对射型红外感应模块——对射型红外报警器毕业论文

毕 业 设 计（论文） 对射型红外感应模块 对射型红外报警器专业（系） 电 气 工 程 系 班 级 智 能 电 网 102 学生姓名 张 钰 杰 学 号 201001380218 指导老师 刘 郁 文 完成日期 2012年12月 2013届毕业设计任务书一、 项目名称： 红外线模块及应用二、 指导老师： 刘郁文三、设计内容与要求1. 课题概述红外线模块主要包括反射型感应模块、对射型感应模块和热释电红外探测模块等。反射型感应模块是一种集红外线发射，接收功能与一体的集成组件。内部包含了红外线发射，接收及信号放大与处理，能够以非接触方式探测前方 一定范围内的阻挡物，并转换成控制信号输出。对射型感应模块分为独立的发射模块与接收模块。发射模块向外发射经密码调制的红外线，接收模块接收到有效信号时输出控制信号。而热释电红外探测模块则不需要配置红外线发射源，能直接接收人体或动物等物体辐射的微量红外光线，将其转变为相应的控制信号输出。 2设计内容与要求 （1）确定整体设计方案； （2）软件、硬件具体设计； （3）试制本机（含外观设计）或搭建测试平台； （4）确定测试方案； （5）现场测试、写出测试报告； （6）撰写毕业设计论文（项目产品报告）。3. 技术指标 （1）工作电压：5-15V （2）工作电流：30mA （3）探测距离：0.3-1m四、设计参考书 传感器与检测技术，电子实用手册，数字电子技术基础，模拟电子技术基础， 五、设计说明书要求 1.封面 要求：包括设计题目，系别，班级，学号，姓名，指导老师，完成日期； 2.目录 要求：根据说明书的内容决定，一般采用2-3级；3.内容摘要 要求：中文摘要以300-400字为宜，配以相应的外文摘要。4.正文要求：试验方案设计的可行性、有效性以及试验数据的处理及分析，对本研究内容及成果进行较全面、客观的理论阐述。这是说明书的主要部分。5.结束语 要求：包括对本设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等。6.附录 要求：包括参考文献作者、署名、出版地、出版年月等；图纸；材料清单。 六、设计答辩与论文要求 1.毕业设计答辩要求： 答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。 学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论及评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2.设计论文要求文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理,无错别字，不允许抄袭。 图纸要求：按机械制图标准执行，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范。 曲线图标要求：所有曲线、图表、线路图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程制图要求绘制。 目 录摘 要1第1章 任务与要求11.1课题概述11.2设计任务书11.3设计内容与要求11.4参数要求2第2章 引 言32.1研究背景32.2论文设计目的32.3 论文章节安排4第3章 方案论证与设计53.1 方案论述53.2 红外线对射模块概述53.3 红外反射模块73.4 热释电红外探测模块93.5 方案确定9第4章 红外对射的硬件电路的主体介绍104.1 TX05C原理分析104.2 电路元器件分析124.3 音乐芯片电路134.4 电容滤波电路原理144.5 NE555时基电路简介17第5章 电路调试225.1调试的设备225.2调试步骤225.3调试出现的问题235.4成品展示23第6章 使用说明246.1 使用方法246.2 注意事项246.3 现象24第7章 毕业设计心得体会（致谢）25参考文献26附录27附件一：总原理图27附件二：元器件明细表29摘 要随着现代科技的迅猛发展，在安防报警方面的研究也渐渐深入了。目前国内使用各种防盗、保安报警器基本都是以超声波、红外发射接收以及微波等技术为基础。本文所介绍的报警器主要是采用对射型红外线感应模块设计制作红外反射报警器，该红外报警器，它制作简单、成本低、安装比较方便、而且性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统，一般由探测器（报警器）、传输系统和报警控制器组成。探测器检测到意外情况就产生报警信号，通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号。探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同，可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式；按电信号传输方式不同，又可分为无线传输和有线传输两种方式。本文介绍了一种应用TX05C对射型红外感应专用模块的报警系统。该模块分TX05CT与TX05CR两个独立的红外发射与红外接收模块。两模块的外形尺寸相同，均为3 2mm64mm17mm。发射模块内部由电源管理器件、密码IC、红外调制电路和中功率红外发射管等组成，通电后正前方透镜小孔即向外发射经密码调制的红外光线，模块后面有发射指示灯和电源引线，电源线采用屏蔽线连接，芯线为电源正极VDD，屏蔽皮层为电源负极。接收模块内部设有5 V稳压源、红外接收放大、解调及处理电路。模块正前方的小孔为红外接收窗，在内部两侧面各设置有状态指示灯。关键词: 工作原理 系统结构 发射电路 接收报警电路 Abstract In recent years, along with reform and open policy thorough development, electronic electric appliances swift development. Peoples living standard had the very big enhancement. Each kind of upscale electrical appliances product and the valuables have for many families. However some unlawful elements are also more and more. This sees majority of person security consciousness also insufficient. Creates steals the phenomenon to be common. Therefore, more and more resident families worried to the property security problem. The alarm apparatus had been solving many problems by now for the people. But in the market alarm apparatus majority of use in some big company fiscal institution. The price is soaring, generally the people accept with difficulty. If redesigns and produces one kind moderately-priced, the performance keen reliable burglar alarm, will certainly plays a more effective role in security and the guarantee property security aspect. This design has used the red unauthorized biography correlation feeling, its manufacture is simple, the cost is low, the installment is quite convenient, moreover the security performance is quite stable, antijamming ability is strong, sensitivity high, safe reliable. This paper introduces a kind of application TX05C correlation type infrared induction special module alarm system. This module points TX05C - T and TX05C - R two independent infrared emission and infrared receiving module. The appearance of two modules the same size, are 3 2 mm x 64 mm 17 mm. Emission module the internal power management devices, password IC, infrared modulation circuit and the power infrared transmitting tube etc, after electrify ahead lens holes that is outside to launch the password modulation infrared light, module back emission light and power supply leads, power cord used shielded wire connection, core for positive VDD, shielding the cortex is power negative. Receiving module with internal 5 V voltage source, the infrared receiving amplification, demodulation and processing circuit. Module ahead of the opening for infrared receiving window, within two side each set have status indicator lamp. key words: working principle system structure Transmission circuit；receive alarm circuit湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文）第1章 任务与要求1.1课题概述 红外对射型感应模块分为独立的发射模块与接收模块，发射模块向外发射经密码调制的红外光线，接收模块收到有效信号时输出控制信号。利用对射型红外线感应模块，可广泛用于各种自动检测、自动报警和自动控制等装置中，如门窗及各种人行通道的报警系统、流水线的自动控制、量值的统计等。本设计就是利用TX05C是一种对射型红外感应专用模块而设计的一个报警防盗系统。1.2设计任务书 利用TX05C的对射红外感应模块的工作原理设计并制作一个防盗报警器的装置。其工作电压不超过12V，发射距离为35m。在作用距离足够满足使用的前提下，要尽量降低发射模块的工作电压。1.3设计内容与要求1） 确定设计方案，绘制电路原理图。2） 设计印刷板电路。3） 试制本机（含外观设计）。4） 确定本机测试方案。5） 本课题组必须制作两组实物。6） 现场测试、写出测试报告1.4参数要求 1 工作电压：5-15V ； 2 工作电流：30mA； 3 探测距离：0.3-1m。 第2章 引 言2.1研究背景 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。 被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 (1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。 (2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 (3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 (4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。(5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 被动式热释电红外探头的优缺点： 优点： 本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 缺点： 容易受各种热源、光源干扰 被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 易受射频辐射的干扰。 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 抗干扰性能： 1.防小动物干扰 探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。 2.抗电磁干扰 探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 2.2论文设计目的 通过本研究性学习,进一步了解研究性学习的要求和写作过程,了解此类设计的研究方法，培养文献检索能力、创新能力、文字表达能力等。本设计电路都采用目前流行的简单的典型电路接法，简单实用、稳定廉价。可起到一个很好的学习目的和实验目的。2.3 论文章节安排本论文大致可分为四部分：第一部分包含第一章至第二章；第二部分包含第3章，介绍红外线模块的三个部分，及反射型感应模块、对射型模块和热释电红外探测模块；第三部分包含第四章至第六章给出我们设计的主题及利用TX50C的工作原理设计的报警器；第四部分包括第七章，是论文总结及未来相关展望。本文的内容组织安排如下：第一章 主要写中文摘要，还有毕业设计的课题概述、任务要求及内容、参数 要求。第二章 介绍讲述论文的研究背景、论文研究目标以及章节安排。第三章的内容包含了总体设计分析、方案的选择与设计、红外线的三个模块简述及方案的确定。第四章主要介绍了对射型红外线感应模块的原理分析、工作原理图中的重要元器件的介绍。第五章讲述了电路的调试，及出现的问题。第六章介绍了本组实物的使用说明。