1、畢業(yè)論文（設(shè)計）材料題 目： 家用光電開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn) 學(xué)生姓名： 劉春風(fēng) 學(xué)生學(xué)號： 系 別： 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 屆 別： 2014 指導(dǎo)教師： 沈曉波 淮南師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 誠信承諾書1.本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），題目家用光電開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成的，沒有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內(nèi)容； 2.畢業(yè)論文（設(shè)計）所使用的相關(guān)資料、數(shù)據(jù)、觀點等均真實可靠，文中所有引用的他人觀點、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已注釋說明來源； 3. 畢業(yè)論文（設(shè)計）中無抄襲、剽竊或不正當引用他人學(xué)術(shù)觀點、思想和學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改數(shù)據(jù)的情況； 4.本人

2、已被告知并清楚：學(xué)院對畢業(yè)論文（設(shè)計）中的抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為將嚴肅處理，并可能導(dǎo)致畢業(yè)論文（設(shè)計）成績不合格，無法正常畢業(yè)、取消學(xué)士學(xué)位資格或注銷并追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學(xué)士學(xué)位證書等嚴重后果； 5.若在省教育廳、學(xué)院組織的畢業(yè)論文（設(shè)計）檢查、評比中，被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，本人愿意接受學(xué)院按有關(guān)規(guī)定給予的處理，并承擔相應(yīng)責(zé)任。 學(xué)生（簽名）： 日期： 年 月 日目錄1緒論11.1 引 言11.2 選題背景與意義11.3 紅外對管的基本概念21.4論文章節(jié)安排4 2報警器相關(guān)元件介紹62.1紅外射線原理62.2二極管原理及特性72.2.1 二極

3、管的工作原理72.2.2 二極管的特性82.2.3 二極管的應(yīng)用82.2.4 二極管的導(dǎo)電特性92.2.5 二極管的主要參數(shù)102.2.6 二極管的識別112.2.7 本次設(shè)計用到的幾種二極管112.3三極管原理及特性122.3.1 三極管工作原理122.3.2 三極管的主要參數(shù)132.3.3 三極管的三種工作狀態(tài)142.3.4 三極管的基本放大電路142.4電容特性及參數(shù)152.4.1標稱電容量和允許偏差162.4.2額定電壓162.4.3絕緣電阻162.4.4損耗172.4.5頻率特性172.5設(shè)計中使用到的相關(guān)電子芯片性能及參數(shù)172.5.1四2輸入與非門CD4011172.5.2三端穩(wěn)

4、壓集成電路7805202.5.3音樂集成電路TQ9561213設(shè)計思路223.1 設(shè)計思路與方案論證223.2 設(shè)計思路234系統(tǒng)模塊化設(shè)計及整合實現(xiàn)244.1 各部分模塊電路圖244.2 報警電路原理介紹274.3 電路元器件的規(guī)格與材料清單285 系統(tǒng)安裝與調(diào)試295.1 電路的制作與安裝295.2 裝置的功能調(diào)試325.3 裝置功能擴展32參考文獻33附錄34 家用光電開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生：劉春風(fēng)（指導(dǎo)老師：沈曉波）（淮南師范學(xué)院電子信息工程學(xué)院）摘要：隨著社會經(jīng)濟的日益發(fā)展，防盜越來越受到人們的關(guān)注。簡單的防盜們 防盜窗等已經(jīng)不能給人們帶來太多的安全感，簡單的防盜系統(tǒng)也層出不窮，但也未

5、能從根本上解決問題，所以更加精確、更加安全的防盜系統(tǒng)被人們所青睞。智能防盜系統(tǒng),它的主要目的是為了保障個人和集體的人身、財產(chǎn)安全。這各設(shè)計主要是利用一個紅外線感應(yīng)系統(tǒng)來感應(yīng)是否有侵入者，如果有就產(chǎn)生破壞性聲、光報警,一方面嚇退侵入者，另一方面提醒值班人員阻止罪犯和采取適當?shù)念A(yù)防措施。本文針對現(xiàn)在家居防盜還處在傳統(tǒng)、效果低下的的情況，采用光電開關(guān)控制報警器，只要有人非法闖入，就可以報警，可以起到精準、安全的防盜作用。從而保證人們的資產(chǎn)及人身安全。關(guān)鍵詞：光電開關(guān)，紅外線；聲光報警；邏輯處理；The Design and Realization of The Photoelectric Switc

