RCln Vcc /（Vcc- Vco ）电阻和电容构成一个RC积分电路，其输入端接施密特触发器的输出端，其输 出端接施密特触发器的输入端。用 555定时器构成多谐振荡器就是这个思路。 于是，我们先用555定时器构成一个施密特触发器，再把这个施密特触发器改 接成多谐振荡器。不过，我们这个施密特触发器稍微复杂一些，除了 “二六一 搭”以外，又增加了一个电阻 Rio R1与555定时器内部的放电管TD构成了 一个反相器。逻辑上，这个反相器的输出与555定时器的输出完全相同。因此， 这个施密特触发器有两个输出端， 分别为555定时器的3号脚和7号脚。我们 看到，电阻R2和电容C构成了 RC积分电路，施密特触发器的一个输出端（7 号脚）接RC积分电路的输入端，RC积分电路的输出端接施密特触发器的输 入端。这样，一个多谐振荡器就成了。施密特触发器的另外一个输出端（3号脚）专门作为多谐振荡器的输出，可以最大限度地保证多谐振荡器的带负载能 力。计算频率应用公式：f =1/0.7（ Ri+2* R2）*C（式4-1）VCC5VVCC LM555CMVCCRST OUTDISR2THRTRICONGNDU5C2士 10nF图4-1555定时器够成的多谐振荡器4.2 功放电路部分如果两只管子是同极性的（例如都是 NPN）,那么前一个管子的基极为复合 管的基极；两管集电极相连，为复合管的集电极；前管的发射极连接后管的基极； 后管的发射极为复合管的发射极。这种组合的放大率为：B = （ B1 + 1） XB2 + Bl如果两只管子极性不同，则前一个管子的基极为复合管的基极；前管的集电极与后管的基极相连；后管的发射极为复合管的集电极；前管的发射极与后管的 集电极相连，为复合管的发射极。这种组合的放大率为：B = B1X02 + B1 + 1本次设计，我们选用NPN型4.3 信号放大电路信号放大部分的核心是LM741与晶体三级管，本次设计的LM741的放大倍数 为：（如图22） R5/R3=510,由于电容C1,C2的隔直通交作用，所以 LM741放 大的问交流信号。4.4 整流电路整流电路为全波整流电路，设计原理已经做了详细的阐述，由于本报告主要倾向与对红外发射电路的设计，有关 4.2与4.3节的详细内容请见同组人的 报告书。4.5 参数计算根据所给频率按照555组成多谐振荡器求解周期的公式。T=1/f=0.7 ( Ri+2* R2) C取 C=8200pF 则可得 R1=40g , R2=300Q第五章电路的调试根据所设计的电路焊接完毕，接入电源进行调试。在起初的设计中接收红外 信号报警电路中的R9设计参数为3KQ,但经过实际电路测试，发现 R9的设计 值过大，所以导致蜂鸣器的工作效果不明显， 经过不断的减小阻值进行测试，最 终确定R9的值在600左右最为合适。此时整个遥控报警器工作效果明显，我们 又不断的将测试的距离延伸，实践显示我们的电路设计可以达到预期的控制范围2M结束语经过笔者和同组人两个星期的不懈努力，终于完成了红外遥控报警器的设 计与制作，在两个星期的工作中，经历过各种困难，也曾放弃设计失败的方案， 整个设计制作过程并不顺利，在一次次的验证实践中，最终，必争与同组人基本 完成了设计要求，其中由于用蜂鸣器代替报警器，所以设计要求“报警频率为 800HZ”未能达到。经过此次实践，笔者认识到一切理论知识都是要经过实践进行加深与巩固， 这样对知识的理解与应用才能更深刻、 更灵活。笔者在此次设计中受益匪浅，一 次次的查找相关材料使笔者了解不少的知识， 对今后的学习和实践都提供了宝贵 的经验与教训。这在笔者看来，此次设计的意义非同寻常，不亲身经历，无法体 会到其中的酸甜苦辣。附录一原件清单:名称型号个数-H- UL心片5551LM7411红外发射管1二极管红外接收管1稳压管IN41482151100130025501电阻1K26.2K110K333K1510K1620K18200pF1电容0.01 F11 F4三极管90134蜂鸣器1附录二实物图: