2022年电路CAD课程设计方案红外线报警器2.docx

精品学习资源目录一 .摘要 2二 .工作原理 21. 基本原理 22. 电路说明 2三 .单元电路设计 31. 电源部分的设计 3a .整流电路 3b .滤波电路 5c .稳压电路 52. 放大器电路的设计 6a .反相沟通放大器 6b .正相沟通放大器 7欢迎下载精品学习资源3. 比较器电路的设计 7路仿真 91. 电源电路仿真结果 102.当有人进入的时候 103.当人离开的时候 10五 .PCB布线 12六 .总的原理图 13七 .参考文献 14四 .电一 摘要该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和报警指示电路等组成；当人进入报警器的监视区域内， 即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、试验室等比较重要场合防盗报警；概述了红外辐射的学问、热释电红外传感器的结构和工作原理；利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路 , 分析了该电路的功能和工作原理；热释电红外传感器具有许多的优点 , 在防盗、戒备等装置中应用较广；二 工作原理1. 基本原理红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束<此光束的欢迎下载精品学习资源波长约在 0.8 0.95 微 M之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去；此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警掌握器；由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条戒备线；正常情形下，接收机收到的是一个稳固的光信号，当有人入侵该戒备线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，掌握器发出的报警信号；2. 电路说明1) 详细图示如下所示：电源部分放大电路比较器报警电路红外线传感器图 12说明电源部分 ：电源第一接入的是 220V 的沟通电源信号然后再通过变压，整流， 滤波，稳压从而输出 5V电压；红外线传感器 ：红外线传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件；这里用开关代替传感器的采集信号部分；放大电路 ：是由集成运算放大器LM324 和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用；比较器：这里采纳的是双限电压比较器，把电路中的基准电压U1和 U2为参考电压 <U1>U2）与比较器输出的电压作比较掌握指示电路指示是否有人进入的情形三单元电路设计3 / 15欢迎下载精品学习资源1. 电源部分的设计：a) 整流电路图 2二极管的 pn 结构及符号图 3 二极管的特性曲线晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n 型半导体和 p 型半导体结合形成的 pn 结构成的，如图 2 <a ）所示， pn 结具有单向导电的特性，常用符号表示如图 2 <b ）；欢迎下载精品学习资源当 pn 结加上正向电压 <p 区接正、 n 区接负）时，外电场使 pn 结的阻挡层变薄，形成比较大的电流，二极管的正向电阻很小；当pn 结加上反向电压时， 外电场使 pn 结的阻挡层变厚，形成微小的反向电流，表现为反向电阻特别大；晶体二极管的正反向特性曲线如图3 所示，即二极管具有单向导电性；利用二极管的单向导电性，可将沟通电变成脉冲直流电，其过程称为整流；如图 4 是桥式整流滤波电路，其整流过程如下：当沟通电为正半周时，M 点电压高于 N 点电压， D2、D4 截止，而 D2、D5 导通，电流将从沟通电源依次通过 D2、RL、D5 回到电源；当沟通电为负半周时， N 点电压高于 M点电压， D2、D5 截止，而 D3、D4 导通，电流将从沟通电源依次通过D3、RL、D4 回到电源；这样通过 RL 的电流方向是固定的， UA 始终大于 UB，且 UAB随沟通电的起伏而波动；假如将 RL两端接入示波器会观看到如图 5 的整流波形；V1 27220 Vrms50 Hz0°28T1D3 1N400721D5 1N4007114TS_PQ4_10D4D61N40071N40070图 4桥式整流整流电路是把沟通电变成直流电的电路，电路是二极管的单向导电性由四个二极管构成桥式整流电路，如图4 所示；欢迎下载精品学习资源b) 滤波电路图 5沟通、整流及滤波波形欢迎下载精品学习资源电容<或电容量 , Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷贮存量；记为 