人体感应报警器设计毕业设计论文.pdf

0/56目录目录目录.0摘要.2第 1 章 引言.11.1 设计概述.11.2 设计目标与意义.11.3 章节安排.2第 2 章 方案论证与选型.32.1 设计任务分析.32.2 方案论证与选择.32.2.1 方案一.32.2.2 方案二.42.2.3 方案三.42.3 方案确定.4第 3 章 电路设计.53.1 电路分析.53.1.1 设计原理.53.1.2 电路框图.53.2 稳压电源电路的设计.63.2.1 变压部分.63.2.2 整流部分.73.2.3 滤波部分.93.2.4 稳压部分.93.3 人体感应信号采集处理电路的设计.113.3.1 人体信号感应电路.123.3.2 人体信号采集处理电路.143.4 控制电路的设计.183.4.1 报警信号产生电路.183.4.2 多谐振荡电路的设计.193.5 声光报警电路.233.5.1 报警驱动电路.243.5.2 报警控制电路.283.6 电路原理总图.30第 4 章 Multisim 电路仿真.314.1 Multisim 简介.314.2 仿真原理总图.334.3 各电路仿真说明.344.3.1 稳压电源电路.344.3.2 报警信号产生电路.364.3.3 声光报警电路.371/56第 5 章 产品调试.395.1 调试的设备.39表 5-1 调试设备.395.2 调试步骤.395.3 故障分析.40第 6 章 产品使用说明.416.1 功能描述.416.2 使用说明.42第 7 章 心得体会.44致谢.46参 考 文 献.47附 录.482/56摘摘要要在本文中，介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并报警的的设计。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警器，分析了该电路的功能和工作原理。通过介绍热释红外传感器的工作原理，给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中，从而实现了防盗报警功能，达到了安全防护之目的。该报警器能探测人体发出的红外线，由热释电红外人体感应传感器，电压比较器，NE556，防盗报警电路产生脉冲报警指示。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。这有效的保护了大家的财产安全和人身安全。关键字：热释电人体感应传感器 电压比较器 NE556 防盗报警电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1第第 1 1 章章引引言言1.11.1 设计概述设计概述近年来，随着社会经济的不断进步，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。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这一设计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格便宜、性能灵敏并且可靠性高的防盗报警器，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，此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。另外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电人体感应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。其中包括的被动式热释电型人体感应防盗报警器，也即是本文将研究的设计。本次设计是利用热释电红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器，不需要用红外线或电磁波等发射源，灵敏度高、控制范围大，隐蔽性好，可流动安装。在此次设计过程中，需要完成对参数的计算，元器件的选取，分析对比不同元器件的差异，最终确定整个电路的设计，设计完成后仿真，最后进行实物的制作与调试。1.21.2 设计目标与意义设计目标与意义本次设计旨在设计一个当有人出现在红外传感器感应范围内产生报警的设计，具体要求如下所示：使用 555 作为主要控制芯片，具有红外线感应，并在一定距离内实现多路防盗报警的报警器。1.感应距离可达到三米。2.在感应距离内，发出警报声，LED 灯交替闪烁。3.报警时，报警音频具有高低音交替报警的现象。4.具有多路防盗报警的功能。该设计在现代电子仪器中,是一类十分重要的仪器，随着电子技术与人类生张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书2活的紧密结合，各种防盗报警器应运而生，其红外报警功能的灵敏度高，隐蔽性好，越来越受到广大用户和专业人士的欢迎，因而具有广大的前景。利用热释电红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。与现有的各种防盗报警器比较而言，价格便宜、性能灵敏并且可靠性高，更加具有实用的现实意义。1.31.3 章节安排章节安排本设计报告大致可分为三大部分：第一部分：包含第一章及第二章；第二部分：包含第三章至第五章；第三部分：包括第六章及第七章。设计成果报告，内容具体组织安排如下：第一章，引言，主要介绍防盗报警器的发展历史，设计目标以及整体思路。第二章，方案论证与选型，介绍方案的选择和方案确定。第三章，硬件设计，是本次设计的硬件设计部分，主控模块和原理图。第四章，电路仿真，是本次设计的仿真电路部分。第五章，产品调试，是本次设计整体调试和故障分析。第六章，使用说明，是本次设计的产品使用说明。第七章，心得体会，是本人对本次设计的心得体会与总结。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书3第第 2 2 章章方案论证与选型方案论证与选型2.12.1 设计任务分析设计任务分析本次课题设计的是人体感应防盗报警器，为了完成如下的设计要求，我们需要采用整个电路设计可分为以下几个单元电路：热释电人体感应传感器、方波脉冲产生电路、电压比较器、逻辑电路和 LED 报警电路等。使其可以适用于家庭防盗报警以及各种环境下的防盗报警功能。人体感应防盗报警系统需要报警器在 3 米及 3 米以内的距离，通过热释电人体感应传感器感应到人时发出警报声，并且在感应距离内 LED 灯不断交替闪烁，报警时音频高低音交替发声。在感应距离内，如果遮住一个人体感应传感器，报警器依旧具有报警功能。回顾我们所学的内容，可以通过许多路径实现人体感应报警器的设计。例如运用硬件设计和软件设计相结合的方式搭接电路，其中软件设计由单片机作为主要设计方案，其中模块可划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED 控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用；同时本次设计也可以使用纯硬件的方式搭接电路，利用模拟数字电子电路构成被动红外线感应报警器。此系统主要有热释电传感器、信号放大电路、电压比较器、逻辑电路、声光报警电路，和电源电路组成。