6、h Student：Liu Chunfeng（Faculty Adviser： Shen Xiaobo） (School of Electrical & Information Engineering, Huainan Normal University）Abstract: With the increasing development of social economy, security more and more gets the attention of people. The simple anti-theft window can't bring too much

7、sense of security, such as simple anti-theft system also emerge in endlessly, but it failed to fundamentally solve the problem, so more accurate, more safe guard against theft system is favored by people. Intelligent anti-theft system, is established for the purpose of safety technology to prevent s

8、ystem. He includes to modern physics and electronic technology in invasion into vandalism, produce sound and light alarm effectively deter criminals and remind the personnel on duty to take appropriate preventive measures. Now household anti-theft, the author of this paper is still in traditional, t

9、he effect of low situation, the photoelectric switch control alarm, as long as someone illegally broken into, you can call the police, can have precise and safe anti-theft function. To ensure the safety of the people's assets. Key words: Photoelectric switch, Infrared ray; Sound and Light alarm;

10、 Logic to handle; 1緒論1.1引言 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)與計算機通信技術(shù)的迅速發(fā)展，防盜報警產(chǎn)品越來越豐富。特別是紅外探測技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)滲透到國家經(jīng)濟與人民生活的各個方面。作為一種新的紅外報警技術(shù)，已經(jīng)越來越受到社會各界的廣泛關(guān)注，開始在社會的各個領(lǐng)域應(yīng)用。本設(shè)計是一種功能實用，成本低，易于使用的安全系統(tǒng)。它是建立在紅外射線理論的基礎(chǔ)上，并結(jié)合國內(nèi)外此類系統(tǒng)的優(yōu)點，而采用紅外相關(guān)作為輸入、接收信號，將邏輯信號處理從而實現(xiàn)報警功能。1.2 選題的背景與意義進入21世紀以來,光電控制技術(shù)得到快速發(fā)展，并在迅速取代傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù),在運動控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。光電傳感器具

11、有快速響應(yīng)的優(yōu)點，還有非接觸式、低能耗、體積小、安裝方便的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于自動化系統(tǒng);可編程控制器編程十分方便，可操作性很好,適應(yīng)性和抗干擾能力也都比較強,還可以建立網(wǎng)絡(luò)通信,實現(xiàn)了領(lǐng)先地位在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著控制技術(shù)的發(fā)展和更新,理解和掌握原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用,光電控制技術(shù)和系統(tǒng)是十分必要的。隨著時代的不斷進步,人們的安全提出了更高的要求自己的環(huán)境,尤其是在家居安全,必須始終注意漫不經(jīng)心的游客?，F(xiàn)在的許多社區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng),因此,社區(qū)安全是大大提高,有效保證居民的人身和財產(chǎn)安全。因為紅外線是一種不可見光,即環(huán)保又穩(wěn)定，還具有很強的保密性,所以它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于防盜、報警和其他安全設(shè)備

12、。為了防止各種盜竊和暴力的發(fā)生和危害,確保建筑安全、生命和財產(chǎn)損失,智能安全系統(tǒng)設(shè)置是必要的。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新的犯罪手段對保障體系提出了新的要求,在信息化時代的今天,保護,財產(chǎn)、人身安全是一方面,另外儲存重要文件和大量的數(shù)據(jù)在計算機時,也需要更多的保護。智能建筑,不僅外部人員防范，內(nèi)部人員也需要加強治理，一些重要地點，項目和重要的人也需要特殊保護，因此,現(xiàn)代建筑需要建立多層的安全系統(tǒng)。防盜報警效果的穩(wěn)定實現(xiàn)是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，探測到非法入侵者,信號報警控制器收到聲、光報警信號,顯示地址并快速地通知相關(guān)值班人員,根據(jù)情況,采取措施來控制事件的發(fā)展。目前這種系統(tǒng)用的最多就是紅外線,這種系統(tǒng)最重要的

