【導讀】當無人遮擋紅外光時，鎖相環(huán)輸出低電平，報警處于監(jiān)控狀態(tài)；號經預設的處理程。關鍵詞：AT89C51單片機、紅外線傳感器、報警器。

　　

【正文】 大至 dB75~70 。由 2A 等組成的電壓比較器，設定一參考電壓。在無目標進入時，末級無輸出；一旦有目標進入探測范圍， AT 則有信號輸出，經放大后，電壓高于比較器設定電壓時， 2A 輸出高電位， 2VT 導通，繼電器 K 吸合，其觸點接通報警電路或控制電路，實現(xiàn)熱釋紅外線探測之目的。 S 輸出D 電源E 地+－＋－D 地S 輸出E 地 單元件熱釋紅外線傳感器 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 36 熱釋紅外線傳感器典型電路 紅外光敏二極管警燈電路 圖 中， VDP 是紅外光敏二極管，在電路中反向連接。當把它置于紅外光照強度很弱的環(huán)境中時， VDP 內部僅有極少的載流子流過，表現(xiàn)為高阻值；當它接收到一定強度的紅外光時 ，其內部的 PN 結載流子受紅外光激發(fā)而增多， VDP 反向電流增大，表現(xiàn)為低阻值。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 37 圖 紅外光敏二極管電路 圖 主要由運算放大器 1IC 和四與非門（ da DD 11 ~ ）等組成。在 VDP無光照時，調節(jié) RP 使 1IC 的 ⑥ 腳為 左右， bD1 的 ④ 腳輸出高電平。在這里， aD1 與 dD1 構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路， dD1 第 11 腳輸出高電平， cD1 的第 10腳輸出抵電平，發(fā)光二極管 VL 不亮。 我們將本裝置安裝在走廊的一側，其對面安裝一只白熾燈（燈光中含有紅外光）， VL 不亮。當有不速之客闖入光源與光敏二極管之間的警戒域時， VDP 接收的光強瞬時減小，等效電阻值增大，在 M 點產生一個脈沖信號，經 1C 耦合到 1IC 的輸入端， IC1的第 6 腳變?yōu)楦唠娖剑?bD1 的第 10 腳輸出高電平， VL 發(fā)亮，向主人報警。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 38 光敏二極管控制電路 光敏二極管是常用的光敏元件之一 ,它與普通的半導體二極管相比，相似之處是管心都是一個 PN 結，具有單向導電性能；不同之處是從外形上看時，光敏二極管管殼上有一個能射入光線的 “ 窗口 ” 。當光線透過“ 窗口 ” 照射到光敏二極管管心上時， PN 結反向漏電流增大，此時的漏電流稱為 光電流；而無光照時， PN 結反向漏電流很小，此時的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管的這一特點，演變出許許多多的經典光敏二極管控制電路。光敏二極管的典型應用電路如圖 所示 。 從圖中可以看出，光敏二極管工作時必須加上反向電壓。在這里， RL為光敏二極管的負載電阻， UO為輸出電壓。 RLV D PU0E 圖 光敏二極管的典型應用電路 從以上兩個例子及資料中我們可以比較設計出以下紅外線探測信號放大電路。 紅外線探測信號放大電路設計 紅外線探測信號放大電路設計中紅外線探測器能探測人體發(fā)出的紅外線，當 人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內，即可發(fā)出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 39 該設計電路原理見圖 。由紅外線傳感器、 晶體三極管、運算放大器 、電壓比較器、 V/I 轉換器 等組成。 D1S2E3U2Q 74V T 19 01 4+C14 7u / 16 VR21MR31K+C24 7uR14 7KR64 .7 K32184U 3AL M 3 5856784U 3BL M 3 58R71 0K+ C32 2u / 16 VR83 00 KC40 .0 1R41 00 KR51 00 K+C52 2u / 16 VR 111 0KR91 0KV D 2I N 40 01R P 11 00 K32148U 4AL M 3 93R 121 00 KR 134 70 KR 141 00 KV D 3I N 40 01R 153 00 K+ 6VR 101 00 KR 161 2. 5 KR 175 0KR 181K+ 10 VR e f1 I N2+ I N3V4S e ns e5O ut p ut6V+7NC8U6I N A 10 5R 195 0. 