第七章讲述了我做本次毕业设计的心得体会及对指导老师的感谢之情。第3章 方案论证与设计3.1 方案论述 红外线模块主要包括反射型感应模块、对射型感应模块和热释电红外探测模块等。反射型感应模块是一种集红外线发射、接收功能于一体的集成组件，内部包含了红外线发射、接收及信号放大与处理，能够以非接触方式探测前方一定范围内的阻挡物，并转换成控制信号输出。对射型感应模块分为独立的发射模块与接收模块，发射模块向外发射经密码调制的红外光线，接收模块收到有效信号时输出控制信号。而热释电红外探测模块则不需要配置红外线发射源，能直接接收人体或动物等物体辐射的微量红外光线将其转变为相应的控制信号输出。3.2 红外线对射模块概述 红外对射全名叫“主动红外入侵探测器”(Active infrared intrusion detectors)，其基本的构造包括发射端、接收端、光束强度指示灯、光学透镜等。其侦测原理乃是利用经LED红外光发射二极体发射的脉冲红外线,再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离,由受光器接受。当红外脉冲射束被遮断时就会发出警报。红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去之后，在起始路径阶段会形成圆锥体光束，随着发射距离的增加，其理想强度与发射距离呈反平方衰减。当物体越过其探测区域时，遮断红外射束而引发警报。传统型主动红外入侵探测器，由于只有两光束、三光束、四光束类型，常用于室外围墙报警。主动红外入侵探测器要选择合适的触发响应时间：响应时间太短容易引起不必要的干扰，如小鸟飞过，落叶飘过等引发误报警；太长则易形成漏报警。 国家标准GB10408.42000主动红外入侵探测器规定40ms为报警触发时间，是鉴于传统型主动红外入侵探测器通常安装在传统造型墙头的应用条件。而针对于安装在地面应用条件，就必须以人员奔跑最高速度10m/s，来确定最短遮光时间。若人的宽度为20cm，则最短遮断时间为20ms。以20ms的阻断为触发报警，国家标准GB10408.42000主动红外入侵探测器规定20ms不得报警。目前，有部分厂家生产采用编码调制技术，制造多光束远距离红外线幕墙产品，主要应用于现代造型墙顶及地面等应用条件。 红外对射应用于周边防范的优点1、采用红外波段的射束，人视觉不可见，具有隐蔽的防卫方式：使入侵者在不知不觉中触警。 2、传统型主动红外入侵探测器防范面低，易存在盲区或死角。多光束远距离红外线幕墙产品不存在盲区和死角。 3、完备的防卫能力：入侵者无法以快速跳跃（能够实现20ms触发报警的产品才具有此项功能）、匍伏或其它动作通过隐形红外防卫射束网的防范 范围。 4、良好的抗干扰特性：采用阻断所有红外脉冲编码射束为报警触发条件，当昆虫、落叶或小动物等通过红外防卫射束网时，由于不能完全遮断全部红外脉冲编码射束所以不会产生误报警。 5、严密的防破坏能力：当红外接收端电源线或信号线被剪断时，报警信号输出电路将自动输出无线报警信号。 6、可全天侯工作。红外对射探测器执行国家标准GB10408.42000 主动红外入侵探测器“ 第探测距离b)室外用：主动红外入侵探测器的最大射束距离应是制造厂规定的探测距离的6倍以上”的规定，以抗御雨、雾、霾、强烈水蒸气、强烈阳光对于射束的衰减，抗御大风（特别是侧向大风）吹而引起射束的偏移等不良天气及气象条件干扰。红外对射的分类：双光束红外对射型号 规格ABT-40 双光束室外探测距40米ABT-60 双光束室外探测距离60米ABT-80 双光束室外探测距离80米ABT-100 双光束室外探测距离100米三光束红外对射型号 规格ABE-50 三光束室外探测距离50米ABE-100 三光束室外探测距离100米ABE-150 三光束室外探测距离150米ABE-200 三光束室外探测距离200米ABE-250 三光束室外探测距离250米四光束红外对射型号 规格ABH-50L 四光束室外探测距离50米ABH-100L 四光束室外探测距离100米ABH-150L 四光束室外探测距离150米ABH-200L 四光束室外探测距离200米ABH-250L 四光束室外探测距离250米3.3 红外反射模块红外线反射型检测传感器 反射型红外线感应模块，它们可广泛用于各种自动检测、自动报警和自动控制等装置中，如：行程限位器、光电计数器、接近式照明开关、自动干手器、自控水龙头、感应门铃及倒车告警电路等TX05D反射型红外线感应模块，实质上是一种集红外线发射、接收功能于一体的集成组件，内部包含了红外线发射、接收及信号放大与处理等全部电路，能够以非接触方式探测前方一定范围内有无阻挡物，并转换成高电平信号输出。模块全部元器件均装焊在一块印制电路板上，然后封装在体积为46.5mm3217mm的塑壳内(不包括安装支架的尺寸)，模块外形见图3.1。 图3.1在塑壳的前侧面安装有红外发射管与红外接收管，在旁侧面有一只LED工作指示灯和一个灵敏度调节孔，LED用来指示模块的工作状态，平时指示灯熄灭，一旦有反射阻挡物时，指示灯发光。