13、兩個裝置是紅外發(fā)射機和接收機。只要有人類入侵的時候,身體會被紅外信號監(jiān)測到，報警系統(tǒng)啟動。在實際使用中,往往多束紅外光線排在一個系統(tǒng)中,形成一長排,形成“紅外柵欄”。與此同時,為了提高其抗干擾能力,紅外信號將啟動代碼加密,而在接收端解碼時區(qū)分有用信號和干擾信號。紅外防盜報警器的設(shè)計,這對于我們的日常生活中，家庭社區(qū)和一些重要的地方形成一個安全監(jiān)測，以保護個人或集體財產(chǎn)的意義是非常巨大的。1.3 紅外對管的基本概念紅外對管是在LED行業(yè)中首次被使用的,用于接收和紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外線。紅外對管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱。光敏接收管,具有

14、光敏PN結(jié)的特點,屬于光敏三極管,擁有單一的導(dǎo)電性,因此工作時需添加反向電壓。沒有光,很少有飽和反向漏電流(暗電流)，光敏管不導(dǎo)通。光飽和時,反向漏電流增加,形成一個弱電流,在一定范圍內(nèi),隨著入射光強度增加變化。紅外接收管和光敏接收管類似但沒有可見光的干擾,這屬于光敏二極管,只對紅外有反應(yīng)。紅外線接收頭就是類似與三極管的放大效果的一個器件，在紅外線接收管的基礎(chǔ)上把信號一定程度的放大。 1.4 論文章節(jié)安排為了讓讀者更方便、快捷地對本論文有個大致的了解，這里對本論文的整體框架做一個簡單地介紹。本論文全文分為六個部分：第一章為緒論部分。主要介紹這個設(shè)計的主要目的、意義、現(xiàn)狀以及本論文的主要研究內(nèi)容

15、和章節(jié)安排。第二章主要對本設(shè)計用到的元器件和芯片做以簡單的介紹，它包括紅外線的產(chǎn)生，波段的原理以及應(yīng)用，半導(dǎo)體元件以及光學(xué)器件的原理：如二極管、三極管等的原理基礎(chǔ)及應(yīng)用情況，以及CD4011、BISS0001等芯片引腳，整體功能的介紹。第三章主要介紹了本設(shè)計的思路，列出兩個方案，通過對比，得出兩個方案的可行性，另外結(jié)合自身的條件，選出一個較為好的方案進行設(shè)計。第四、五章，電路的制作、調(diào)試部分以及對做出的實物做以介紹，這是本次設(shè)計的重點部分，主要介紹電路制作軟件PROTEL環(huán)境下，設(shè)計出的原理圖，PCB圖。以及設(shè)計修改，印刷電路板的制作，元器件的選用和焊接。數(shù)據(jù)參數(shù)的評估以及電路的通電調(diào)試，整體

16、系統(tǒng)的運行測試及相關(guān)的整體美觀、細節(jié)設(shè)計，進一步趨向工業(yè)成品。2報警器相關(guān)元件介紹2.1 紅外射線原理紅外線是由英國科學(xué)家霍胥爾 1800年發(fā)現(xiàn)的,它是太陽光線眾多不見光中的一種,也被稱為紅外熱輻射,他用三棱鏡將太陽光分解,并在不同顏色的色帶位置放置溫度計,熱效應(yīng)試圖測量各種顏色的光。結(jié)果表明,位于紅光外側(cè)的那支溫度計升溫最快。由此得出結(jié)論：太陽光譜中的紅光的外側(cè),必須有一個看不見的光,這就是紅外線。也可以作為傳輸媒介。太陽光譜紅外波長比可見光波長,波長為0.75 1000m .紅外可以分為三個部分,即近紅外，波長介于0.75 1.50m之間,中紅外線,波長介于的1.50 6m之間,遠紅外線,

17、波長介于的6 um l000um之間。在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線。所有高于絕對零度（273）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠紅外線。 圖1 可見光譜圖近紅外線或稱短波紅外線，波長0.761.5微米，穿入人體組織較深,約510毫米；遠紅外線或稱長波紅外線，波長1.5400微米，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2毫米。2.2二極管原理及特性半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管(diode)；它是只往一個方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個零件號接合的2個端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流

18、動或不流動的性質(zhì)。2.2.1二極管的工作原理半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管(diode)；它是只往一個方向傳送電流的電子零件。它是一種具有1個零件，接合的2個端子的器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質(zhì)。晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強， 圖2常見二

19、極管圖示形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。 2.2.2二極管的特性 幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。 二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類型）正向管壓降0.7V，發(fā)光二極管正向管壓降為1.7V。2.2.3二極管的應(yīng)用1整流二極管使用二極管的單向?qū)щ娦?可以把方向交替改變的交流電變成一個單一方向的脈動直流電。2開

