应用电子专业毕业设计论文人体红外线感应报警电路分析.doc

咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文咸阳职业技术学院电子信息系毕业论文人体红外线感应报警电路分析学生姓名： 学 号： 专 业： 应用电子技术年 级： 指导老师： 内容摘要：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,在防盗等装置中应用较广。科技发展至今，给我们的生活带来了极大的便利，尤其是计算机的出现给人们的生活带来了质的飞跃，可以说计算机的应用已经渗透到了我们生活的各个方面，如今计算机视觉的研究如火如荼，而人体动作包含了大量的信息，对人体动作的检测识别也已经成为当前的热门方向之一，如果能够准确的识别人体的动作，这将有非常大的潜力和广泛的应用空间，在安防，人机交互，智能家居系统、运动捕捉系统等领域人体动作的检测识别有着非常大的应用前景，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、延时电路和音响报警电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，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、警戒等装置中较广。关键词：红外线； 热释电效应 ；菲涅尔透镜 目录内容摘要：II引言：V第一章 绪论71.1设计概述71.2 设计背景71.3 设计要求71.4 设计意义8第二章 系统方案设计与研究92.1设计过程92.2方案选定9第三章 红外线传感器概述103.1 红外线传感器103.2 红外线传感器的特点103.3 主要特性10第四章 LM358芯片114.1 LM358概述114.2 芯片特点114.3电气特性114.5 典型电路12第五章 LM393芯片135.1 LM393概述135.2 芯片特点135.3 电气特性135.4 典型电路14第六章 电路设计146.1红外线传感器146.2 信号放大电路156.3 电压比较器166.4 音响报警电路176.5 延时电路176.5 12V电源电路186.6 红外线感应报警电路19第七章 总结与展望19致 谢21参考文献22附录1 元件清单22附录2 电路原理图24引言：随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以用于较大规模住宅区的防盗系统。它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接。利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。在科技日益发展的今天，防盗的概念已经发生根本的变化，传统的人防由于人的弱点(偷懒、打瞌睡、疏忽)及投资回报等问题，已渐由技防所取代。一个电子防盗系统可以包括移动探测器、门磁探测器、玻璃破碎探测器、振动探测器、烟雾探测器、紧急按键等各种探测器，从多个方面保护您的安全。在系统布防时，上述各种探头探测到任何异动，如有人进入房间，或打破玻璃，或撬门，或企图破坏保险箱，甚至翻越围墙等，都将会发出声光警报，提醒人们的注意与行动，从而有效地保护了人民的生命财产的安全。 本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。第 V 页 共 26 页咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文第一章 绪论1.1设计概述本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应用。课题利用LM386功放、LM393比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成的典型电路。总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。探测发射电路通过热释红外线探测报警器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、延时和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号，再利用幅度调制将信号发射出去；而接收报警部分则是利用短波调幅收音机进行接收，从而达到无线报警的目的。 由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。 1.2 设计背景该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。随着时代的不断进步，人们对自己所处的环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，有效的保证了居民的人身和财产的安全。但是由于大部分报警系统采用的是有线信道，这给系统安装、维护和抗干扰都带来了不利的一面。而采用无线信道的报警系统，可以做到安装和维护变得更为方便，隐蔽性更好，不易被发现而被破坏，且抗干扰能力更强。由于红外线是不可见光，所以有很好的隐蔽性。因此红外无线用在防盗报警系统中将使报警系统更隐蔽，更可靠，更安全。1.3 设计要求1熟悉电路的工作原理；2掌握该电路中元器件的识别方法；3掌握电路的调试方法；4熟悉电路简单的故障分析方法；5论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。1.4 设计意义通过红外声光报警器的设计，加深对报警电路的了解，学会一些红外声光的一些报警原理及应用。 加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。第 26 页 共 26 页咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文第二章 系统方案设计与研究2.1设计过程整个电路设计可分为以下几个单元电路：红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等。2.2方案选定人体红外线感应报警器电路是由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。第三章 红外线传感器概述3.1 红外线传感器红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。3.2 红外线传感器的特点红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。