【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波的基本原理：電容 C 兩端的初始電壓為 0。接入交流電源 U 后，當(dāng) U為正半周時(shí)， D D5 導(dǎo)通， U通過(guò) D D5 對(duì)電容充電；當(dāng) U為負(fù)半周時(shí)， DD4 導(dǎo)通， U 通過(guò) D D4 對(duì)電容充電。由于充電回路等效電阻很小，所以充電很快，電容 C 迅速被充到交流電壓的最大值 Umax。此時(shí)二極管的電壓始終小于或等于 0，故二極管均截止，電容不可能放電，故輸出電壓恒為 Umax。 綜上所述，交流電通過(guò)整流、濾波可以變成直流電，這就是一般穩(wěn)壓電源的基本原理。 穩(wěn)壓電路 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 LM317 的輸入最同電壓為 30 多伏，輸出電壓 不過(guò)在用的時(shí)候要注意 功耗問(wèn)題注意散熱問(wèn)題。 LM317 有三個(gè)引腳，一個(gè)輸入一個(gè)輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)。輸無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 11 入引腳輸入正電壓 ,輸出引腳接負(fù)載 , 電壓調(diào)節(jié)引腳一個(gè)引腳接電阻 (200 左右 )在輸出引腳 ,另一個(gè)接可調(diào)電阻 (幾 K)接于地。輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容。 圖 35：穩(wěn)壓電路圖 典型線(xiàn)性調(diào)整率 %，典型負(fù)載調(diào)整率 %。 80dB 紋波抑制比，輸出短路保護(hù)，過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。穩(wěn)壓電路的原理圖如圖 35 所示。當(dāng)外部電容應(yīng)用于任何集成電路穩(wěn)壓時(shí)，有時(shí)必須加保護(hù)二極管以防止電容在低電流點(diǎn)向穩(wěn) 壓器放電， LM317 的引腳如圖 36 所示。 圖 36： LM317 引腳 如圖 36 所示 1 腳為調(diào)節(jié)腳、 2 腳為輸出腳、 3 腳為輸入腳，其中 2 腳與散熱片的表面是連接的。 電源指示電路是由一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的發(fā)光作用，指示電路的工作情況，當(dāng)發(fā)光時(shí)說(shuō)明電路正常工作，不發(fā)光時(shí)說(shuō)明電路不工作，如果電路電流過(guò)大會(huì)把發(fā)光二極管燒毀這是就可以檢查電源電路是否用開(kāi)路或者短路的情況。電源指示電路如圖 35 所示。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 12 放大電路的設(shè)計(jì) 反相交流放大器 此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大 ,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放 大等 ,電路無(wú)需調(diào)試。 圖 37：反相交流放大器 放大器采用單電源供電 ,由 R R2 組成 21 U+偏置 ,C1 是消振電容。如圖 37所示：放大器電壓放大倍數(shù) Av 僅由外接電阻 Ri、 Rf決定 : RiRfAv ?? 。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。按圖中所給數(shù)值 ,Av=10。此電路輸入電阻為 Ri。一般情況下先取 Ri 與信號(hào)源內(nèi)阻相等 ,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf。 Co和 Ci 為耦合電容。 同相交流放大器 同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的 R R2 組成 21 U+分壓電路 ,通過(guò) R3 對(duì)運(yùn)放進(jìn)行偏置。電路的電壓放大倍數(shù) Av 也僅由外接電阻決定 : 41 RRfAv ?? ,電路輸入電阻為 R R4 的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆，如圖 38 示。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 13 圖 38:：同相交流放大器無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 14 第四章 整機(jī)電路及工作原理 通過(guò)對(duì)電路的分析設(shè)計(jì)完成了整機(jī)電路的總體設(shè)計(jì)原理圖如附錄 1 所示其中包括電源部分和報(bào)警電路部分，電源部分主要是通過(guò)對(duì)交流電的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓輸出一個(gè) +5V的直流電壓為后面的報(bào)警電路的正常工作提供電壓；報(bào)警電路主要是由熱釋電紅外傳感器、 LM324 集成運(yùn)算放大器、發(fā)光二極管、電阻電容構(gòu)成。傳感器主要的工作就是把采集到的人體紅外線(xiàn)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由于此時(shí)的電壓比較微弱所以要經(jīng)過(guò) LM324 的放大后的電壓輸入到電壓比較器進(jìn)行比較來(lái)控制相應(yīng)的發(fā)光二極管指示燈工作。下面是報(bào)警電路的工作流程與及電路的參數(shù)計(jì)算過(guò)程 : 在電路中采用 KP506B 型熱釋電人體紅外線(xiàn)傳感器，當(dāng)人體進(jìn)入該傳感 器的監(jiān)視范圍時(shí)，傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交流電壓（幅度約為 1mV），該電壓的頻率與人體的移動(dòng)速度有關(guān)。