20、關(guān)元件二極管在正向電壓的作用下,電阻很小,在導(dǎo)通狀態(tài),相當于接通的開關(guān),加反向電壓時,電阻非常大,處于截止狀態(tài),就像一個斷開的開關(guān)。利用二極管的這個開關(guān)特性,可以形成不同的邏輯電路。3限幅元件二極管的正向電壓降保持不變(硅管是0.7 v,鍺管是0.3 v)。使用這個特性,限制元素作為電路,信號振幅可以在一定范圍內(nèi)是有限的。4繼流二極管在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。5檢波二極管在收音機中起檢波作用。6變?nèi)荻O管用于電視調(diào)諧器。7顯示元件用于電視顯示器上。2.2.4二極管的導(dǎo)電特性 二極管最重要的特征就是單向?qū)щ娦?。在電路?電流只能從二極管陽極流入,陰極流出。下面的簡單的實驗

21、顯示了積極和反向二極管的特性。 1正向特性 在電子電路中，將二極管的陽極與高電位相連,負極連接低電位,二極管就會導(dǎo)通，這種連接稱為正向偏置。但是，當二極管正向電壓非常小,二極管仍然不能導(dǎo)通,正向流過二極管的電流很弱。只有當正向電壓達到一定值(該值稱為“閾值”,鍺管約為0.2 v,硅管約0.6 v),二極管才能真正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管的電壓基本不變(鍺管約為0.3 v,硅管約0.7 v),被稱為二極管“正向壓降”。2反向特性在電子電路中，二極管陽極與低電位相連,陰極連接高電位,此時，二極管幾乎沒有電流通過,此時二極管處于截止狀態(tài),這種連接模式,稱為反向偏置。二極管反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流

22、通過二極管,稱為漏電流。當二極管的反向電壓增加到一定數(shù)值時,反向電流會急劇增加,二極管將失去單一方向的導(dǎo)電性質(zhì),這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。2.2.5本次設(shè)計使用到的幾種二極管1穩(wěn)壓二極管：又叫齊納二極管，此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。2 發(fā)光二極管：它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED

23、。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。2.3三極管原理及特性2.3.1三極管的工作原理 晶體三極管(以下簡稱三極管)按材料分為兩類:鍺和硅管。每一種又有NPN型和PNP型兩種結(jié)構(gòu)形式,但最常用的是硅NPN型和PNP型兩個三極管,除了電源極性不同,其工作原理

24、都是相同的,下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。 當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。 在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）極基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ?/p>

25、擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。 由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo。三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?.3.2三極管的主要參數(shù)a. 特征頻率fT:當f= fT時,三極管完全失去電流放大功能.如果工作頻率大于fT,電路將不正常工作.b. 工作電壓/電流:用這個參數(shù)可以指定該管的電壓電流使用

26、范圍.c. hFE:電流放大倍數(shù).d. VCEO:集電極發(fā)射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時的飽和電壓.e. PCM:最大允許耗散功率.f. 封裝形式：指定該管的外觀形狀,如果其它參數(shù)都正確，封裝不同將導(dǎo)致組件無法在電路板上實現(xiàn)2.3.3三極管的基本放大電路基本放大電路是放大電路的基本結(jié)構(gòu),是構(gòu)成一個復(fù)雜的放大電路的基本單元。它利用雙極型晶體管的輸入電流控制輸出電流,或場效應(yīng)晶體管的輸入電壓來控制輸出電流的特性,實現(xiàn)信號的放大。 基本放大電路是由一個晶體管或一個場效應(yīng)晶體管組成的放大電路。從電路的角度來看,可以將放大電路看作一個雙端口網(wǎng)絡(luò)。放大效應(yīng)表現(xiàn)在以下方面:1. 主要由控制晶體管或場效應(yīng)晶