C，国际单位是法拉 <F）；一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，就阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积 储存，最常见的例子就是两片平行金属板，也是电容器的俗称；在负载 RL 两端并接上电容值较大的电解电容，如图4 所示，可将脉冲直流电过滤成较平稳的直流电，称为滤波；波形将会变得较为平滑或成一条直线；滤波的基本原理：电容 C 两端的初始电压为 0；接入沟通电源 U 后，当 U 为正半周时， D2、D5导通， U通过 D2、D5 对电容充电；当 U为负半周时， D3、D4 导通， U通过 D3、D4对电容充电；由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容 C 快速被充到沟通电压的最大值Umax；此时二极管的电压始终小于或 等于 0，故二极管均截止，电容不行能放电，故输出电压恒为Umax；综上所述，沟通电通过整流、滤波可以变成直流电，这就是一般稳压电源的基本原理；c) 稳压电路LM317的输入最同电压为 30 多伏，输出电压 1.5-32V电流 1.5A 不过在用的时候要留意功耗问题留意散热问题；LM317 有三个引脚，一个输入一个输出一个电压调剂；输入引脚输入正电压 , 输出引脚接负载 ,电压调剂引脚一个引脚接电阻 200左右>在输出引脚 , 另一个接可调电阻 几 K>接于地；输入和输出引脚对地要接滤波电容；欢迎下载精品学习资源D7欢迎下载精品学习资源U5 LM317KLINEVREG VOLTAGECOMMON1N4007R1523200R16欢迎下载精品学习资源C10 470uF22C12 10nFR18 24220Key=A 25R17 47050%0C11 100uF20026LED3欢迎下载精品学习资源图 6 稳压电路图2. 放大器电路的设计a) 反相沟通放大器此放大器可代替晶体管进行沟通放大, 可用于扩音机前置放大等, 电路无需调试；图 7 反相沟通放大器欢迎下载精品学习资源1放大器采纳单电源供电 , 由 R1、R2 组成 2U+偏置,C1 是消振电容；如图 3-7欢迎下载精品学习资源AvRf欢迎下载精品学习资源所示：放大器电压放大倍数Av 仅由外接电阻 Ri 、Rf 打算:Ri；负号表欢迎下载精品学习资源示输出信号与输入信号相位相反；按图中所给数值,Av=-10 ；此电路输入电阻为欢迎下载精品学习资源Ri ；一般情形下先取 Ri 与信号源内阻相等 , 然后依据要求的放大倍数在选定Rf ；Co和 Ci 为耦合电容；b) 同相沟通放大器1同相沟通放大器的特点是输入阻抗高；其中的R1、R2 组成 2 U+分压电路 ,通过 R3 对运放进行偏置；电路的电压放大倍数Av 也仅由外接电阻打算:欢迎下载精品学习资源Av1RfR4 , 电路输入电阻为R3、R4 的阻值范畴为几千欧姆到几十千欧姆，如欢迎下载精品学习资源图 3-8 示；图 8 同相沟通放大器3. 比较器电路设计单限比较器只能检测一个电平，如要检测Ui 是否处于 U1 和 U2 两个电平之间，就需采纳双限电压比较器 <又称窗口比较器）；双限电压比较器常用于工业系统掌握中，当被监测的对象 <如温度、液位）超出要求时的范畴时，便可以发出指示信号；当去掉运放的反馈电阻时, 或者说反馈电阻趋于无穷大时 即开环状态 >, 理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大 实际上是很大 , 如 LM324 运放开环放大倍数为 100dB，既 10 万倍>；此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平 <V+），就是低电平 <V-或接地）；当正输入端电压高于负输入端电压欢迎下载精品学习资源时，运放输出低电平；当 ui>U2>U1 时， A2 输出+Uosat>,A1输出为- Uosat> ， 故二极管 VD2导通， VD1截止， uo 就近似等于 + Uosat> ；当 ui<U1<U2 时， A2 输出为- Uosat> ，A1 输出为+ Uosat> ，二极管 VD2截止， VD1导通， uo 也近似等于+ Uosat> ；只有当 U1<ui<U2 时， A1 和 A2 的输出均为 - Uosat> ，二极管 VD1,VD2都截止， uo 为 0；其电压传输特性如图 10 所示；图 9 双限电压比较器双限电压比较器的电压传输特性如图10 示；U0U0max0U1U2如图 9 使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1组成分压电路，为运放 A1 设定比较电平 U1；电阻 R2、R2组成分压电路，为运放 A2 设定比较电平 U2；输入电压 U1 同时加到 A1 的正输入端和 A2 的负输入端之间， 当 Ui >U1 时，运放 A1输出高电平；当 Ui < U2 时，运放 A2输出高电平；运放A1、A2 只要有一个输出高电平，晶体管BG1就会导通，发光二极管 LED就会点亮；欢迎下载精品学习资源图 10 双限电压比较器的电压传输特性如挑选 U1>U2，就当输入电压 Ui 越出U2，U1区间范畴时， LED点亮，这便是一个电压双限指示器；如挑选 U2 > U1 ，就当输入电压在 U2， U1区间范畴时， LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器；此电路与各类传感器协作使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等；四电路仿真1. 