第六组-红外线探测报警器实验报告.doc

广东药学院

课 程 设 计
红外线探测防盗报警器
班级: 生物医学工程10（医学影像技术方向）
姓名：李媛 卜建树 卜芸蕾 黄晓燕 张海燕
指导老师：余华芳，张利民

2012年12月27日

目 录
摘 要 3
电路设计背景 3
调制和调试方法 3
设计目的 4
设计内容及要求 4
电路组成及框图 4
红外线探测防盗器的基本原理 5
实习结果及误差分析 9
心得体会 9
附录1元器件 10
参考文献 11

红外线探测防盗报警器
摘要
本文首先介绍了此次生产实习的主要任务—用所学知识设计制作一个红外线探测防盗器，用Multisim软件完成电路设计和仿真，完成所设计电路的焊接和调试。论文分析了该报警电路各部分的工作原理和所能实现的功能，给出了各个元件的参数，对主要元器件进行了介绍，并用Multisim软件画出电路图。最后给出了报警电路总图，分析了该电路所能实现的功能，列出元件清单，对所制作电路进行测试，记录结果，分析误差出现的原因，写出生产实习心得体会。
关键词：红外探测器 电路 设计

电路设计背景
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器，也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器，超声波防盗报警器,红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器，红外报警器，红外线声光报警器。
其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。

制作和调试方法
制作时，在IC1传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1－10Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方7－10m处走动，调整电路中的R12，使讯响器报警即可。其它部分只要元器件质量良好且焊接无误，几乎不用调试即可正常工作。本机静态工作电流约10mA，接通电源约1分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1分钟停止报警。如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。

红外线探测防盗器

一、设计目的
1、掌握红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉实用电路设计的一般过程。
2、训练及提高学生综合运用所学知识进行电路设计的动手实践能力。
二、设计内容及要求：
1、设计内容：
要求用所学的专业知识以及查阅有关资料设计一台红外线探测防盗器，而且要完成电路的装配和调试。该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
2、设计要求：
★　掌握红外发送与接收技术；
★　采用脉冲式发射以尽量增加作用范围；
★　考虑抗干扰措施；
★　采用合理的声光报警方案；
★　设计、实现该系统；
★　撰写设计报告。
三．电路组成及框图
随着电子技术的飞速发展和日益普及，电子报警器已经在各企业事业单位和人们的日常生活中得到广泛的应用，红外线报警器可监视几米到几十米范围内移动的人体，当有人在该范围内走动时，发出报警。其电路的组成框图如图2-1所示。
比较器
传感器
电源
基准电压
延时电路
放大滤波

图2-1 报警器电路的组成图
1．电源：通过交流电经变压器的变压、桥式二极管的整流、电容的滤波、稳压器的稳压得到5V的直流电压。
2．传感器：传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件。
3．放大滤波：是由集成运算放大器LM358和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用。
4．比较器：这里采用的是LM393，把电路中的基准电压U1和U2作为参考电压（U1>U2）与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况。

四、红外线探测防盗器的基本原理
1、红外线传感器
红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。
2、信号放大电路

图1
信号放大电路如图1，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由 IC2A①脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。
3.电压比较器

图2
电压比较器如图2，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A①脚输出的信号电压到达IC2B的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较， 此时IC2B的⑦脚由原来的高电平变为低电平。
4、报警延时电路
图3
如图3，IC4A LM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC2B的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变， 故通过R14向 C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。
5、开机延时电路

图4
如图4，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3--78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。
6、12V电源电路
由功率为12V 5W的变压器，电桥等组成，为报警电路提供12V的电压源。

如图5
7、红外探测报警电路

图 6
五、实习结果及误差分析
通过对电路板的分析和调试，最终该电路可实现如下功能：在接通电源并触碰红外线探测器IC1后，经过一段时间的延迟蜂鸣器发出报警声，持续时间平局为40秒左右，延迟时间平均为1分15秒。 
六、心得体会
在这个报警电路的设计制作工程中，我们耗费了较大的人力和物力。在设计完电路图后，基本的理论工作已经完成，接下来是动用工具进行焊接了，这对我们焊接电路板的能力有不小的要求，在电路布线上既要做到准确到位又要保证元件布局合理美观大方。在没有印制电路板的情况下，为节省焊接时间，我们必须学会如何巧妙的利用普通板上已有的线路。在焊接时务必小心认真，避免虚焊、漏焊、错焊。同时正确选择元件，避免弄混弄错，尽量一次焊。完成焊接后就要进行调试，我在调试时为避免变压器输出电压过大将报警电路烧坏，先测试了电压源电路的输出电压，约为16.7V，基本符合要求。在接好电源电路后，报警电路曾先后出现不报警、不延迟即报警等问题。在对电路反复检查，核对，分析之后逐一排除了这些问题，最终该报警电路达到了比较理想的效果。
通过此次生产实习一方面提高了综合运用所学知识进行电路设计的动手实践能力。一方面掌握红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉实用电路设计的一般过程。

