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1、摘要随着近几年我国电子技术的不断发展，许多原先的高端电子产品也逐渐步入人们的生活。现在低廉的价格热释电红外传感器得到了很大的普及。原本用于感应门的热释电红外传感器也进入了人们的生活安全保障中。本次实验模拟设计了热释电传感器报警器。由于热释电传感器专业芯片无法购得，故采用热敏电阻替代。热敏电阻感受到的温度越高其电阻越小，光敏电阻感受到了光亮越少电阻越大。在设计的电路中通过分压使热敏电阻阻值小到一定程度，光敏电阻阻值大到一定程度时，都往CD4011与非门芯片输入高电平，此时CD4011芯片输出低电平触发555定时器，使输出一个高电平，点亮LED灯。经过分析，准备，调试后，本次的电路设计达到了课程设
2、计的要求。关键字：热敏、光敏、报警、555目录第一章 系统组成及工作原理11.1 热释电传感器报警器设计要求：11.2 系统设计方案选择11.2.1方案一：11.2.2方案二2第二章 电路设计32.1光敏电路32.2热敏电路32.3与非门电路42.4 NE555单稳态延时电路42.5 报警电路5第四章 实验调试8第五章 结论9参考文献10附录一 元件清单1112第一章 系统组成及工作原理1.1 热释电传感器报警器设计要求（1）可实现非法入侵报警；（2）使用光敏电阻控制，白天不报警，晚上自动开始工作；（3）当有人靠近时报警，热释电传感器报警，没有人靠近时不报警1.2 系统设计方案选择1.2.1方
3、案一：热释电传感器传感器报警电路主要由信号探测电路、开关电路、信号控制电路和报警电路等几部分组成。其系统框图如图1.2.1所示。信号探测电路NE555集成电路与非门电路光控电路报警电路图1.2.1 系统框图 该方案使用热释电传感器作热控，当有人经过时，其可视为一1mV，1Hz的小电源，经过二级放大及二极管得到一低电平触发555电路使LED发光，但在调试中发现在没有专业芯片过滤放大的情况下，热释电传感器受干扰严重，且无法达到放大效果，故弃置不用。1.2.2方案二 光敏电路：此电路主要由一个定值电阻（2k）及光敏电阻组成，两个电阻串联接于5V直流稳压电源上（顺序依次为VCC-定值电阻-A脚输出电压
4、-光敏电阻-接地），在两个电阻中间接与门芯片的输入端A端。热敏电路：此电路主要由一个定值电阻（10k）及热敏电阻组成，两个电阻串联接于5V直流稳压电源上（顺序依次为VCC-热敏电阻-B脚输出电压-定值电阻-接地），在两个电阻之间接与门芯片的另一个输入端B端。与非门电路：此电路主要有一个与门芯片74LS08和一个非门芯片74LS04组成。NE555集成电路：其主要由一个芯片及电容、电阻组成，电容与电阻并联起到一个延时作用，延长LED灯亮的时间。报警电路：主要组成部分为LED灯，三极管，以及电阻。从NE555中输出的信号可经三极管放大，而电阻的高阻值则保证LED灯正常工作。NE555集成电路与非门
5、电路光敏电路报警电路热敏电路图1.2.2 整体方框图方案二是方案一的改版。使用热敏电阻及实验电源代替热释电传感器，并加入了光控。本电路分为三个部分：热敏电阻和光敏电阻的压降电路（仿真时用R1电位器代替热敏电阻、用R4电位器代替光敏电阻）、与非门控制电路和555单稳态触发电路，不需要放大且易于调控，实用度高于一，故选择此方案。第二章 电路设计2.1光敏电路图2.1 光敏电路光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测
6、量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子 空穴对，增强导电能力。2.2热敏电路图2.2 热敏电路图是对温度特别敏感的阻抗体根据温度变化阻值也变大的半导体。热敏电阻是金属氧化物的种类，在高温下烤出来的高品质陶瓷半导体，适用于常温。因为形状小，特性稳定，高感应部件，所以一般用于家电及产业机械温度感应器或温度补偿用部品。其输出电压为（式2-3）所以，当温度升高，热敏电阻的阻值降低时，其两端电压减小。2.3 与非门电路 图2.3 与非门电路74LS08是2输入四正与门集成电路芯片。当且