电源电路仿真结果与分析由图上的结果可知 ,220V 沟通电压通过变压器变压后在整流后输出的电压是 31V左右的直流电压，然后在通过滤波器滤波，以及三端稳压器稳压后，输出的电压信号是4.6V 即 5V左右的电压；基本上满意我们试验的要求；2. 当有人进入的时候红外线热释电传感器采集到信号 即开关闭合 >后，表示有人闯入即发出报警信号欢迎下载精品学习资源当有人进来的时候即开关由断开到闭合，这时候产生的信号由两级放大器进行放大，放大了的信号通过比较器，最终使的LED1亮；3. 当人离开的时候红外线热释电传感器未采集到信号时 即开关断开 >，表示情形正常；当有人出去的时候即开关由闭合到断开，这时候产生的信号由两级放大器进行放大，放大了的信号通过比较器，最终使的LED12亮；五PCB布线欢迎下载精品学习资源六元件列表C1RAD0.21uC2RB.2/.41uC3RAD0.21uC4RB.2/.41u C5RB.2/.41uC6RB.2/.41uC7RB.2/.41uC8RAD0.21u C9RAD0.21uC10RB.2/.4470uFC11RAD0.310nF C12RB.2/.4470uFD1DIODE0.4IN4001D2DIODE0.4IN4001 D3DIODE0.4IN1007D4DIODE0.4IN1007D5DIODE0.4IN1007D6DIODE0.4IN10 07D7DIODE0.4J1AXIAL0.3LED1SIP2LED2SIP2 LED3SIP2LM324ADDIP8R1AXIAL0.32MR2AXIAL0.32M R3AXIAL0.32MR4AXIAL0.32MR5AXIAL0.32MR6AXIAL0.32M R7AXIAL0.32MR8AXIAL0.32MR9AXIAL0.347kR10AXIAL0.32M R11AXIAL0.32MR12AXIAL0.32MR13AXIAL0.32MR14AXIAL0.32M R15AXIAL0.3200R16AXIAL0.3200R17AXIAL0.3470R18SIP3220 T1SIP4TS_PQ4_10U1TO-3LM317KV1AXIAL0.3220V七总的原理图欢迎下载精品学习资源八参考资料1 黄继昌等编著有用报警电路人民邮电出版社，20052 胡斌编著电子线路快速识图福建科学技术出版社，20053 胡斌编著图表细说元器件及有用电路电子工业出版社，20054 魏群等编著怎样选用无线电电子元器件人民邮电出版社，20025 刘午公平编著从入门到熟知看无线电电路图国防工业出版社，20056 赵志杰编著集成电路应用识图方法机械工业出版社，20037 张爱民等编著怎样选用电子元器件中国电力出版社，20058 陈有卿编著新奇集成电路制作精选人民邮电出版社，20059 电子制作编辑部编著电子制作电子制作杂志社， 200610 电子报社编辑部编著电子报 2005 合订本电子科技高校出版社， 200511 杨磊等编著闭路电视监控系统机械工业出版社， 200312 郑仁元译编传感器应用一百例电子工业出版社， 198613 吕俊芳编著传感器接口与检测仪器电路北京航空航天高校出版社，1994欢迎下载精品学习资源七. 感想这次课设给我的最大的感觉就是自由，由于这次老师没有给我们固定题目， 而是让我们自己找自己喜爱的课题进行课设；我觉得这样的支配很好，我们这 次做的是红外线报警器，做这个课设的灵感来源于我们图书馆门口的那个检测 门，它其有用的就是这个原理；这次试验也让我们深刻的体会到了团体合作的 向心力有多大，一开头我们什么都不会，原理只是在网上查找的资料，但是真 正做起来的时候仍是觉得云里雾里的，最终我们打算相互合作，每个人都去查 找需要的资料，然后在一起探讨；每个人都说一下经过查找相关资料后自己对 这个课题的懂得，以及自己的思路，然后我们将各自的意思相互结合，共同完 成了这个课设；完成后感觉是松了口气；也为自己感到兴奋，由于这种具有具 体实物的课题讨论我们仍是第一次遇到，虽然做的不是特殊的完善，但是坚持 坐下来了，对我们来说也是一种进步与确定；电路 CAD课程设计报告设计题目：红外线报警器欢迎下载精品学习资源专业班级：电信 0903 班学号：2021001291同学姓名：李艳同组同学：郝慧琴、赵士红欢迎下载