3.3 主要特性 l 高灵敏度：400°C/750°F或 250°C / 480 °F l 红外光谱： 1至 3 µm l 由自监测功能实现数字式控制 l 无需光学调整 l 使用维护方便 l 专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中(IP66) l 设有空气吹扫装置和水冷却系统 l 提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆 第四章 LM358芯片4.1 LM358概述LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。4.2 芯片特点l 内部频率补偿。 l 直流电压增益高(约100dB) 。 l 单位增益频带宽(约1MHz) 。 l 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V) 。 l 低功耗电流，适合于电池供电。 l 低输入偏流。 l 低输入失调电压和失调电流。 l 共模输入电压范围宽，包括接地。 l 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 l 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 4.3电气特性l 输入偏置电流45 nAl 输入失调电流50 nAl 输入失调电压2.9mVl 输入共模电压最大值VCC1.5 Vl 共模抑制比80dBl 电源抑制比100dB l 8脚:电源VCCl 4脚:接地l 1、7脚：输出端l 3、5脚：同相输入端l 2、6脚：反相输入端4.5 典型电路咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文第五章 LM393芯片5.1 LM393概述LM393 为双电压比较器，LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。5.2 芯片特点l 工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V，双电源:±1±18V；l 消耗电流小，Icc=0.8mA；l 输入失调电压小，VIO=±2mV；l 共模输入电压范围宽，Vic=0Vcc-1.5V；l 输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；l 输出可以用开路集电极连接“或”门；5.3 电气特性l 8 脚：电源l 4 脚：电源l 1 脚：比较器 A 输出l 2脚：比较器 A 反相输入l 3 脚：比较器 A 同向输入l 5 脚：比较器 B 同向输入l 6 脚：比较器 B 反相输入l 7 脚：比较器B输出。5.4 典型电路第六章 电路设计6.1红外线传感器红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为910um。一般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。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。6.2 信号放大电路 图1信号放大电路如图1，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由 IC2A脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。6.3 电压比较器 图2电压比较器如图2，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A脚输出的信号电压到达IC2B的脚时，两个输入端的电压进行比较， 此时IC2B的脚由原来的高电平变为低电平。6.4 音响报警电路 图3如图3，IC4A LM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B的脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的脚变为低电平它与IC4的脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC2B的脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变， 故通过R14向 C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。 6.5 延时电路图4如图4，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用912V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3-78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。6.5 12V电源电路由功率为12V 5W的变压器，电桥等组成，为报警电路提供12V的电压源。 如图5 6.6 红外线感应报警电路 图 66.7 红外线感应报警电路原理该红外该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要的场合进行防盗报警。该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射的红外线信号时，由IC1的脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，在经过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益，低噪声放大，此时由IC2脚输出的电信号已足够强。IC3做电压比较器，它的第脚由R10,VD1提供基准电压，当IC2脚输出的信号电压到达IC3的脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC2脚由原来的高电平变为低电平，IC1为报警延时电路，R11和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC3得脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC1的脚变为低电平，它与IC3的脚基准电压进行比较，当它低于基准电压时，IC4的脚变为高电平，VT2导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC3的脚又恢复高电平输出，此时VD2截止，由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于基准电压时，IC4的脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电产生误报。 