12+36U5O P 2 7R 205 0. 14 ~ 2 0m A熱釋電紅外線傳感器A圖 微弱信號放大電路 (1) 檢測部分： 傳感器采用帶菲涅耳透鏡的熱釋電紅外線傳感器。 U2熱釋電紅外線傳感器 U3低功耗雙運算放大電路 LM358 U4電壓比較器 LM393 U5低漂移高增益運算放大器 OP27 U6V/I 轉換器芯片 INA105 紅外線探測傳感器 IC1 探測到前方人體輻 射出的紅外線信號時，由U2 的 ② 腳輸出微弱的電信號，經三極管 VT1 等組成第一級放大電路放大，再通過 C2 輸入到運算放大器 U3 中進行高增益、低噪聲放大，此時由 U3河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 40 的 7 腳輸出的信號已足夠強。 U3 作電壓比較器，它的第 ⑤ 腳由 R VD2提供基準電壓，當 U3 的 1腳輸出的信號電壓到達 U3 的 5 腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時 U4的 1腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。此時 LM393的 1腳輸出的是一個方波信號，然后將之輸入到一個 V/I 轉換器 INA105,它的輸出將是一個 4~20mA 的電流信號，以便于遠距離傳輸。 U2 采用進口器件 Q74，波長為 m?109? 。 U3 采用運放 LM358，具有高增益、低功耗。 U4 為雙電壓比較器 LM393，低功耗、低失調電壓。其中C C5 一定要用漏電極小的鉭電容，否則調試會受到影響。 RP1 是調整靈敏度的關鍵元件，應選用線性高精度密封型。 制作時，在 U2 傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因為人體的活動頻率范圍為 ? 需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。 (2) 單片機系統(tǒng)部分 檢測信號入單片機接口圖如圖 所示。 紅外線探測放大電路與 單片機的具體連接見附錄總圖。 8255 的每一個輸入輸出口都將接一個檢測來的信號信號，也就是每一路輸入都有一個檢測電路，它傳過來的是一個 mA20~4 的電流信號，接一個 250 歐姆的電阻使其轉換成 VV 5~1 的電壓信號，此電路中只可能為1V 和 5V 兩種情況，再通過一個電壓比較器 LM393,當 LM393（ U7）的 2 腳為 5V時，輸出為高電平，光電耦合器導通， 8255 的輸入口將為低電平（其余時刻為高電平），表示檢測到有人。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 41 U6光電耦合器 R31K+ 5V32148 U 7AL M 3 93R72 50+ 5VR61 0KR539+ 5V長距離導線R45 0. 18 25 5P A . 0A 圖 檢測信號與單片機接口圖 以下對各部分作一些具體介紹 光電耦合器驅動接口 晶體管輸出型光電耦合器的受光器是光電晶體管。光電晶體管除了沒有使用基極外跟普通晶體管一樣，取代基極電流的是以光作為晶體管的輸入。當電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光時，光電晶體管受光的影響在 cb 間和ce 間有電流流過，這兩個電流基本上受光的照度控制，常用 ce 極間的電流作為輸出電流，輸出電流受 ceV 的電壓影響很小，在 Vce 增加時，稍有增 加。光電晶體管的集電極電流 Ic 與發(fā)光二極管的電流 IF 之比稱為光電耦合器和電流傳輸比 CTR。不同結構的光電耦合器的電流傳輸比相差很大。 晶體管輸出型光電耦合器可做為開關運用 ,這時發(fā)光二極管和光電晶體管平常都處于關斷狀態(tài) 。 在發(fā)光二極管通過電流脈沖時 ， 發(fā)光二極管在電流持續(xù)的時間內導通 。 光電耦合器也可做線性耦合器運用 ,在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流 ,再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上 ,引起其亮度的變化 ,這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 42 光信號。輸出電流也就將隨輸入的信號電壓線性變化。 圖 是使用 4N25 的光電耦合器的接口電路圖 。 4N25 起到耦合脈沖信號和隔離單片機系統(tǒng)與輸出部分的作用，使兩部分的電流信號獨立。