【正文】 ...................................................................................................... 27 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 iv 參考文獻 ...................................................................................................................... 28 附錄 .............................................................................................................................. 29 附錄 1 程序 .......................................................................................................... 29 附錄 2 電路圖 ...................................................................................................... 46 附錄 3 元件表 ...................................................................................................... 46 附錄 4 PCB 安裝圖 .............................................................................................. 48 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 1 前言 隨著社會的不斷進步和科學技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了 新的要求。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進行了很大的改進，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以用于較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣有利于與計算機相連接。在科技日益發(fā)展的今天，防盜的概念 經(jīng)發(fā)生根本的變化，傳統(tǒng)的人防由于人的弱點 (偷懶、打瞌睡、疏忽 )及投資回報等問題 ，已漸由技防所取代。在系統(tǒng)布防時，上述各種探頭探測到任何異動，如有人進入房間，或打破玻璃，或撬門，或企圖破壞保險箱，甚至翻越圍墻等，都將會發(fā)出聲光警報，提醒人們的注意與行動，從而有效地保護了人民的生命財產(chǎn)的安全。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 2 第 一 章 緒論 電路設(shè)計背景 近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器的飛速發(fā)展 .人民的生活水平有了很大提高。然而一些不法分子也是越來越多。因此，越來越多的居民家庭對財產(chǎn)安全問題十分擔憂。但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司及財政機構(gòu)。如果設(shè)計和生產(chǎn) 一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器，必將在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。 紅外報警器大多數(shù)采用國外的先進技術(shù)，其功能也非常先進。還有紅外監(jiān)控無線報警器，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 , 觸摸式防盜報警器，紅外報警器，紅外線聲光報警器。 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)光源和光學系統(tǒng)組成，接收機是由光學系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。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。正常情況下，接收機收到的是一個穩(wěn)定的光信號，當有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機收到的無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 3 紅外信號發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當處理，控制器發(fā)出的報警信號。一般應用在周界防范居多，最大的優(yōu)點就是防范距離遠，能達到被動紅外的十倍以上探測距離。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當人通過探測區(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。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源上。被動紅外報警器是以探測人體輻 射為目標的，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。其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。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。 2. 靈敏度高、控制范圍大。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 4 熱釋電紅外傳感器的原理特性 研究設(shè)計的框圖如圖所示。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而 變化。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。使用時 D 端接電源正極， G 端接電源負極， S 端為信號輸出。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為 0． 2～ 20μ m。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。并且運用 multisim 軟件對電路進行仿真和 Protel 99se軟件畫原理圖以及制作電路板，制作實物并調(diào)試、展示功能。其電路的組成框圖如圖 22 所示。當 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。 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。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 8 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、負兩個電極，當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極的電流來為電路工作提供能量。 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電性能的 n型半導體和 p型半導體結(jié)合形成的 pn 結(jié)構(gòu)成的，如圖 31（ a）所示， pn結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦裕Ｓ梅柋硎救鐖D 31（ b）。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?。如圖 33 是橋式整流濾波電路，其整流過程如下：當交流電為正半周時， M 點電壓高于 N 點電壓， D D4 截止，而 D D5 導通，電流將從交流電源依次通過 D RL、 D5 回到電源；當交流電為負半周時， N 點電壓高于 M 點電壓， DD5 截止，而 D D4 導通，電流將從交流電源依次通過 D RL、 D4 回到電源。如果將 RL 兩端接入示波器會觀察到如圖 34 的整流波形②。 圖 33：橋式整流 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 10 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）。 在負載 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。 濾波的基本原理：電容 C 兩端的初始電壓為 0。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。 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。 LM317 的輸入最同電壓為 30 多伏，輸出電壓 不過在用的時候要注意 功耗問題注意散熱問題。輸無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 11 入引腳輸入正電壓 ,輸出引腳接負載 , 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。 圖 35：穩(wěn)壓電路圖 典型線性調(diào)整率 %，典型負載調(diào)整率 %。穩(wěn)壓電路的原理圖如圖 35 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。電源指示電路如圖 35 所示。 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。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。此電路輸入電阻為 Ri。 Co和 Ci 為耦合電容。其中的 R R2 組成 21 U+分壓電路 ,通過 R3 對運放進行偏置。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 13 圖 38:：同相交流放大器無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 14 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。下面是報警電路的工作流程與及電路的參數(shù)計算過程 : 在電路中采用 KP506B 型熱釋電人體紅外線傳感器，當人體進入該傳感 器的監(jiān)視范圍時，傳感器就會產(chǎn)生一個交流電壓（幅度約為 1mV），該電壓的頻率與人體的移動速度有關(guān)。電路中， R CC5 構(gòu)成退耦電路， R1 為傳感器的負債， C2 為濾波電容，以濾掉高頻干擾信號。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，傳感器信號經(jīng)兩級運放總共放大了 Auf1 Auf2 =112 錯誤 !未指定書簽。 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 錯誤 !未指定書簽。由于 UBUA,故 A3 輸出低電平， A4 輸出低電平。 當人體進入監(jiān)視范圍時，雙限比較器的輸入發(fā)生變化，當人體進入時 U33V,因此 A3 輸出高電平， LED1 亮；當人體退出時， U32V，因此 A4 輸出高電平，LED2 亮。 電路中的 C C9 為退耦電容。 另外，若利用 Uo 信號去控制報警器，還可以實現(xiàn)音響報警；若利用 Uo 信號去控制繼電器或電磁閥，還可以實現(xiàn)自動門、制動水龍頭的自動控制。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 圖 51： multisim 啟動界面 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、高效地對電路進行設(shè)計和驗證，并對電路進行仿真。通過 Multisim 和虛擬儀器技術(shù)， PCB 設(shè)計工程師和電子學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)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。 2．通過交互式 SPICE 仿真 , 迅速了解電路行為。 4．通過一個工具鏈 , 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試。 Protel 99SE PCB 軟 件介紹 Protel99SE 是應用于 Windows9X/2020/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 17 3D 模擬功能，是一個 32 位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計 32 個信號層， 16 個電源 地層和16 個機加工層。 圖 52：啟動圖標 Protel 99SE 的系統(tǒng)組成部分按照系統(tǒng)功能來劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6 個功能模塊。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；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。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。 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)計系統(tǒng)（ Advanced PLD 99）、高級信號完整性分析系統(tǒng)（ Advan