该装置采用9-12V直流电源供电，由T降压全桥20U整6流，C10滤波，检测电路采用IC578L06供电，本装置交直流两用，自动无间断转换。第七章 总结与展望把论文结束的瞬间，心里面非常高兴，在写论文的期间，不会的或模糊不清的拿着书本翻阅资料，不懂的会追根究底，虽然没有那么多的时间将问题深思熟虑，考的不周全，学习的感觉很棒，吸收知识很充实。经过这段时间的打理，毕业设计总归完成了。我喜欢设计，这是我三年大学生活对我作出的努力的体现。就这样，我是积极地去做我的毕业设计。本设计中所阐述的仅仅是一种简易的红外线感应报警器电路设计。我是一个追求创新的人，大学里我一半的学习成果来自于课堂，另一半来自于我的课外阅读，我喜欢阅读，在学校里，单片机， Photoshop,Protel电路分析等，总结下来，我自学的只是一点皮毛，肤浅的东西。本来还兴奋的思考着，工作两年以后再好好学习一下其他的东西，现在觉得有点天方夜谭了，上班后时间都是很很宝贵的，仅有的一点时间估计都用来补充睡眠了，呵呵，下面还是谈谈设计吧。 总之，不论工作还是学习，都要理论联系实际，运用相关的理论知识，实践是检测理论的最好办法，通过对电路原理的介绍和探究，得出其制作方案与实践应用原理，并重点研究了其相关的核心技术和应用理论。相信，在现实生活中该理论一定能得到很好的应用和更为广阔的发展。一开始做毕业设计时那才叫新鲜啊，所以我很积极，课题刚一下来，我兴奋的，去网上搜了一篇，结果太复杂了还有就是觉得毕业设计这辈子也就一次，下载别人的自己什么都没有学到，所以我就自己写，我完成了第一篇自己的论文，唉，可惜，含金量太低，太老套，没有创新的观点，所以我选择放弃这一个版本，之后我便开始追求我所谓的创新毕业设计，也就是在课题的基础上发挥一下，呵呵。还有，就是之前觉得吧，毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，只要有点专业基础就会很简单，但现在才发现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，同时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，而自己需要学习的东西还有很多。在毕业设计过程中，我也上网查阅了许多资料，掌握了科技文献的检索方法，大大提高了自己获得新知识，新信息的能力。我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。反过来，分析调试过中的得失，能加深对理论的理解。我也将许多遗忘的知识又给温习了。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。 本课题在选题及研究过程中得到张江红老师的悉心指导和同学们的热心帮助。张老师为我指点迷津，帮助我开拓思路使我可以顺利完成设计。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！致 谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业。人最宝贵的年华有几个三年，在这里我度过了让我真正成长成熟的三年，记得刚进学校是我是多么的无助与陌生，三年的大学生活使我变的成熟，坚强和独立。感谢我的所有任课老师，他们严谨细致、认真讲解，他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。三年的大学生活中，它们不管在生活还是学习上都给我很大的帮助，让我从腼腆的小女孩变成能独立面对社会的毕业生。我们高电0801班可能是比较特殊的班级吧，辅导员经常换，顺序依次为柴明老师，史晶老师，张颖老师和庞成老师，我觉得很幸运能拥有这么多的辅导员老师，他们每个对我们的影响都很大，他们尽职尽职责管理着我们这个班，照顾着我们，在这里借这个机会对所有的代课老师致以最诚挚的感谢，他们不仅是我的老师，更是我的益友，在我的三年大学生活中他不仅给予我们学习上的帮助还给我生活上很多帮助，锻炼我的各方面能力，使我步入社会时能很快很好的融入。感谢在我平时学习中给我很大帮助的老师们，他们渊博的知识，严谨的治学，让我不仅学到了扎实的专业知识，还教会了我如何做人，面对问题养成了沉着冷静，努力解决。上班了，面对自己不熟悉的环境，我要适应，上班了没有很多的时间看书，更没有多少时间来做毕业设计，在我现在做这个设计时，我还没有离开学校，很多知识我们还没忘掉，在这里我要感谢张江红老师，在百忙之中抽出时间辅导我，帮助我做毕业设计辅导，使我节省和很多时间，顺利完成毕业设计。最后要感谢的是我的父母，因他们的给予我才能在这校园里完成我的大学梦想，使我的人生阅历提高，增长见识，提高了自己个方面的素质和涵养。也要感谢我的同学。，因为我们团结我们才能高效的完成毕业设计。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文参考文献【1】李平、李亚荣、关天民.ISD1420的高响度语音电路设计.大连交通大学,2005.1【2】唐明道.杨林武.ISD1420单片语音录放电路应用.电子技术杂志1998【3】沈任元，吴勇，模拟电子技术基础，机械工业出版社，2003.1 【4】沈任元，吴勇，数字电子技术基础，机械工业出版社，2003.1【5】沈任元，吴勇，常用电子元器件简明手册，机械工业出版社，1997.3【6】陈梓城，电子技术实训，机械工业出版社1999.7【7】吴运昌，摸拟集成电路原理与应用，华南里工大学出版社，2002.8【8】黄继昌，实用报警电路，人民邮电出版社附录1 元件清单编号名称型号数量编号名称型号数量R1电阻47K1C10电解电容470u/25V1R2电阻1M1C11涤纶电容0.1u1R3电阻1K1VD1-VD5整流二极管IN40015R4电阻4.7K1U全桥2A/50V1R5、R6、R9、R12、R13、R15电阻100K6VT1晶体三极管90141R7、R10、R11、R17电阻10K4VT2晶体三极管MPSA131R8、R16电阻300K2VT3晶体三极管80501R14电阻470K1IC1红外线传感器Q741R18电阻2.4K1IC2运算放大器LM3581R19电阻2201IC3比较器LM3931R20电阻560K1IC4三端稳压器78L061C1、C2、C6、C8、C9电解电容47u/16V5BL电磁讯响器U=12V1C3、C5电解电容22u/16V2T电源变压器12V 5W1C4涤纶电容0.01u1S钮子开关1C7电解电容220u/16V1附录2 电路原理图