调节孔内有一只微调电位器，可调节反射探测灵敏度，顺时针调节可加大探测距离，逆时针调节则减小探测距离。此外模块的探测距离还与工作电压高低有关，电压高探测距离远，反之则近。图3.2是一个实用的红外反射报警器，可用于多种场合，如高压有电危险区域或其他禁止行人通行或接近的地方等，一旦有人靠近它就发出响亮的报警声。报警器主要由TX05D模块ICl、NE555时基电路IC2、警灯、警铃及电源电路等部分组成。图3.2 电源电路主要由变压器T降压、二极管VD2VD5桥式整流、三端稳压集成电路IC3和电容C5、C6滤波组成，接通电源后，IC3输出12V稳定直流电压供模块ICl用电，时基电路IC2则直接取用整流后的15V左右的直流电压。平时，ICl前方无物体阻挡时，模块ICl输出端0UT无信号输出，三极管VT截止。时基电路IC2接成定时工作模式，因C3已充满电荷，IC2的6脚为高电平，IC2处于复位状态，输出端3脚为低电平，继电器K不动作，触点K-1打开，警铃与警灯均不工作，报警器处于静止守候状态。 当模块ICl前方有人走近时，ICl发射的红外线将被部分反射回来并被ICl内红外接收管收到，经模块内部电路放大处理后，输出端OUT突变为高电平，经R1、C1、C2平滑使VT导通，一方面使时基电路的触发端2脚为低电平， IC2立即置位，输出端3脚突变为高电平，继电器K吸合，触点K-1闭合，220V交流警铃通电发声报警，同时警灯EL发光，可照亮“请勿靠近!”等警示牌。另一方面VT导通使得C3所充电荷得以泄放。当人离开后，ICl的OUT端恢复低电平，VT1截止，此时正电源就通过RP、R2向C3充电，经t=1.1(R0+R2)C3延迟后，时基电路IC2翻回复位态，3脚恢复低电平，继电器K释放，警铃停止发声，EL熄灭。若之后又有人靠近监控区，电路又发声、发光报警。 电路被触发报警的时间长短可通过电位器RP进行调节，以满足不同场合的需要。K可选用JZC-32F、DCl2V小型中功率电磁继电器，其触点容量为3 A、AC250V。警灯EL可选用40W100W白炽灯泡。警铃应选用交流220V供电的电铃。其他元器件无特殊要求。3.4 热释电红外探测模块热释电红外传感器简介: 热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。3.5 方案确定 经过课题研究组员的讨论，本课题设计的是介绍一种采用TX05C新型红外线对射感应模块制作而成的门窗防盗报警器。由于它是利用人眼不可见的红外线，组成无线监视区域，所以具有极强的保密性和可靠性，只要有人进人监视区域，人体势必会遮挡红外线光，这时电路就会发出响亮的报警声，以引起值班人员的注意。第4章 红外对射的硬件电路的主体介绍4.1 TX05C原理分析 对射型红外线感应模块，可广泛用于各种自动检测、自动报警和自动控制等装置中，如门窗及各种人行通道的报警系统、流水线的自动控制、量值的统计等。 图4.1 TX05C是一种对射型红外感应专用模块。该模块分TX05CT与TX05CR两个独立的红外发射与红外接收模块。两模块的外形尺寸相同，均为3 2mm64mm17mm。模块的外形见图1，发射模块内部由电源管理器件、密码IC、红外调制电路和中功率红外发射管等组成，通电后正前方透镜小孔即向外发射经密码调制的红外光线，其内电路框图见图4.1。模块后面有发射指示灯和电源引线，电源线采用屏蔽线连接，芯线为电源正极VDD，屏蔽皮层为电源负极。接收模块内部设有5 V稳压源、红外接收放大、解调及处理电路，内电路框图见图4.2。模块正前方的小孔为红外接收窗，在内部两侧面各设置有状态指示灯。当模块未接收到有效信号时，红色指示灯亮；收到信号时，绿色指示灯亮。输出线为双芯屏蔽线，红色芯线为电源正极线Vmm白色芯线为信号输出端OUT，屏蔽层皮网为电源负端。信号输出方式采用集电极开路输出，输出晶体三极管在绿色灯亮时截止，红色灯亮时，三极管导通，输出驱动能力图4.2 于50mA，并设有续流二极管，可直接驱动继电器。 发射模块的发射距离与工作电压高低有关，电压愈高，发射距离愈远，但最高工作电压不能超过12V，同时发射模块的工作电源应尽量使用稳压电路，以免瞬间超过12V时，烧毁内部电路。当作用距离足够满足使用的前提下，应尽量降低发射模块的工作电压，一是有效降低功耗，二是减少内部47 W限流电阻的发热量。图4.3是一个采用TX05C对射型红外线感应模块设计制作的办公楼走廊自动灯电路，当有人穿越走廊时，照明灯EL便会自动点亮1min左右。它主要由电源电路、对射型红外模块ICl与IC2、NE555时基电路IC3和IC式固态继电器SSR等部分组成。 图4.3电源电路由变压器T、二极管VDlVD6、三端稳压集成块IC4及电容C3C7等组成，电路通电后可输出9V稳定的直流电压供接收模块IC2、时基电路IC3等器件用电。VD5、VD6起降压作用，目的是减小发射模块的供电电压，以降低发射模块的功耗。 当无人经过走廊区域时，IC2接收到ICl发射的红外光线，模块内部的输出三极管截止，输出端OUT输出高电平。