27、體管放大電路放大微弱信號,輸出信號是電壓或電流振幅放大,輸出信號的能量得到了加強。 圖3 放大電路結(jié)構(gòu)示意圖2.4下面介紹本次設(shè)計中使用到的主要電子芯片的性能及參數(shù)2.4.1 四2輸入與非門CD4011(1)當X=0、Y=0時，將使兩個NAND門的輸出均為1，違反觸發(fā)器的原則，就會禁止使用。如真值表第一列所示。 (2)當X=0、Y=1時，由于X=1導(dǎo)致NAND-A的輸出為“1”，使得NAND-B的兩個輸入端均為“1”，因此NAND-B的輸出就會為“0”，如真值表第二列所示。(3)當X=1、Y=0時，由于Y=0導(dǎo)致NAND-B的輸出為“1”，使得NAND-1的兩個輸入均為1，因此NAND-A的輸

28、出就會為“0”，如真值表第三列所示。 (4)當X=1、Y=1時，因為一個1不會影響NAND門的輸出，所以兩個NAND門的輸出均處于不改變狀態(tài)。管腳功能：1A 數(shù)據(jù)輸入端 2A 數(shù)據(jù)輸入端 3A 數(shù)據(jù)輸入端 4A 數(shù)據(jù)輸入端 1B 數(shù)據(jù)輸入端 2B 數(shù)據(jù)輸入端 3B 數(shù)據(jù)輸入端 4B 數(shù)據(jù)輸入端VDD 電源正 VSS地 1Y 數(shù)據(jù)輸出端 2Y 數(shù)據(jù)輸出端 3Y 數(shù)據(jù)輸出端 4Y 數(shù)據(jù)輸出端VDD電壓范圍：0.5V 18V功耗：雙列普通封裝 700mW小型封裝 500mW工作溫度范圍：CD4011BM： -55 +125 CD4011BC ：-40 +85  3設(shè)計思路3.1設(shè)

29、計方案與論證紅外報警器分為主動和被動紅外報警、紅外報警。方案一:主動紅外報警器 報警器由發(fā)射機和接收機組成，發(fā)射機是由電源和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成,接收機是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器構(gòu)成。主動紅外報警器是一個紅外光束被阻塞報警，紅外發(fā)射機在激發(fā)的發(fā)光二極管的激勵下,通過紅外光束調(diào)制的波長(在0.8 0.95微米)范圍,通過平行光發(fā)射到光學(xué)系統(tǒng)。再由接收器接收,接收方的紅外線經(jīng)光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為信號，再經(jīng)過處理電路，從而報警器報警。發(fā)射機發(fā)出的紅外線接收器通過安全區(qū)域,形成了一個警戒線。在正常情況下,由接收器接收到的光信號是穩(wěn)定的,當他們?nèi)肭志婢€,紅外光束被阻塞,接收機接收到的紅外

30、信號從而變化,這種變化,放大和適當調(diào)整后,傳送給控制報警信號的控制器。這種主動紅外報警器主要應(yīng)用在邊防警衛(wèi),十倍以上的距離可以采用被動紅外檢測。方案二:被動紅外報警 主要是根據(jù)外部紅外能量的變化來確定周圍是否有人。人體是一個紅外體，在環(huán)境中要散發(fā)大量的紅外能量,當人們通過檢測區(qū)域時,散發(fā)紅外能量是不同的,通過系統(tǒng)的分析然后報警。恒溫的身體,一般約37度,它發(fā)送的紅外波長大約為10um,人類發(fā)射約10m紅外通過傳感器收集來源菲涅爾濾光片增強。熱電元件使用紅外傳感器,該元件接收到人體紅外輻射溫度的變化將會失去平衡,向外釋放電荷,后續(xù)電路測試應(yīng)用后即可產(chǎn)生報警信號。綜合上述兩種方案,方案一簡單、方便

31、、實用、易于實現(xiàn);方案二是更強大,監(jiān)測范圍精度高,但不容易實現(xiàn)。因此,從各方面考慮，選擇方案一還是比較可行而且花費較小的投資就可以實現(xiàn)的。3.2設(shè)計思路圖4報警器設(shè)計思路這個設(shè)計思路如上所示。開通電源，紅外發(fā)射電路發(fā)射紅外(電子信號轉(zhuǎn)化為光信號),接收電路接收到紅外并且轉(zhuǎn)換成電信號。芯片CD4011邏輯輸出在高電平,電路不報警,當發(fā)射管和紅外接收管被阻塞,CD4011邏輯處理輸出低電平,從而報警。4系統(tǒng)模塊化設(shè)計及整合實現(xiàn)模塊的重用可以大幅度的降低設(shè)計成本,只要模塊驗證成熟之后,就可以大大增加采購量,直接降低采購和物流成本,生產(chǎn)模塊驗證成熟之后,可以大大降低由于推出新產(chǎn)品而導(dǎo)致的生產(chǎn)系統(tǒng)上的調(diào)

