红外报警器论文.doc

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1、西安电子科技大学模拟电子技术课程设计题 目 红外报警器 学生姓名 专业班级 11级通信工程二班 学 号 院 （系） 信息工程学院 指导教师 完成时间 2013年5月30日 目 录1 课程设计的目的12 课程设计的任务与要求12.1 设计任务12.2 设计要求13 设计方案与论证23.1 方案选择与论证23.2 红外报警器的原理24 设计原理与功能说明44.1 红外报警器原理方框图44.2 总体电路图54.3 元器件选用原理85 单元电路设计95.1 多谐振荡电路95.2 音乐芯片和扬声器106 硬件的制作与调试116.1 电烙铁的使用116.2 安装与调试127 总结13 安装与使用13参考文

2、献14附录一：元器件清单151 课程设计的目的通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子技术中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1学习红外报警器的设计方法；2研究红外报警器的设计方案；3掌握音乐芯片的原理和振荡电路的原理；4掌握三极管管脚极性的判断方法；5熟悉电烙铁的使用方法。2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务设计一个应用被动式热释电红外传感原理制成的报警器。2.2 设计要求应用热释电红外传感原理确定原件的安装方式，电阻采用卧式安装，其他元件采用立式安装。该装置利用

3、高灵敏红外探头，无需声音，无需光线，无需震动，即使漆黑夜晚，窃贼一旦进入监控范围（大约10米左右），报警器就会自动检测并发出高强度警笛报警声，可以有效吓阻入侵人员。该装置可用于仓库、办公室和其它场所作防盗器之用。3 设计方案3.1 方案选择红外防盗报警器的关键部分是红外感应装置和报警控制电路，由控制电路控制声、报警信号的产生。本报警器采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大，从而使电路发出声报警信号。正常情况下，运算放大器不工作，直到有信号时才工作，将信号放大后送入BISS0001时基电路和阻容组件组成音调振荡器，输出音频信号使扬声器发声报警。传感器采用热释传感器。

4、实现方法，可将热释传感器装在门或窗户等处。 3.2 红外线防盗报警器的基本组成红外线防盗报警系统有四部分组成：电源电路，红外线发射，红外线接收和发声装置。1电源电路该电路包括：保险管、变压器、桥式整流器、电解电容、三端稳压器。他们的功能是：保险管：当电源短路等意外情况发生时电源可自动熔断保险管；具备过流,过压保护。防止整个电路或某些芯片被烧毁。变压器：本设计采用的是12V/5W变压器，以便将220V交流市电降压到12V。桥式整流器：利用二极管的单向导电性，将交流转换为直流。电解电容：滤除电源电流中的杂波。三端稳压器：将变压器提供的12V电压变为5V电压，并稳定输出。图3-1 电源电路模块 2红

5、外线发射图3-2 红外线发射端红外线发射灯阳极接+5V电压，阴极接单片机P1口，P1口设置为输出状态，当P1口为“0”时，红外线发射灯发出红外线。3红外线接收图3-3 红外线接收端 红外线接收灯阳极接+5V电压，阴极接CC4069反相器。红外接收灯，当接收到红外光时导通，+5V电源通过红外线接收灯加到反相器CC4069的输入端，经反相为低电平。4发声装置发声装置由音乐芯片和扬声器组成。音乐芯片CK-9561是小功率大规模集成电路，采用黑胶简易封装。它可以向外输出固定存储的乐曲或模拟声信号。乐曲信号可以在报警器中作为呼叫声，而模拟声信号则可作为报警信号使用。电路包括：振荡器、抑制器、拾振器、地址

6、计数器、只读存储器和音调发生器等电路。扬声器中当有音频电流通过音圈时，音圈产生随音频电流而变化的磁场，在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥，带动纸盆振动发出声音。4 设计原理与功能说明4.1 红外报警器原理方框图多谐振荡器感应报警器感应和发声红外控制设置 图4-1 电路原理框图该电路包含四个组成部分（如图4-1所示），分别是红外控制设置，多谐振荡器，四声报警器和显示部分。用微电子技术制成的集成电路IC储存了四种声音，通过改变两个控制端的高，低电平可获得不同的声音。此电路由二个部分组成，即多谐振荡器和四声报警器。VT1,VT2主要构成多谐振荡器，通电后VD1闪光。四声报警器同样通电后，输出的报警信