NE555时基电路IC3接成典型的单稳态工作模式，此时电路处于复位状态，3脚无输出，固态继电器SSR内藏发光管不亮，SSR第8与10脚间开路，灯EL不亮。 当有人经过走廊区域时，就会阻挡ICl发出的红外光线，只要IC2一旦没有收到红外指令，OUT端内部三极管导通，即IC3的触发端2脚受到低电平触发，单稳态电路立即翻转进入暂态，3脚输出高电平，SSR内藏发光管发光，内部光控晶闸管开通，灯EL点亮发光。约经t =1.1R2C1 1min后，暂态结束，电路回复到原来的静止状态，灯EL熄灭。如嫌灯亮时间不合适可以增减R2或C1的数值调整之。SSR可选用IC式TAC018型固态继电器，它可以直接插焊在印制电路板上，电流容量为lA，可满足一般照明灯具等电器的工作需要。在安装时，发射模块与接收模块固定必须牢固，且模块的发射窗与接收窗必须保持在同一轴线上，否则电路不能正常可靠工作。 4.2 电路元器件分析固态继电器 固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。组成固态继电器由三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。 （1）、输入电路按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能，可以方便的与TTL,MOS逻辑电路连接。对于控制电压固定的控制信号，采用阻性输入电路。控制电流保证在大于5mA。对于大的变化范围的控制信号（如332V）则采用恒流电路，保证在整个电压变化范围内电流在大于5mA可靠工作。 （2）、隔离（耦合）固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种：光电耦合通常使用光电二极管光电三极管，光电二极管双向光控可控硅，光伏电池，实现控制侧与负载侧隔离控制；高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级，经检波整流，逻辑电路处理形成驱动信号。 （3）、输出电路SSR的功率开关直接接入电源与负载端，实现对负载电源的通断切换。主要使用有大功率晶体三极管（开关管-Transistor），单向可控硅（Thyristor或SCR），双向可控硅（Triac），功率场效应管（MOSFET），绝缘栅型双极晶体管（IGBT）。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。按负载类型，可分为直流固态继电器和交流固态继电器。直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管，交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向可控硅。而交流固态继电器又可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。交流固态继电器，按导通与关断的时机，可分为随机型交流固态继电器和过零型交流固态继电器。4.3 音乐芯片电路 简单的音乐电路由KD9300芯片、三极管9013、电阻、3V直流电源以及开关即可实现声音功能。 工作原理 图4.4声光音乐电路如上图4.4所示，它的核心元件是一片有ROM记忆功能的音乐集成电路A。ROM是英文缩写词，中文意思是“只读存储器”，也就是说存储器内容已经固定，只能把内容“读”出来。音乐集成电路A内储什么曲子，完全由ROM的内容决定。音乐集成电路A实际上是一种大规模CMOS（互补对称金属氧化物半导体集成电路的英文缩写）电路，它内部线路很复杂，这里不作专门介绍，读者只要弄清楚它的外接引脚功能及用法就可以了。在图4.4中，VDD和Vss分别是音乐集成电路A的外接电源正、负极引脚。OSC1、OSC2是音乐集成电路A的内部振荡器外接振荡电阻器引脚，个别需外接RC振荡元件，此时外接的电阻器或电容器便可作为乐曲演奏速度及音调调整元件。也有的音乐集成电路A将振荡元件全部集成在芯片内部，不需要外接元器件，这时振荡频率就无法外调节。TG是音乐集成电路A的触发端，一般采用高电平（直接与VDD相连）或正脉冲（通过按钮开关SB接VDD）触发均可。OUT是音乐集成电路A的乐曲信号输出端。 一般的声光音乐电路的工作过程如下：每按动一下按钮开关SB，音乐集成电路A的触发端TG便获得正脉冲触发信号，音乐集成电路A工作，其输出端OUT输出一遍内储的音乐电信号，经三极管VT功率放大后，驱动扬声器B发出优美动听的乐曲声；与此同时，并接在B两端的发光二极管VD也会随乐曲节奏闪闪发光。电路中，C是交流旁路电容器，它的作用是防止音乐集成电路A受杂波感应误触发。因为音乐集成电路A的TG脚输入阻抗很高，当按钮开关SB的引线较长时，特别是引线与室内220V交流电源线靠得较近时，每开关一次电灯或家用电器就会造成集成电路误触发，使门铃自鸣一次。有了电容器C就能有效消除这种外干扰，使门铃稳定、可靠地工作。