在正常行走速度下，其頻率約為 6Hz。電路中， R CC5 構(gòu)成退耦電路， R1 為傳感器的負(fù)債， C2 為濾波電容，以濾掉高頻干擾信號(hào)。傳感器的輸出信號(hào)加到運(yùn)算放大器 A1 的同相端， A1 構(gòu)成同相輸入式放大電路，其放大倍數(shù)取決于 R4 和 R2，其大小為 : Auf1 = 1 1 2182 0 0 01241 ???? RR A1 放大后的信號(hào)經(jīng)電容 C6 耦合至放大器 A2 反相輸入端， A2 構(gòu)成反相輸入式放大電路。電阻 R R7 將 A2 同相端偏置于電源電壓的一半 ,A2 的增益取決于 R R5，其大小為 Auf2 = 42472 0 0 058 ????? RR 因此，傳感器信號(hào)經(jīng)兩級(jí)運(yùn)放總共放大了 Auf1 Auf2 =112 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 （ 42） =4704 倍，當(dāng)傳感器產(chǎn)生一個(gè)幅度為 1mV 交流信號(hào)時(shí)， A2 的理論輸出值為 。 A3 和 A4 構(gòu)成雙限電壓比較器， A3 的參考電位為 : U3 = 224747 4722 ?? ? 5 =3V A4 的 參考電位為 : U4 = 224747 4722 ?? ? 5 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。 =2V 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 15 在傳感器無(wú)信號(hào)輸出時(shí)， A1 靜態(tài)輸出電壓為 ～ 1V之間； A2 在靜態(tài)時(shí)，由于同相端電位為 ，其直流輸出電平為 。由于 UBUA,故 A3 輸出低電平， A4 輸出低電平。因此，在靜態(tài)時(shí)， LED1 和 LED2 均不發(fā)光。 當(dāng)人體進(jìn)入監(jiān)視范圍時(shí)，雙限比較器的輸入發(fā)生變化，當(dāng)人體進(jìn)入時(shí) U33V,因此 A3 輸出高電平， LED1 亮；當(dāng)人體退出時(shí)， U32V，因此 A4 輸出高電平，LED2 亮。當(dāng)人體在監(jiān)視范圍內(nèi)走動(dòng)時(shí)， LED1 和 LED2 交替閃爍。 電路中的 C C9 為退耦電容。 C C C8 用于保證電路對(duì)高頻干擾信號(hào)有較強(qiáng)的衰減作用，對(duì)于低頻信號(hào)有較強(qiáng)的放大作用，當(dāng)按圖中取值時(shí)，在～ 8Hz 的頻段內(nèi)具有較好的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)，以滿(mǎn)足對(duì)熱釋電傳感器輸出的放大要求。 另外，若利用 Uo 信號(hào)去控制報(bào)警器，還可以實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警；若利用 Uo 信號(hào)去控制繼電器或電磁閥，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)、制動(dòng)水龍頭的自動(dòng)控制。無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 16 第五章 電路制作及調(diào)試 電路仿真 Multisim 仿真軟件介紹 Multisim 是美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。啟動(dòng)界面如圖51。 圖 51： multisim 啟動(dòng)界面 工程師們可以使用 Multisim 交互式地搭建電路原理圖，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。 Multisim 提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的 SPICE 技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)， 這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò) Multisim 和虛擬儀器技術(shù)， PCB 設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 Multisim仿真軟件的特點(diǎn)： 1．通過(guò)直觀(guān)的電路圖捕捉環(huán)境 , 輕松設(shè)計(jì)電路。 2．通過(guò)交互式 SPICE 仿真 , 迅速了解電路行為。 3．借助高級(jí)電路分析 , 理解基本設(shè)計(jì)特征。 4．通過(guò)一個(gè)工具鏈 , 無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試。 5．通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程 , 減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間。 Protel 99SE PCB 軟 件介紹 Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/2020/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 17 3D 模擬功能，是一個(gè) 32 位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 地層和16 個(gè)機(jī)加工層。啟動(dòng)圖標(biāo)如圖 52 所示。 圖 52：?jiǎn)?dòng)圖標(biāo) Protel 99SE 的系統(tǒng)組成部分按照系統(tǒng)功能來(lái)劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6 個(gè)功能模塊。 1．