7、号经VT3放大，推动扬声器工作，从而产生响亮的报警器。当人接近红外探头时，报警器接收信号，从而使报警器报警。4.2 元器件的功能说明1集成块BISS0001工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。图4-2 集成块工作原理图上图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 不可重复触发工作方式下的波形。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和

8、COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。所以，当VDD=5V时，VH=3.5V,VL=1.5V可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。图4-3 集成块工作原理图以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作

9、过程。 可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。 在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。 应用线路图。 2. 音乐芯片CK-9561是专为玩具设计生产的小功率大规模集成电路，采用黑胶简易封装。它可以向外输出固定存储的乐曲或

10、模拟声信号。乐曲信号可以在报警器中作为呼叫声，而模拟声信号则可作为报警信号使用。电路包括：振荡器、抑制器、拾振器、地址计数器、只读存储器和音调发生器等电路。触发端2 接地 输出 触发端1 电源正极 图4-4 CK-9561集成电路按照它内部固化的程序，可产生四种音响效果，即机枪声、警笛声、救护车声和消防车声。这四种声响效果就是通过它的两个触发端：SEL1、SEL2的四种组合发出的。各声音的产生如表4-1所示：表4-1 SEL1、SEL2的四种组合声响效果模拟声种类选声端SEL1选声端SEL2机枪声空VDD警车声空空救护车声VSS空消防车声VDD空 具体实现方法：将开关S1接选声端SEL1，开关

11、S2接选声端SEL2。S1可拨三个档，拨到中间档相当于悬空，其余左右两档分别接VSS(高电平)和VDD（低电平）。开关S2一端接选声端SEL2，一端接VDD（高电平）。当S2闭合时，S1调中间档，即发出机关枪声；当S2断开时，相当于S2悬空，S1分别调至三个档，即可发出警车声、救护车声、消防车声。CK-9561集成电路在使用时还需在外部连接一只电阻，用来决定内部时钟振荡频率。所选用的电阻阻值越低，振荡频率越高，所发出的声响音调也越高。在一般情况下，选用270K的电阻可兼顾四种声响。本报警器选用一只最大阻值为20K的滑动变阻器和一只250K的电阻串联，兼顾四种声响。3. 扬声器的选择及参数扬声器

12、是本电路中重要的元器件之一。它是一种能将电信号转换为声音或将声音转换为电信号的换能器件，这种器件能完成电能和声能的相互转换。 （1）扬声器的种类 扬声器种类繁多，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，所有本款报警器选用外磁式的扬声器。其组成有：纸盆、折环、音圈、盆架、防尘罩、音调、磁铁、导磁夹板、场心柱等。 （2）扬声器功率 、阻抗的选择扬声器在电路图中的符号很形象。扬声器上一般都标有标称功率和标称阻抗值。本报警器选用了功率为2W，阻抗值为4的扬声器。一般认为扬声器的口径大，标称功率也大。本报警器选用的扬声器尺寸为：32mm，H:4.5mm

13、,d：21mm。 在使用时，输入功率最好不要超过标称功率太多，以防损坏。万用表R1电阻档测试扬声器，若有咯咯声发出说明基本上能用。测出的电阻值是直流电阻值，比标称阻抗值要小，是正常现象。 （3）扬声器的工作原理当有音频电流通过音圈时，音圈产生随音频电流而变化的磁场，在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥，带动纸盆振动发出声音。4. 三极管的选用 晶体管是由两个相距很近、有一定联系的背靠背的PN结，外加电极、管壳封装而成。由于两个PN结在一定条件下，它们之间的载流子运动是相互影响的，因而它具有电流放大作用。 本报警器选用两个NPN型硅管VT1、VT2,制作时需判断三极管管脚的极性。NPN型管判断管脚

