2022年电路CAD课程设计方案红外线报警器 2.pdf

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1、1 / 15 目录一 . 摘要 2 二 . 工作原理 2 1.基本原理 2 2. 电路说明 2 三 . 单元电路设计 3 1. 电源部分的设计 3 a) . 整流电路 3 b) . 滤波电路 5 c) . 稳压电路 5 2. 放大器电路的设计6 a) . 反相交流放大器 6 b) . 正相交流放大器 7 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 15 页2 / 15 3. 比较器电路的设计 7 四 . 电路仿真 9 1. 电源电路仿真结果10 2. 当有人进入的时候10 3. 当人离开的时候 10 五 . PCB布线 12 六 .

2、 总的原理图 13 七 . 参考文献 14 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、实验室等比较重要场合防盗报警。概述了红外辐射的知识、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很多的优点, 在防盗、警戒等装置中应用较广。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精选

3、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 15 页3 / 15 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控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，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，控制器发出的报警信号。2. 电路说明1)具体图示如下所示：图 1 2)说明电源部分 ：电源首先

4、接入的是220V 的交流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 ：这里采用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 U2 ）与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况三单元电路设计比较器红外线传感器放大电路报警电路电源部分精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

5、 3 页，共 15 页4 / 15 1. 电源部分的设计：a)整流电路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）。图 2 二极管的 pn 结构及符号图 3 二极管的特性曲线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 15 页5 / 15 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

6、层变厚，形成极小的反向电流，表现为反向电阻非常大。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，可将交流电变成脉冲直流电，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：当交流电为正半周时，M 点电压高于 N点电压， D2、D4截止，而 D2 、D5导通，电流将从交流电源依次通过D2、RL 、D5回到电源；当交流电为负半周时，N 点电压高于 M点电压， D2 、D5截止，而 D3 、D4 导通，电流将从交流电源依次通过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随交流电的起伏而波动。如果

7、将 RL两端接入示波器会观察到如图5 的整流波形。整流电路是把交流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。图 4 桥式整流V1220 Vrms 50 Hz 0T1TS_PQ4_10D31N4007D41N4007D51N4007D61N40071142728210精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 15 页6 / 15 图 5 交流、整流及滤波波形b)滤波电路电容或电容量 , Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为 C，国际单位是法拉 在输出引脚 , 另

8、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 15 页7 / 15 图 6 稳压电路图2. 放大器电路的设计a)反相交流放大器此放大器可代替晶体管进行交流放大, 可用于扩音机前置放大等, 电路无需调试。图 7 反相交流放大器放大器采用单电源供电 , 由 R1、R2组成21U+ 偏置,C1 是消振电容。如图3-7所示：放大器电压放大倍数Av 仅由外接电阻Ri、Rf 决定:RiRfAv。负号表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LED

9、3C10470uFC11100uFC1210nFR15200R16200R17470R18220Key=A50%U5LM317KLINEVREGCOMMONVOLTAGED71N400724252226230精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 15 页8 / 15 Ri。一般情况下先取Ri 与信号源内阻相等 , 然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和 Ci 为耦合电容。b)同相交流放大器同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1 、R2 组成21U+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

10、电阻决定:41RRfAv, 电路输入电阻为R3 、R4 的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆，如图 3-8 示。图 8 同相交流放大器3.比较器电路设计单限比较器只能检测一个电平，若要检测Ui 是否处于 U1和 U2两个电平之间，则需采用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控制中，当被监测的对象, 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 U2U1 时，A2 输出+Uo(sat,A1 输出为 - Uo(sat ，故二极管 VD

11、2导通， VD1截止， uo 则近似等于 + Uo(sat ；当 uiU1 ，A1输出为 + Uo(sat ，二极管 VD2截止， VD1导通， uo 也近似等于 + Uo(sat ；只有当 U1ui ，二极管 VD1,VD2都截止， uo 为 0。其电压传输特性如图10 所示。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 ，则当输入电压Ui 越出

12、U2，U1区间范围时， LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2 U1，则当输入电压在 U2，U1区间范围时， LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，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 交流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。基本上满足我们实验的要求。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精选学

13、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 15 页11 / 15 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，最后使的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 ，表示情况正常。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，最后使的LED12亮。五PCB布线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 15 页12 / 15 六元件列

14、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 D3DIODE0.4IN1007D4DIODE0.4IN1007D5DIODE0.4IN1007D6DIODE0.4IN1007D7DIODE0.4J1AXIAL0.3LED1SIP2LED2SIP2 LED3SIP2LM324ADDIP8R1AXI

15、AL0.32MR2AXIAL0.32M R3AXIAL0.32MR4AXIAL0.32MR5AXIAL0.32MR6AXIAL0.32M R7AXIAL0.32MR8AXIAL0.32MR9AXIAL0.347kR10AXIAL0.32M R11AXIAL0.32MR12AXIAL0.32MR13AXIAL0.32MR14AXIAL0.32M R15AXIAL0.3200R16AXIAL0.3200R17AXIAL0.3470R18SIP3220 T1SIP4TS_PQ4_10U1TO-3LM317KV1AXIAL0.3220V 七总的原理图精选学习资料 - - - - - - - - - 名

16、师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 15 页13 / 15 八参考资料1 黄继昌等编著实用报警电路人民邮电出版社，2005 2 胡斌编著电子线路快速识图福建科学技术出版社，2005 3 胡斌编著图表细说元器件及实用电路电子工业出版社，2005 4 魏群等编著怎样选用无线电电子元器件人民邮电出版社，2002 5 刘午平等编著从入门到精通看无线电电路图国防工业出版社，2005 6 赵志杰编著集成电路应用识图方法机械工业出版社，2003 7 张爱民等编著怎样选用电子元器件中国电力出版社，2005 8 陈有卿编著新颖集成电路制作精选人民邮电出版社，2005 9 电子制作编辑部编著电

17、子制作电子制作杂志社，2006 10 电子报社编辑部编著电子报2005 合订本电子科技大学出版社，2005 11 杨磊等编著闭路电视监控系统机械工业出版社，2003 12 郑仁元译编传感器应用一百例电子工业出版社，1986 13 吕俊芳编著传感器接口与检测仪器电路北京航空航天大学出版社，1994 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 15 页14 / 15 七. 感想这次课设给我的最大的感觉就是自由，因为这次老师没有给我们固定题目，而是让我们自己找自己喜欢的课题进行课设。我觉得这样的安排很好，我们这次做的是红外线报警器，做这

18、个课设的灵感来源于我们图书馆门口的那个检测门，它其实用的就是这个原理。这次实验也让我们深刻的体会到了团体合作的向心力有多大，一开始我们什么都不会，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，最后我们决定相互合作，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理解，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。也为自己感到高兴，因为这种具有具体实物的课题研究我们还是第一次碰到，虽然做的不是特别的完美，但是坚持坐下来了，对我们来说也是一种进步与肯定。电路 CAD 课程设计报告设计题目：红外线报警器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 15 页15 / 15 专业班级：电信 0903 班学号： 2009001291 学生姓名：李艳同组学生：郝慧琴、赵士红精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 15 页