電路設(shè)計(jì)部分 （ 1）電路原理設(shè)計(jì)部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) SCH 編輯器）、電路圖零件庫(kù)編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) Schlib 編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫(kù)；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫(kù)的各種報(bào)表。 （ 2）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改 和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。 （ 3）自動(dòng)布線(xiàn)系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：在系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（ Shapebased）的無(wú)柵格自動(dòng)布線(xiàn)器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn) PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 2．電路仿真與 PLD 部分 電路模擬仿真系統(tǒng)（ Advanced SIM 99）、可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ Advanced PLD 99）、高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（ Advanced Integrity 99） Protel 99SE 的功能特點(diǎn)： （ 1）開(kāi)放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系。 （ 2）超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能。 （ 3）強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 18 仿真與驗(yàn)證 通過(guò)對(duì)電路的分析完成了電路的初步設(shè)計(jì)，但是也不能看見(jiàn)電路具體的設(shè)計(jì)功能，這時(shí)就需要對(duì)電路進(jìn)行模擬仿真以觀(guān)察電路的性能參數(shù)，打開(kāi) multisim軟件在軟件里畫(huà)好仿真圖，點(diǎn)擊仿真按鈕，觀(guān)察電路的現(xiàn)象是否符合設(shè)計(jì)要求，如果不符合要求就要檢查仿真電路是否有錯(cuò)，如果沒(méi)有錯(cuò)誤就要考慮電路原理設(shè)計(jì)是否有誤，更改后在進(jìn)行電路模擬仿真，重復(fù)以上步驟直到電路仿真與設(shè)計(jì)要求相符合。電源電路的仿真效果圖如圖 53。 圖 53：電源電路仿真 紅外線(xiàn)熱釋電傳感器未采集到信號(hào)時(shí) (即開(kāi)關(guān)斷開(kāi) )，表示情況正常。其仿真效果圖如圖 54 所示。 圖 54：未采集到信號(hào) 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 19 紅外線(xiàn)熱釋電傳感器采集到信號(hào) (即開(kāi)關(guān)閉合 )后，表示有人闖入即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，其仿真效果如圖 55 所示。 圖 55 報(bào)警效果圖 紅外線(xiàn)熱釋電傳感器采集到信號(hào)過(guò)一斷時(shí)間 (即開(kāi)關(guān)先閉合再斷開(kāi) )后，表示有人闖入后離開(kāi)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，其仿真效果如圖 56 所示。 圖 56 報(bào)警效果圖 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 20 電路的制作與調(diào)試 元件介紹 1. 紅外傳感器 紅外傳感器實(shí)物如圖 57 所示。 紅外線(xiàn)傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線(xiàn)傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感 ,而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向 )移動(dòng)則最為敏感。在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)，如圖 58。 如果只看實(shí)物可能分不出紅外傳感器的引腳，常用的紅外傳感器金屬裝封的，有個(gè)窗口，接地的引腳是和外殼相通的，這較好分別，另外兩個(gè)引腳與地引腳電阻都很大，很難分別。如果是自己安裝這個(gè)元件安裝時(shí)引腳要盡量短，遠(yuǎn)離其它發(fā)熱元件，除了窗口，其它的元件最好用厚紙隔開(kāi)，否則你裝好后誤差也大， 就是受干憂(yōu)大，常誤觸發(fā)。常見(jiàn)的引腳位置如圖 59。內(nèi)部功能圖如圖 510 所示。 圖 57：紅外傳感器感應(yīng)方向 圖 58：紅外傳感器實(shí)物 圖 59：傳感器 引腳說(shuō)明圖 510：內(nèi)部功能圖 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 21 傳感器的基片材料是硅材料，采用的是 T05 封裝，尺寸參數(shù)為： 1. 靈敏元面積為： Gap Dual，雙元 2. 基片厚度為： 3. 窗口尺寸為： 4. 工作波長(zhǎng)為： 5～ 14um 5. 平均過(guò)透率為： 75％ 6. 輸出信號(hào)為： 7. 靈敏度為： 3300V/W 8. 探測(cè)率為： 108cmHz1/2/W 9. 噪聲（ Vpp）為： 200mV (25℃ ) 10. 平度度為： 20％ 11. 工作電壓為： ～ 15V 12. 工作