实际中，C也可用一只300510的1/8W碳膜电阻器来代替；也可将C直接跨接在音乐集成电路A的VDD与TG引脚（接SB的位置）之间。4.4 电容滤波电路原理滤波电容的作用简单讲是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。 滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。 当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uCu2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。图4.5为单相桥式整流电容滤波波形分析图。 当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。图4.5RL、C对充放电的影响 电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大. 工作原理它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。 交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型）按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却）另外输入端又有宽范围输入（DC332V）的恒流源型和串电阻限流型等。SSR固态继电器以触发形式，可分为零压型（Z）和调相型（P）两种。在输入端施加合适的控制信号IN时，P型SSR立即导通。当IN撤销后，负载电流低于双向可控硅维持电流时（交流换向），SSR关断。Z型SSR内部包括过零检测电路，在施加输入信号IN时，只有当负载电源电压达到过零区时，SSR才能导通，并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型，但由于负载工作电流近似正弦波，高次谐波干扰小，所以应用广泛。北京灵通电子公司的SSR由于采用输出器件不同，有普通型（S，采用双向可控硅元件）和增强型（HS，采用单向可控硅元件）之分。当加有感性负载时，在输入信号截止t1之前，双向可控硅导通，电流滞后电源电压90O（纯感时）。t1时刻，输入控制信号撤销，双向可控硅在小于维持电流时关断（t2），可控硅将承受电压上升率dv/dt很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容，正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向dv/dt指标（典型值10V/ s，将引起 换向恢复时间长甚至失败。单向可控硅（增强型SSR）由于处在单极性工作状态，此时只受静态电压上升率所限制（典型值200V/s），因此 增强型固态继电器HS系列比普通型SSR的换向dv/dt指标提高了520倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联，改变了电流分配和导热条件，提高了SSR输出功率。增强型SSR在大功率应用场合，无论是感性负载还是阻性负载，耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性，均超过普通固态继电器。主要参数1）工作电压 12V 2）工作电流 300mA3） 工作温度 -20+854）发射接收偏差角度 10 5）波长 1310纳米6）发射距离 5m4.5 NE555时基电路简介图4.6 NE555实物图简介：NE555(Timer IC)是一种将模拟功能和逻辑功能结合在同一块芯片上的集成电路，8脚封装。最初由美国SIGNETICS公司在1972推出投放市场,很快得到广泛应用也因为应用广泛，许多其它公司也推出了功能一样的类似型号。此芯片内使用了3个精度较高的5K分压电阻，型号由此而得名。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是兼容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 图4.7引脚图 图4.8方框图NE555是双极性器件的集成电路，内含2个555电路的型号为NE556，为14脚。另有CMOS工艺的7555和7556。NE555电压使用范围为4.5V - 18V.7555则为3V - 15V。它的主要特点是： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。的其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路高、低电平匹配。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。