14、极性的方法是：（1）先判断基极的极性：假设晶体管的某一管脚为基极，将万用表转换开关置于电阻档“R1K”或“R100”，用万用表黑笔接触该极，用红笔分别触及剩下的两个管脚。若两次测量的电阻值都很小，则说明表内电源对晶体三极管的两个PN结是正偏，假设的管脚为基极，且该管为NPN型管。要想进一步确定两个PN结的质量，可用红笔接触该管脚，用黑笔分别触及另外两管脚，两次测得的电阻均很大（几十千欧至几百千欧），则可确认前面的判断是正确的。（2）集电极与发射极的判别：将万用表的红、黑表笔分别接触基极以外的两管脚，并准备一支100K的固定电阻。若被检测的是NPN型管，假设基极之外的任一管脚为集电极，用万用表的

15、黑表笔接触该极，用红表笔触及剩余管脚，同时用100K电阻跨接于黑表笔与基极之间，如图25所示。观察表针的读数，可获得一电阻值R1。然后交换表笔，100K电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间，同样得到又一电阻值R2。比较两次测得的阻值，若R1R2，则假设的管脚为集电极。若R1R2,则假设的管脚不是集电极而是发射集。由此可推出第三个管脚的极性。总之，用上述方法辨别（100K电阻一直跨接于黑表笔与基极之间）管脚，测得的阻值较小的一次，黑表笔对应的是集电极c，红表笔对应的则是发射极e。在测试中，如果检测者身边没有100K的电阻，也可以用潮湿的手指捏住集电极与基极之间，利用人体电阻代替100K电阻的作用，也可

16、作出相应的判断。 图4-5 用万用表测三极管的极性连接三极管时，必须满足三极管的放大条件：Je正偏UBE0，Jc反偏UBCUBUE。4.3总体电路 IC1内部的运算放大器OP1将热释红外传感器Y1的输出信号作第一次放大，然后由电解电容C7耦合给IC内部的运算放大器OP2进行第二次放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，IC1的2脚输出信号Vo驱动报警音乐芯片工作，Q2和Q3构成复合三级管用来推动扬声器发出声音。当电源开关K1在关闭位置时，电源经R1使Q饱和导通，则IC1的9脚保持为低电平，从而封锁热释红外传感器传来的触发信号Vs

17、，电路不工作。当电源开关K1开启位置时，热释红外传感器经R2处得电，处于工作状态，Q1处于截止状态使IC1的9脚保持为高电平，IC1处于工作状态。C1C2C3是电源滤波电容，LED1和R16构成电源指示电路。5 单元电路设计5.1 多谐振荡电路图5-1 多谐振荡电路多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称为矩形波发生器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。利用深度反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出，使VT1、VT2交替发光。 工作原理 1 正反馈VT1饱和瞬间，C1两端电压由正突变到接近于零，迫使VT2的基极电位VB2瞬间接近于负VC1，于是VT2可靠截

18、止。 2 第一个暂稳态 C1放电： C2充电： 翻转：当VB2随着C1放电而升高到+0.5V时，VT2开始导通，通过正反馈VT1截止，VT2饱和。 第二个暂稳态 C2放电： C1充电：不断循环往复，便形成了自激振荡，发光二级管便会交替发光。5.2 音乐芯片和扬声器图5-2 音乐芯片和扬声器电路用微电子技术集成的集成电路IC储存了四种声音：消防车、声警车、声机枪声和救护车声，通过改变两个控制端的高、低电平可获得不同的声音。四声报警器得电后输出的报警信号经过VT3的放大，推动扬声器BL工作，从而产生响亮的报警声。比标称阻抗值要小，是正常现象。 扬声器的工作原理当有音频电流通过音圈时，音圈产生随音频

19、电流而变化的磁场，在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥，带动纸盆振动发出声音6 硬件的制作与调试6.1电烙铁的使用1、焊接的注意事项良好的焊接是实验成功的重要保证；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。所以应注意以下几点： （1）电烙铁焊接音乐集成芯片的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。否则，温度过高的焊接，会烫坏音乐芯片。 （2）焊接扬声器的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“”、“”符号的一端。扬声器的下方还有两个类似焊点的地方，如果错将导线焊在那儿，扬