輸出部分的地線接機殼或接大地，而 8031 系統(tǒng)的電源地線浮空，不與交流電源的地線相接。這樣可以避免輸出部分電源變化對單片機電源的影響，減少系統(tǒng)所受的干擾 ,提高系統(tǒng)的可靠性。 由于光電耦合器是電流輸出型，不受輸出端工作電壓的影響，因此可用于不同電平的轉換。 8 9C 51P 1. 01 2A7 40 7R12 00L E D1 2A7 4F 04R23K5 V 5V1 6 5輸出 圖 光電耦合器 4N25 的接口電路 光電耦合器常用于較遠距離的 信號隔離傳送。一方面可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立，消除地位不同所產生的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流 驅動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低 阻抗電路，它對噪聲的敏感度低，因此提高了通迅系統(tǒng)的抗干擾能力。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 43 集成電路運算放大器 集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多極直接耦合器放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，圖 表示集成運放的內部電路組成框圖。圖 集成電路運算放大器代表符號。圖中輸入 級一般是由 BJT、 JFET 或 MOSFET 組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個輸入端構成整個電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可由一級或多級放大電路組成，輸出級一般由電壓跟隨放大器或互補電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。偏置電路是為各級提供合適的工作電流。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動電路、過載保護電路以及高頻補償環(huán)節(jié)等。 精密多功能運算放大器 INA105 INA105 精密多功能運算放大器是 集成運放與外圍元件有機結合、并利用集成工藝與激光調阻技術相結合所形成的不同于常規(guī)集成運放的放大器件。利用這種新器件的不同組合連結，可以組成各種很有特色的精密應用電路。 該器件核心部分是一個精密運算放大器，其失調電壓典型值僅為V?50 ，共模抑制比大大于 dB86 ，失調電壓漂移 CVo/5? 。與常規(guī)集成運放不同的是，它在芯片上同時制作了四個電阻，分別連接運放的兩個輸入端，如圖 所示。這四個電阻通過激光 調阻技術將它精確到 ?K25 。這樣利用四個電阻的不同連接，就能組成很有特色的應用電路，而且一般河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 44 無需再外接精密電阻。 圖 集成電路運放大器內部組成原理框圖 +NPO 圖 集成電路運算放大器代表符號 由于激光調阻值精度極高，用它組成增益為 1的電壓跟隨器（緩沖器）時，其增益誤差小于 %,非線性誤差小于 %。該器件最大工作電壓為 177。18V, 工作溫度范圍為 Co70~0 (后綴為 P 及 U)及 Co85~25 ?? （后綴為 M）。 具有差動輸入的電壓－電流變換器電路 圖 是具有差動輸入的電壓－電流變換器電路 .輸入的差動電壓分別為 1V 、 2V 。 輸出的電流 )/125/1)(( 210 RKVVI ??? 。式中 R 為外接電阻，改變不同的 R值可獲得 不同的 0I 值 。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 45 精密 4～ 20MA 電流變送器電路 圖 是一種由 V10~0 變化的電壓（由傳感器經放大器輸出的電壓）經本電路轉變?yōu)?mA20~4 的變換器電路。電路設計成在 V0 時為 mA4電流，而在 V10 為 mA20 電流的電壓 電流變換電路。其中 REF 為 V10 的基準電源 。 2 5 K2 5 K 2 5 K2 5 KI NA 1 0 52376415 S E NV+V0VR E F I N+ I N 圖 INA105 精密多功能運算放大器電路 2 5 K2 5 K 2 5 K2 5 KI N A 1 0 5615RRV2V1負載I= （ V 1 － V2 ）（ 1 / 2 5 K + 1