附录
一．元器件选择与制作
元器件清单见下表：
编号
名称
型号
数
量
编号
名称
型号
数
量
R1
电阻
47K
1
C10
电解电容
470u/25V
1
R2
电阻
1M
1
C11
涤纶电容
0.1u
1
R3
电阻
1K
1
VD1-VD5
整流二极管
IN4001
5
R4
电阻
4.7K
1
U
全桥
2A/50V
1
R5、R6、R9、R12、R13、R15
电阻
100K
6
VT1
晶体三极管
9014
1
R7、R10、R11、
R17
电阻
10K
4
VT2
晶体三极管
MPSA13
1
R8、R16
电阻
300K
2
VT3
晶体三极管
8050
1
R14
电阻
470K
1
IC1
红外线传感器
Q74
1
R18
电阻
2.4K
1
IC2
运算放大器
LM358
1
R19
电阻
220Ω
1
IC3
比较器
LM393
1
R20
电阻
560K
1
IC4
三端稳压器
78L06
1
C1、C2、C6、C8、C9
电解电容
47u/16V
5
BL
电磁讯响器
U=12V
1
C3、C5
电解电容
22u/16V
2
T
电源变压器
12V 5W
1
C4
涤纶电容
0.01u
1
S
钮子开关

1
C7
电解电容
220u/16V
1

IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。IC2采用运放LM358，具有高增益、低功耗。IC3、IC4为双电压比较器LM393，低功耗、低失调电压。其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。R12是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型制作时，在IC1传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1－10Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方7－10m处走动，调整电路中的R12，使讯响器报警即可。其它部分只要元器件质量良好且焊接无误，几乎不用调试即可正常工作。
本机静态工作电流约10mA，接通电源约1分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1分钟停止报警。如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。

二．参考资料
   1、LM358
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
特性(Features): 内部频率补偿 直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(3—30V)； 双电源(±1.5一±15V) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V) 。LM358引脚排列图：

图7 LM358引脚图

2、LM393

图8 LM393引脚
（1）LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达2.0的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。
（2）各引脚功能：
8 脚电源＋，4 脚电源－，1 脚比较器 A 输出，2脚比较器 A 反相输入，3 脚比较器 A 同向输入，5 脚比较器 B 同向输入，6 脚比较器 B 反相输入，7 脚比较器B输出。
3.78L06
78L06为单片3端固定正稳压电路，应用范围广。可提供6V的输出电压，输出电流超过100mA。内含过流、过热和过载保护电路，以增强该电路性能。
VIN——输入电压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30V
Tamb——工作环境温度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ -20~85℃
Tstg——贮存温度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ -55~150℃
Tj——结温⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ -55~150℃

4.三极管9014

5．三极管MPSA13

6．三极管8050
8050三极管参数:类型:开关型; 极性:NPN; 材料:硅; 最大集存器电流(A):0.5 A; 直流电增益:10 to 60; 功耗:625 mW; 最大集存器发射电（VCEO）:25; 频率:150 KHz。

7．三极管管脚识别方法
　　三极管管脚识别方法：　
　　(a) 判定基极。用万用表R×100或R×1k挡测量管子三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极而第二表笔先后接触另外两个电极 均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值 都较小，则可判定被测管子为PNP型三极管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管如 8050，9014,9018。
　　(b) 判定三极管集电极c和发射极e。(以PNP型三极管为例)将万用表置于R×100或R×1K挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的 两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。
　　D 不拆卸三极管判断其好坏的方法。
　　在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上，由于元件的安装密度大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量被测管子各引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断三极管的好坏。
　　如果是像8050 ，9014一样NPN的用万用表检测他们的引脚，黑表笔接一个极，用红笔分别接其它两极，两个极都有5K阻值时，黑表笔所接就是B极。这时用黑红两表笔分别接其它两极，用舌尖同时舔（其实也可以先用舌头舔湿一下手指然后用手指去摸，反正都不卫生）黑表笔所接那个极和B极，表指示阻值小的那个黑表所接就是C 极。（以上所说为用指针表所测，数字表为红笔数字万用表内部的正负级是和指针表相反的。）