20、声器就会损坏，不能使用了。（3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径24mm的细管状，在管内装进松香粉。使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。（4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。正常时20W烙铁的电阻约2000，45W的为1000，75W的为600，100W的约500。电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。2、电路的连接在连接电路的时

21、候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。并在联好电路以后进行测量。即使发现问题与改正。6.2 安装与调试1元器件的测试：所有元器件均用万用表测试参数并辨别好外2元件的布局与连线走线在网孔板上根据原理图布置好元器件的位置，插入集成电路时要注意芯片的引脚位置，要求连线尽量走垂直线，尽量减少交叉点，电源线、喇叭及监控线接端口位置要合理。3焊接元件焊接时要依照由低到高的顺序焊接，导线焊接时要预先镀锡，焊接时间不要太长，以免把元件烫坏，但也不要过短，以免造成虚焊。4调试（1）用万用表逐级测量电路导通状态。（2）排除电路无误后，接入电源。（3）观察电路是否达到预期效果

22、。（4）如达不到，检查电路连接是否正确。如果不正确，修改电路使之正确。再按上述步骤进行调试，直到达到预期效果。7 总结经过两周的课程设计终于结束了。这几天，才让我认识到自己知识储备的不足。设计的过程中，遇到了许多困难，但我们努力解决。通过两周的课程设计，我学到了许多，这让我拥有了一次运用我所学模电知识的机会。 在课程设计开始阶段，遇到的问题比较多。通过查找资料，我开始渐渐了红外线报警器电路的原理，设计方法及应用。防盗报警器的种类繁多，技术含量与复杂程度也各不相同。我通过了解了各种类型的报警器电路的原理，然后开始考虑自己应该设计何种类型的报警器。考虑到我所学的知识有限，难以设计复杂的报警器电路，

23、最终决定设计通过集成块BISS0001控制的报警器电路。在设计过程中，我参考了网上的一些报警器电路及其他资料。通过设计、查找资料，我了解了一些以前未学过的元件。CL9561音乐芯片与扬声器。集成块BISS0001的工作原理。我知道了很多，也扩展了视野。我也收获很多，我了解了multisim进行仿真，虽然multisim不是很难学，但由于自己对multisim还没有熟练的掌握，仿真实验没有完成，主要是因为仿真时无法插入音乐芯片，无法插入扬声器，所以只能对后面部分电路进行仿真。虽然电路仿真实验没有成功，但是我不会放弃对multisim学习。我初步学会了设计电子电路的方法与技巧，这对我来说，是最大的

24、成就。我相信有这次设计作基础，我以后会设计出更好的电子电路。18参考文献1 杨力 文刚. 电子技术课程设计 北京 ：中国电力出版社.20092 江晓安 董秀峰. 模拟电子技术（第3版） 陕西：西安电子科技大学出版社.20083 赵淑范 王宪伟. 电子技术实验与课程设计.北京：清华大学出版社.20064 杨立.电子装接工基本技能.成都时代出版社：20075 夏路易 石宗义. 电路原理图与电路板设计教程. 北京：北京希望电子出版社.2002附录一：总体电路原理图附录二：元器件清单序号名称型号规格位号数量1集成块BISS0001IC112集成块LY110CIC213稳压管713314三极管9014Q

25、1Q225三极管8550Q316发光管3LED117热敏电阻18电阻10KR1519电阻22KR2R4R6R9R11510电阻47KR3111电阻68KR14112电阻150KR17113电阻220KR1R12214电阻470KR16R7215电阻1MR5R8216电阻2MR10R13217瓷片电容103C5C6C8C9C12518瓷片电容104C11C13219电解电容10FC10120电解电容22FC1C3C4C7C14521电解电容47FC2122电感L112023拨断开关K1124热释传感器Y1125传感器座126蜂鸣片127正负极片128开关拨件129导线430菲涅透镜131线路板120