【正文】 程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 第四章 整機電路及工作原理 通過對電路的分析設(shè)計完成了整機電路的總體設(shè)計原理圖如附錄 1 所示其中包括電源部分和報警電路部分，電源部分主要是通過對交流電的變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓輸出一個 +5V的直流電壓為后面的報警電路的正常工作提供電壓；報警電 路主要是由熱釋電紅外傳感器、LM324集成運算放大器、發(fā)光二極管、電阻電容構(gòu)成。 通過以上對電路的分析與設(shè)計，最終完成了 5V電源 的設(shè)計，也了解了 LM317芯片的功能與作用和橋式整流二極管的工作原理與整流過程。若選擇 U2 U1，則當(dāng)輸入電壓在 [U2， U1]區(qū)間范圍時， LED 點亮，這是一個“窗口”電壓指示器。 圖 39 雙限電壓比較器 雙限電壓比較器的電壓傳輸特性如圖 310示。輸入電壓 U1同時加到 A1的正輸入端和 A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng) Ai U1時，運放 A1輸出高電平；電氣信息工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 當(dāng) Ai U2時，運放 A2輸出高電平。其電壓傳輸特性如圖 310示。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時，運放輸出低電平。 當(dāng)去掉運放的反饋電阻時 ,或者說反饋電阻趨于無窮大 時 (即開環(huán)狀態(tài) ),理論上認(rèn)為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大 (實際上是很大 ,如 LM324 運放開環(huán)放大倍數(shù)為 100dB，既 10萬倍 )。 圖 38 同相交流放大器 3. 3 比較器電路設(shè)計 單限比較器只能檢測一個電平，若要檢測 Ai 是否處于 U1 和 U2 兩個電平之間，則需采用雙限電壓比較器（又稱窗口比較器）。其中的 R R2組成21U+分壓電路 ,通過 R3對運放進行偏置。 Co和 Ci為耦合電容。此電路輸入電阻為 I。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。 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。電源指示電路如圖 35所示。 電氣信息工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 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。穩(wěn)壓電路的原理圖如圖 35所示。 圖 35 穩(wěn)壓電路圖 典型線性調(diào)整率 %，典型負(fù)載調(diào)整率 %。輸入引腳輸入正電壓 ,輸出引腳接負(fù)載 , 電壓調(diào)節(jié)引腳一個引腳接電阻 (200左右 )在輸出引腳 ,另一個接可調(diào)電阻 (幾 K)接于地。 LM317的輸入最同電壓為30多伏，輸出電壓 。 綜上所述，交流電通過整流、濾波可以變成直流電，這就是一般穩(wěn)壓電源的基本原理。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 Huma。 濾波的基本原理：電容 C兩端的初始電壓為 0。 電氣信息工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 在負(fù)載 RL 兩端并接上電容值較大的電解電容，如圖 33 所示，可將脈沖直流電過濾成較平穩(wěn)的直流電，稱為濾波。 圖 33 橋式整流 圖 34 交流、整流及濾波波形 2．濾波電路 電容（或電容量 , Capacitance）指的是在給定電位差下的電荷儲藏量；記為 C，國際 單位是法拉（ F）。如果將 RL兩端接入示波器會觀察到如圖 34的整流波形②。如圖 33是橋式整流濾波電路，其整流過程如下：當(dāng)交流電為正半周時， M點電壓高于 N點電壓， DD4 截止，而 D D5 導(dǎo)通，電流將從交流電源依次通過 D RL、 D5回到電源；當(dāng)交流電為負(fù)半周時， N點電壓高于 M點電壓， D D5 截止，而 D D4 導(dǎo)通，電流將從交流電源依次通過 D RL、 D4回到電源。晶體二極管的正反向特性曲線如圖 32所示，即二極管具有單向?qū)щ娦浴? 整流濾波電路 1．整流電路 晶體二極管是由兩種具有不同導(dǎo)電性能的 n型半導(dǎo)體和 p型半導(dǎo)體結(jié)合形成的 en 結(jié)構(gòu)成的，如圖 31（ a）所示， en結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦裕Ｓ梅柋硎救鐖D 31（ b）。 比較器 傳感器 電源 基準(zhǔn)電壓 指示電路 放大濾波 電氣信息工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 第三章 單元電路設(shè)計 電源電路設(shè)計 直流電源（ DC power）有正、負(fù)兩個電極，當(dāng)兩個電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差，從而在外電路 中形成由正極到負(fù)極的電流 來為電路工作提供能量 。 3．放大濾波：是由集成運算放大器 LM324和電容構(gòu)成對傳感器的信號進行放大和濾波供下一級電路使用。 圖 21 報警器電路的組成圖 1．電源：通過交流電經(jīng)變壓器的變壓、橋式二極管的整流、電容的濾波、穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓得到 5V的直流電壓。 電氣信息工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 第二章 電路組成及框圖 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普及，電子報警器已經(jīng)在各企業(yè)事業(yè)單位和人們的日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，紅外線報警器可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)移動的人體，當(dāng)有人在該范圍內(nèi)走動時，發(fā)出報警。 第五章為紅外線報警器的安裝與調(diào)試。 第三章主要討論單元電路的設(shè)計。 課題論述總體結(jié)構(gòu)安排 第一章敘述了紅外線放到報警器的背景、分類以及基本原理。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍 上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達104MΩ，故引入的 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來完成阻抗變換。為了抑制因自身溫度變化而 產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 熱釋電紅外傳感器的原理特性 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。 2. 靈敏度高、控制范圍大。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱 量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。被動紅外報警器是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為 10μ m左右的紅外輻射必須非常敏感。人體發(fā)射的 10μ m左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。人體的紅外能電氣信息工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 量與環(huán)境有差別，當(dāng)人通過探測區(qū)域時，報警器收集到的這個不同的紅外能量的位置變化，進而通過分析發(fā)出報警。一般應(yīng)用在周界防范居多，最大的優(yōu)點就是防范距離遠(yuǎn)，能達到被動紅外的十 倍以上探測距離。正常情況下，接收機收到的是一個穩(wěn)定的光信號，當(dāng)有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機收到的紅外信號發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報警信號。此光束被接收機接收，由接收機中的紅外光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)過電路處理后傳給報警控制器。 紅外報警器分類及原理 紅外報警器分為主動紅外報警和被動紅外報警，主動紅外入侵報警器是由發(fā)射機和接收機組成，發(fā)射機是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報警器，超聲波 防盜報警器 ,紅外線防盜報警器，高靈敏紅外報警器 ,觸摸式延時防盜報警器