555定时器应用（1）555定时器单稳态触发器图4.9 555构成单稳态触发器 上图4.9为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。图4.10NE555的引脚位配置：Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。Pin 2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。Pin 3（输出）-当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。图4.11 NE555 第5章 电路调试正确的调试系统才能使各模块电路正常工作，实现高稳定性的显示。5.1调试的设备变压器220V/12V一个数字万用表一台红外对射探头一套一台一块5.2调试步骤1） 首先对电源部分进行调试。先将整流、滤波部分元件焊上，然后接上电源变压器，用交流档测变压器输出电压为12.7V，再用直流档测整流滤波后的电压为直流12V左右，正常，接上三端稳压后再测其输出电压，为稳定的5.04V，这些数据说明电源部全全部工作正常；2） 发射部分的调试。接通发射部分的电源，用万用表测量VT7脚的基极电压，为-0.4V，这说明电路已起振，工作正常。3） 红外接收部分的调试。将红外发射部分与接收部分对齐，测量VT2基极电压，当用物体挡住红外线时，应看到电压有明显的变化，这个变化的电压信号经VT2、VT1两极放大后，在VT1的集电极能输出幅度较大的变化信号，测量CD4011的8脚电压，为0.4V，然后用手挡住红外线，这时电压变为4.8V，这说明红外部分电路工作正常。4） 报警电路的调试。用一导线将VT3的发射极与集电极短接，这时听到了响亮的110警车报警声。5） 组装与报警输出使用。5.3调试出现的问题1）继电器不动作原因：多方检查后，发现电路并没什么问题，555芯片2管脚为高电平，符合时基电路的特性。最后确认为是对射探头的型号问题。应对措施：考虑到如果再去买一个探头的话会造成现在这对探头浪费，于是采用添加一个7805稳压集成管和一个非门芯片。因为555时基电路原理是要给二端脚一个低电平触发，而接收探头的信号输出端输出信号正好与电路要实现的功能相反，而加一个非门就可以转换过来。5.4成品展示第6章 使用说明6.1 使用方法、 将电源插头插入220V交流市电插座，电源指示灯亮。、 将发射器与接收器的红外线发射与接收管对齐；、 确认发射管与接收管对齐后，若还在报警，可按下复位键，此时报警停止，系统进入守候状态；、 当用手在红外发射与接收管间挡住时，马上会响起报警声，此时就算人离开也会一直报警，直到人为按下复位键后，只要发射与接收间无遮挡，变不会报警，若一直有东西挡住，将一直报警。6.2 注意事项在电路桥堆交流侧接口接上220V/12V的交流变压器，在将红外对射探头接在相应的接线端，而且将探头固定且相互对准。需要注意的是: (1) 红外线发射探头的接线方法：棕色线连接电源的正极，蓝色的直接连接电源的负极。(2) 红外线接收探头的接线接法：棕色线是接电源的正极，蓝色的是接电源的负极，黑色的是接负载（信号输出），即非门芯片的1端。6.3 现象红外对射探头接通对准后，接收探头后方会有红色光，而且刚接通电源时就会发出报警，这是因为初接电源那一瞬间，电容未充电，导致555时基电路二脚为低电平，因此会触发，使三脚产生高电平，继电器动作。之后报警器进入警备状态，一旦有人遮断发射与接收端之间的红外线，则立即产生持续声光报警。人一走后，报警持续数秒又将复位至警备状态。第7章 毕业设计心得体会（致谢）经过几个月的紧张奋战，在毕业设计的这段岁月里，我真正懂得什么叫台下十年工，台上一分钟。我这次设计的课题是红外线防盗报警器，经过几个月的思考和准备，通过对课题的设计，大大提高了自己各方面的能力。在前面的学习岁月里都是为这毕业设计而学，为毕业设计而做准备。在刘老师的指导下，我尽自己的最大努力把毕业设计做的尽可能完美，尽可能把所学的东西应用到毕业设计中来。通过本次毕业设计，使我感受到过程是艰辛同时又充满乐趣的。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高；也使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在此要感谢指导老师刘郁文老师的悉心指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，体会颇多，感觉到平时的粗心大意，以及不完善的理论知识让我错过了一次就成功的那种感觉，而是做了很多次的修改，但在制作电路的过程中感觉到了一种力量，那种力量可以让我废寝忘食的不断改善调试电路，可以让自己兴奋的久久的为了电路而深思，可以让自己在深夜写着毕业设计说明书，回顾自己的毕业设计制作过程时，心中油然而生一阵感慨，有失落，有兴奋，有喜悦，有苦恼，但我觉得它值得我这样去做使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财