32、整頻率,使新產(chǎn)品更容易生產(chǎn)、更新,可以降低生產(chǎn)成本,有很多產(chǎn)品可以采取平臺與平臺之間互換模塊,這樣可以降低售后服務(wù)成本,有利于企業(yè)團隊的分工,規(guī)范不同團隊間的信息接口，進行更為深入的專業(yè)化研究和不同模塊系統(tǒng)的并行開發(fā)。另外抽象平臺和模塊的建立，可以實現(xiàn)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)之間的交互，使并行工程擁有實施的根基，工藝、財務(wù)、采購和售后服務(wù)可以在產(chǎn)品研發(fā)早期就介入產(chǎn)品研發(fā)項目；標準規(guī)范的模塊接口有利于形成產(chǎn)品的供應(yīng)商規(guī)范；有利于產(chǎn)業(yè)分工的細化。4.1各部分模塊電路圖 圖5紅外感應(yīng)電路模塊 圖6 總電路圖 電路主要由電源電路、紅外發(fā)射電路、接收電路、邏輯處理電路和報警電路。VT7,VT8和相關(guān)組

33、件多諧振蕩器,值的振蕩頻率是由R14、R15,C8,制備過程。振動信號從VT7收集器通過基地R17 VT6輸入,VT6放大驅(qū)動紅外發(fā)射管信號到外部世界。當對象之間傳輸管不是和接收管,紅外線發(fā)射接收信號D7,VT1,VT2兩級放大器,變成一個倍壓器整流電路從VT1收集器C4耦合,形成直流控制電壓,VT5飽和度傳導(dǎo),IC1 8日銷9低電平輸入,“非”邏輯處理,10英尺高輸出,IC1 3英尺高輸出水平。這高水平通過R8 IC1把13腳水平,以維持高水平輸出3英尺,另一種方式繼續(xù)VT3,報警電路不工作。 當發(fā)射管和接收管對象,紅外信號傳輸阻塞,D7沒有收到信號,信號的倍壓整流電路輸出很低,VT5是,電

34、路狀態(tài)變化,IC1銷12低,銷3輸出低電平。低電平信號的R8 IC1 13英尺到一個較低的水平。如果12腳水平為高,但門的關(guān)系,只要一個輸入較低,產(chǎn)量高,所以輸出狀態(tài)被鎖定后,將保持銷3輸出低水平;同時,VT3飽和傳導(dǎo),報警電路,喇叭會發(fā)出警報。這個報警信號產(chǎn)生電路采用一種特殊的音樂集成電路,功率將產(chǎn)生報警音頻信號,VT4功率放大驅(qū)動揚聲器的發(fā)音。解除警報,必須有兩個條件:一是正常接收到紅外信號,二是IC1 13腳必須被迫進入一個高水平的信號。電路的復(fù)位按鈕打開輸入信號使13引腳處于高電平狀態(tài)。4.2電路元器件的規(guī)格與材料清單材料清單：序號標識元件名稱型號規(guī)格數(shù)數(shù)量1R1、9、14、15電阻1

35、00K52R2、電阻56023R3、4、12電阻1.2M34R5電阻200K25R6、13電阻10K36R7、8、11電阻22K57R10電阻2M18C1、C5電解電容220uF/25V2 9C3、4、6、7瓷片電容1034 10C5、8電解電容10uF/16V2 11C9、11瓷片電容104212C1、2、12電解電容10uF/16V313L1三腳電感100K114Y1熱釋電傳感器115VT2三極管9013116VT1三極管9014117LC1BISS0001-118LC2報警芯片-119- 拔動開關(guān)-120-電池正極片-121-電池負極片 -122-F2.5*5自攻絲 -323-5厘米細線

