红外报警电路设计报告应用电子设计.doc

成都信息工程大学 应用电子设计 课题名称： 红外报警电路设计 学 院： 光电学院 专业班级： 电科131 学生姓名： 林静 学 号： 2013031030 指导教师： 王建波 完成时间： 2016.01.09 红外报警电路设计报告 设计要求 设计并制作反射式的红外报警电路，当有人靠近时能够发出声光报警，必须使用脉冲方式驱动红外发光二极管。 (1).反射式的有效探测距离>40cm ; (2).系统采用单 5V 供电 ; (3).发出的声光报警必须是断续的方式，并且能够持续 10-15S 时间，然后自动解除报警（或者采用手动解除报警）; (4).能够“记忆”报警次数并可以通过按键查询。 备注：可使用红外对管。 方案选择及电路的工作原理 方案一：使用红外接收头作为红外接收电路，红外接收头集成了红外线接收PD二极管、放大、滤波和比较器输出等，当红外接收头接收头采集到红外信号后会产生一个高电平输出，来触发后续报警电路。但是由于外界红外干扰因素较多，导致红外接收头误工作，进而使电路误报警，因此避免误报警是难点； 方案二：采用普通发射管接收管设计电路，这样接收到的信号较小、干扰大。孤儿需要对接收信号进行滤波、放大和整形。采用运算放大器进行信号放大、滤波、整形电路的设计对我们来说比较熟悉，电路调试难度不高，只是运放电路结构略显复杂。 方案选择：综合各方案考虑，因个人能力有限，故选择设计实施较简单的方案二 单元电路设计计算元器件的选择 主要利用电容C2的充放电过程实现断续功能。当其两端电压小于1/3VCC时放电管截止。大于2/3VCC时开始放电；降至1/3时又开始充电，电路震荡产生矩形脉冲。 震荡周期T = 0.7（R8+2R12）*C2;振荡频率 = 1/T； 占空比q =（ R8+R12）/(R8+2R12) = 66.7% 元器件选择：定时器芯片NE555；电容C2用1uF，C3用1uF；红外二极管D1；三极管Q1 2N3904；电阻R8 1K、R9 1K、R12 1K、R13 1K。 2.信号放大电路 LM358反向比例放大器放大倍数N = -R22/R25 ;R25为100Ω滑变，故放大倍数可适当调节。 3.比较电路 使用LM358运算放大器，因为延时系统采用的是NE555单稳态触发器（低电平触发）；当反向端输入小于同向端输入，高电平输出；反之输出低电平。 4.延时电路 为实现10~15s的延时要求，依然使用NE555单稳态触发器。 6,7脚接电容C6,当2脚输入低电平时启动电路并开始工作；电路定时时间T = 1.1（R17*C6）。 5.振荡电路 原理与发射电路基本相同（利用NE555实现断续），电路在工作状态下，电容C8的在电压1/3VCC和2/3VCC间反复充放电，得到一个连续的震荡脉冲， 脉冲宽度TL ≈ 0.7R24*C8,由放电时间决定； TH = 0.7(R18+R24)*C8,由充电时间决定； 脉冲周期T ≈ TL+TH。 6.计数电路 使用CD40110芯片（十进制可逆计数器，译码，锁存，驱动），具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。共阴数码管指八段数码管的八段发光二极管的阴极都连在一起（共阳同理）。 设计的具体实现 系统概述 系统示意框图 设计方案条理清晰，尽量简单又保证完整性。 工作原理：电路接通电源后正常工作时，红外发射电路产生并发射连续的红外光，红外对管并排设置，此时红外接收管无法接受到来自发射管的信号，接收电路自己产生一个很小的信号，经过放大依旧小于比较器的门限电压，比较器输出高电平，NE555触发器不工作，后续电路也无法工作。当有物体出现在红外对管的有效反应区域时，红外发射管发射出的红外信号经物体反射被接收管接收，接收电路产生一个大信号，经放大电路放大后电压高于比较器门限电压，比较器输出一个低电平，触发NE555延时电路，后续电 路产生作用。报警电路工作并产生报警信号，计数电路被触发并记录一次数 据。报警持续十秒后，若物体脱离红外对管有效反应区域，则报警停止，否 则电路将再次工作并触发报警，计数电路再次记录数据。 2．?单元电路设计、仿真与分析 2.1.发射电路选择NE555振荡电路,产生一个频率和占空比可调的方波脉冲，以驱动三极管使其工作在开关状态，增大驱动电流可提高发射功率。 详细参数及计算第三部分已介绍。 仿真如下图所示： 发射电路仿真输出信号图： 2.2信号放大电路 通过LM358的运算设计进行反向比例放大；具体参数计算见第三节。