红外线防盗报警器设计.doc
《红外线防盗报警器设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《红外线防盗报警器设计.doc(31页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、 本科生毕业设计(论文)红外线防盗报警器设计目 录摘 要IV第1章 绪论61.1 电路设计背景61.2 红外报警器分类及原理61.3 热释电红外传感器的原理特性71.4 设计意义及要求8第2章 电路组成及框图9第3章 单元电路设计103.1 电源电路设计103.1.1 整流滤波电路103.1.2 稳压电路123.2 放大电路的设计133.2.1 反相交流放大器133.2.2 同相交流放大器143. 3 比较器电路设计14第4章 整机电路及工作原理17第5章 电路制作及调试195.1 电路仿真195.1.1 Multisim仿真软件介绍195.1.2 Protel 99SE PCB软件介绍205
2、.1.3 仿真与验证215.2 电路的制作与调试225.2.1 元件介绍225.2.2 集成运放的基础知识255.2.3 集成电路的检测265.2.4 元器件的测试与筛选275.2.5 元器件的焊接要点275.2.6 烙铁使用的注意事项275.2.7 电路测试28总 结29参考文献30附录1 原理图31附录2 PCB布线图32附录3 PCB三维图33附录4 实物图34附录5 元件明细表35摘 要通过介绍热释红外传感器的工作原理,给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中,从而实现了防盗报警功能,达到了安全防护之目的。该报警器能探测人体
3、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。关键词:被动式红外报警器;热释电红外(PIR);传感器;热释电效应;菲涅尔透镜第1章 绪论1.1 电路设计背景近年来,随着改革开放的深入发展,电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物
4、品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强,造成偷盗现象屡见不鲜。因此,越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器,必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用,此外,在电子防盗、人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。红外报警器
5、大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器,红外线声光报警器。其外,可用红外报警器原理控制各种电器的运行。1.2 红外报警器分类及原理 红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警,主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成,发射机是由电源、发光源和光学系统组成,接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动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
6、束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.80.95微米之间),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。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多,最大的优点就是防范距离远,能达到被动红外的十倍以上探测距离。被动红外报警器主要是根据外界红外能量
7、的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别,当人通过探测区域时,报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化,进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温,一般在37度左右,会发出特定波长10m左右的红外线,被动红外报警器就是靠探测人体发射的10m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10m左右的红外线通过菲涅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。被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的,所以热释电元件对波长为10m左右的红外辐射必须非常敏感。为了仅仅对人
8、体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。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,于是报警器无信号输出。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。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点:1. 不需要用红外线或电磁波等发射源。2. 灵敏度高、控制范围大。3. 隐蔽性好,可流动安装。1.3 热释电红外传感
9、器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104M,故引入的N沟道结型场
10、效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正、负极性的。双探测元热释电红外传感器的结构。使用时D端接电源正极,G端接电源负极,S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射,热释电传感器通过
11、安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0220m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。1.4 设计意义及要求通过对红外线报警器系统的设计与分析,用集成运放LM324、红外传感器、二极管等器件设计电路,可监视几米到几十米范围内运动的人体,当有人在该范围走动时发出报警信号。并且运用multisim软件对电路进行仿真和Protel 99se软件画原理图以及制作
12、电路板,制作实物并调试、展示功能。第2章 电路组成及框图随着电子技术的飞速发展和日益普及,电子报警器已经在各企业事业单位和人们的日常生活中得到广泛的应用,红外线报警器可监视几米到几十米范围内移动的人体,当有人在该范围内走动时,发出报警。其电路的组成框图如图2-1所示。比较器传感器电源基准电压指示电路放大滤波图2-1 报警器电路的组成图1电源:通过交流电经变压器的变压、桥式二极管的整流、电容的滤波、稳压器的稳压得到5V的直流电压。2传感器: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。3放大滤波: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
13、用。4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作为参考电压(U1U2)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。第3章 单元电路设计3.1 电源电路设计直流电源(DC power)有正、负两个电极,当两个电极与电路连通后,能够使电路两端之间维持恒定的电位差,从而在外电路中形成由正极到负极的电流来为电路工作提供能量。在设计采用的是5V的芯片,所以电路设计为5V的电源。3.1.1 整流滤波电路1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3-1(a)所示,pn结具有单向导电的特性,常用符号表示如图3-1(b
14、)。图3-1 二极管的pn结构及符号图3-2 二极管的特性曲线当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3-2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3-3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
15、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。如果将RL两端接入示波器会观察到如图3-4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3-3所示。图3-3 桥式整流图3-4 交流、整流及滤波波形2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(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,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体
16、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3-3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。接入交流电源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迅速被充到交流电压的最大值Umax。此时二极管的电压始终小于或等于0,故二极管均截止,电容不可能放电,故输出电压恒为Umax。综上所述,交流电通过整流、滤波可以变
17、成直流电,这就是一般稳压电源的基本原理。3.1.2 稳压电路LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的输入最同电压为30多伏,输出电压1.5-32V电流1.5A不过在用的时候要注意功耗问题注意散热问题。LM317有三个引脚,一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压,输出引脚接负载, 电压调节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。图3-5 稳压电路图典型线性调整率0.01%,典型负载调整率0.1%。80dB 纹波抑制比,输出短路保护,过流、过热保护,调整管安全工作区保护,标准三端晶体管封装
18、。稳压电路的原理图如图3-5所示。当外部电容应用于任何集成电路稳压时,有时必须加保护二极管以防止电容在低电流点向稳压器放电,LM317的引脚如图3-6所示。图3-6 LM317引脚如图3-6所示1脚为调节脚、2脚为输出脚、3脚为输入脚,其中2脚与散热片的表面是连接的。电源指示电路是由一个发光二极管构成,利用发光二极管的发光作用,指示电路的工作情况,当发光时说明电路正常工作,不发光时说明电路不工作,如果电路电流过大会把发光二极管烧毁这是就可以检查电源电路是否用开路或者短路的情况。电源指示电路如图3-5所示。3.2 放大电路的设计3.2.1 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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 红外线 防盗 报警器 设计
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4145768.html