7、仅当两个输入端均输入高电平时，输出端才输出高电平。74LS04是6非门(反相器)集成电路芯片，他的工作电压5V，内部含有6个反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0。2.4NE555单稳态延时电路图2.4 555NE555单稳态延时电路NE555时基电路的报警电路的作用是通过555时基电路来确定设计所需的报警声。具体原理及其部分参数的确定是当前的信号经过三极管进入时基电路，作用于此电路，而这时报警电路就开始工作，从而达到报警的目的。2.5 报警电路当NE555管脚通过控制输出高低高平，实现发光二极管的放光和熄灭。电源采用5V电压驱动NE555集成电路及报警电路。第三章电路仿真图3.1 电路
8、仿真图本电路分为三个部分组成：由热敏电阻和光敏电阻组成的压降电路，与非门控制电路（由74LS04和74LS08组成与非门）和555单稳态触发电路。由于在用multisim软件仿真时，无法引入相关光学和热学元件，所以仿真时用电位器R1代替热敏电阻、用电位器R2代替光敏电阻。当光敏电阻及热敏电阻阻值发生变化时，在仿真中改变相应滑动变阻器，可用仿真万用表观察到与非门输入端变化。当两端电压皆大于2.5V时，可在输出端测出0电平，LED发光。图3.2仿真成功时输入端1的电压图3.3仿真成功时输入端2的电压图3.4仿真成功时输出端的电压第四章 实验调试1. 找到需要的原件，按照电路焊到板上后，接上5V实验
9、室电源，人靠近，LED未亮，便认为不够灵敏，将手指放在透镜上，LED依然未亮。2. 断开放大电路输出端，直接加电压，LED亮，随调大放大倍数，LED依然未亮。3. 多次调大放大倍数，感应时LED依然未亮，上网查询发现需要专业芯片，决定更换电路。4. 找到需要的原件，按照电路焊到板上后，接上5V实验室电源，遮住光敏电阻，加热热敏电阻，LED未亮，遂测非门输出端，发现为高电平，再测与门输入端，发现热控部分电压不足，于是减小热控部分固定电阻，将20K改为10K，灯亮。5. 去掉遮光布，使光敏电阻暴露于光下，灯未灭，再测与门输入端，发现光控部分电压不足，于是加大光控部分固定电阻，分别使用2,5,10,
10、20K，但效果不明显，于是决定交换光敏电阻与固定电阻位置，情况得到改观，但依然不明显。6. 警报灯亮灯时间不够快。这个是555芯片本身性质所带来的结果。经过多次调整了电容和电阻的数据，使其工作时间接近理想。7. 至此实验结束，达到预期目标。仅存在感光不灵敏的问题。第五章 结论5.1 实验结果打开电源开关之后，LED仅在高温，黑暗两项条件都达成使发光，当任意一项不再满足后，小灯依然持续亮12秒后熄灭。5.2 实验结论本次课设虽然最后成功了，人靠近LED灯就会发出警报，但是极度不灵敏了，要距离很近且时间很长才会触发报警，这与热敏电阻的特性及固定电阻大小有关，可将固定电阻换为电位计，这样既可调整电路
11、工作温度。但因时间因素并未实现。另一方面，在条件允许下，可将热敏电阻电路换为热释电传感器及菲捏尔透镜组成的红外感应电路，发出信号经过放大变为2.5V，这样亦可触发报警电路，且灵敏程度远高于该方案，这也是本次课设的原方案，苦于条件不足无法实现。参考文献1.王元庆新型传感器技术及应用M.北京：机械工业出版社，2003.72.王振红.张常年.电子技术基础实验及综合设计M.北京：机械工业出版社，2007.33.刘笃仁.传感器原理及应用技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2003.4.王远.模拟电子技术基础学习指导书M.北京：清华大学出版社，1998附录一 元件清单光敏电阻CDS 一个NTC负温度系数热敏电阻 一个74LS08N 一个74L S04N 一个555计时器 一个 10uf电容 一个0.1uf电容 一个10千欧电阻 三个100欧电阻 一个2千欧电阻 一个9014三极管 一个