36、424-菲涅爾透鏡15系統(tǒng)的安裝調(diào)試與實物5.1 電路的制作與安裝 如圖所示為本設(shè)計的印刷電路板。元件均有標識,只需按照以上電路圖正確安裝,就可以完成整個制作。其中一些組件的安裝需要注意以下幾點:1元件安裝在嚴格按照電路板安裝,極性元件注意不要裝反。2鬧鐘鈴聲音樂集成電路安裝IC3,其振蕩電阻R22直接安排在IC3;然后使用電阻器從IC3焊針,然后與電路板連接。3紅外發(fā)光管和接收管安裝時，要留有足夠的長度,焊接好后折彎,保持與電路板水平。4本制作的電源可采用功率不小于2W，電壓為912V的變壓器。在一些有直流穩(wěn)壓電源的場所，可直接用912V的直流電源進行供電。5報警芯片上焊上一只100K的電阻

37、。起到保護芯片的作用，如果不采用這種方式，無法保證芯片長時間運作。6三腳電感在插件時注意，長腳必須插在標有長腳標識的孔內(nèi)，電路板焊接完畢后，即可以進行安裝。5.2設(shè)備調(diào)試的功能1安裝好所有組件，接通電源,電源指示燈亮,用萬用表測量電壓C1,正常情況下大約是5 v。如果不能實現(xiàn),應(yīng)該仔細檢查下是否把IC2反加載,四個整流二極管是否有反安裝。2報警電路調(diào)試:IC1線將8,9引腳與地短接,電源打開時,報警電路不能工作。如將VT3 C,E極短接，這個時候可以聽到報警喇叭的聲音,如果沒有聲音,應(yīng)該仔細檢查音樂電路是否安裝錯了,揚聲器連接是否正確。3發(fā)射機:所有組件安裝好后,用5 v直流電源供電,用萬用表

38、測量VT7或VT8基極對地電壓,如果為負,說明晶振啟動,啟動電路正常工作。4紅外接收電路調(diào)試:8、9引腳與地上的短接線先不要移除,接通發(fā)射機電源,紅外管對齊,距離可以近一些,測量C7兩端電壓,正常沒阻塞的情況下,電壓大于0.6 v;紅外線受阻時,電壓低于0.5 v。如果它符合這個規(guī)律,說明紅外接收電路正常工作,否則再仔細檢查這部分電路組件安裝防焊,焊縫或焊接等。5恢復(fù)所有電路,然后接通電源,如果報警,按下復(fù)位按鈕,報警就會停止,逐漸拉開紅外對管的距離,注意一定要對齊。為了方便調(diào)試,這里的連接線是50厘米,然后阻擋住紅外線,報警器就會開始報警,松開阻擋物,以然報警,按下復(fù)位按鈕后就會解除報警。如

39、果功能正常,調(diào)試完成。5.3設(shè)備功能擴展 本設(shè)計為紅外防盜報警器。因為紅外線肉眼是看不見的,但使用過程中發(fā)射和接收管必須在同一水平線方可實現(xiàn)上述功能，這一點在調(diào)試的過程中一定要注意，如果不在同一水平線或偏離較遠都是不能夠?qū)崿F(xiàn)的。為了方便調(diào)試的成功,對射管應(yīng)控制在50厘米范圍（如果可以解決上述問題的干擾，可以適當?shù)脑黾舆@個距離）。 基于上述設(shè)計,在實際的使用過程中，可以通過加大發(fā)射管的功率,選用高增益一體化紅外接收頭等方法來增加對射距離,這樣，本設(shè)計就可以被廣泛地應(yīng)用到更多的領(lǐng)域、更多的行業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到行程控制、直徑限制、轉(zhuǎn)速檢測、氣流量控制等各個方面，我相信隨著這種技術(shù)越來越成熟，將來這種技術(shù)會應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。5.4實物圖 圖7 部分元件焊接圖 圖8 家用光電開關(guān)控制報警器實物圖6 設(shè)計結(jié)論從2013年12月開始構(gòu)思論文框架到現(xiàn)在2014年5月份，從最初的收集材料到現(xiàn)在論文的完成，這段時間經(jīng)歷最初的茫然、過程的艱辛和最終的收獲，讓我深深體會理論和實踐的差距，把理論上的知識應(yīng)用到實踐中需要的是更多的融會貫通。從畢業(yè)論文的構(gòu)思開始到現(xiàn)在的這段時間里，我主要完成了以下任務(wù)：（1） 使用Protues軟件畫出光電開關(guān)報警器的電路圖和PCB版，可以打樣PCB樣版。（2） 整理出整個光電開關(guān)所需的元器件，買來元器件在PCB樣板上用烙鐵進行焊接。（3）對焊接好