采用单片机设计，系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强等，而使用纯数字电路设计提高动手能力与技巧。2.22.2 方案论证与选择方案论证与选择经过对设计任务的分析以及大量的查询资料和老师的指导。我们有以下 3 套方案可以完成本设计要求：方案一：选用模拟数字电路构成被动红外线感应报警器。方案二：选用模拟电子电路构成主动红外入侵报警器。方案三；选用 C 语言 AT89C51 单片机来制作。2.2.1 方案一利用模拟数字电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有热释电传感张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书4器、信号放大电路、电压比较器、逻辑电路、声光报警电路，和电源电路组成。被动红外线感应报警器的红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生输出报警信号。2.2.2 方案二利用模拟电子电路构成主动红外入侵报警器。主要由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成。接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远。2.2.3 方案三基于单片机的红外感应报警器。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED 控制电路及相关的控制管理软件组成。基于单片机的红外感应报警器特点是用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。2.32.3 方案确定方案确定经过考虑，方案二的主动式红外线报警器的硬件电路相比于方案一较为复杂。方案三的单片机芯片相对于模拟电子器件而言成本较为昂贵，并且单片机的软件编程对于时间的处理不够准确。由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用，基础，价格便宜的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。最终采用方案一。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书5第第 3 3 章章电路设计电路设计3.13.1 电路分析电路分析3.1.1 设计原理本设计由热释电传感器、信号放大电路、电压比较器、逻辑电路、声光报警电路和电源电路组成。稳压电源电路采用传统变压器进行降压，通过整流滤波稳压电路输出稳定的直流电源向各模块供电，热释电传感器采集人体信号，内部进行放大处理输出一个电压信号，当有人经过时会输出高电压，没人时会输出低电压，通过电压比较器电路比较输出一个高低为 0V，+5V 的 TTL 电平，控制声光报警电路的置位端，有人时输出高电平控制 NE556 时基电路的置位端复位，电路工作，输出报警脉冲信号控制 LED 灯和喇叭，达到报警效果。3.1.2 电路框图本设计为人体感应防盗报警器，要求除在感应范围内警报声响起 LED 灯交替闪烁外，还需要具有多路报警功能。因此，我们打算分为热释电传感器、信号放大电路、电压比较器、逻辑电路、声光报警电路和电源电路这六个模块进行设计。以下本电路的原理分析及：图 3-1电路总图设计框图热释电传感器 2稳压电源电路热释电传感器 1电压比较器声 光 报 警 电路或门逻辑电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书63.23.2 稳压电源电路的稳压电源电路的设计设计稳压电源电路是本设计中不可缺少的一部分，稳压电源电路采用传统变压器进行降压，通过整流，滤波，稳压电路输出稳定的直流电源向各模块供电。具体框图如下：图 3-2 稳压电路图3.2.1 变压部分1.原理分析：由于我们直接利用的电源是来自室电的频率为 50Hz 电压为 220V 的交流电，而我们在系统中需要用到的是低压的直流电源，因此需要首先将交流电压进行变压处理，依据我们所学的电路知识，我们首先想到的便是将交流电通过电感线圈进行变压，也就是我们统称的变压器，通过不同的匝数比，将电压进行变换。2.电路图：通过上述的设计分析，我们可知变压器主要是由两组电感线圈组成，简化电路图如下 3-3 所示。图 3-3 变压部分电路图3.变压部分参数计算：电源变压器的作用是将来自电网的 220V 交流电压 u1 变换为整流电路所需要的交流电压 u2。电源变压器的效率为：其中：P2 是变压器副边的功率，P1 是变压器原边的功率。一般小型变压器电源变压器整流电路滤波电路稳压电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书7的效率如表 1 所示：表 1 变压器表格副边功率10VA1030VA3080VA80200VA效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率 P2 后，就可以根据上表算出原边功率 P1。由于 LM7805 的极限输入电压为 36V，最低输入电压为 5V，故 LM7805 的输入电压范围为：即：取 U2=5变压器副边电流：I2=0.1A因此，变压器副边输出功率：I20.6由于变压器的效率小于，所以选用功率为 W10 的变压器。3.2.2 整流部分1.原理分析：整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪 70 年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。2.电路图：如下图所示：图 3-4 桥式整流张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书8整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。3.参数计算：当输入电压处于交流电压正半周时，二极管 D1、负载电阻 RL、D3 构成一个回路，输出电压 Vo=Vi-VD1-VD3。输入电压处于交流电压负半周时，二极管D2、负载电阻 RL、D4 构成一个回路，输出电压 Vo=Vi-VD2-VD4。由上述分析可知，二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值Vorsm=0.9Ursm。通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：桥式整流输出的是一个直流脉动电压。桥式整流电路的交流利用率为 100%。电容输出桥式整流电路，二极管承担的最大反向电压为 2 倍的交流峰值电压（电容输出时电压叠加）。桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。由于二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻 R 一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大，R 应选得越小。在本设计中直接选择制作好的整流桥来代替自己用二极管搭建整流桥的复杂过程，可以使得系统变得更加稳定。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书93.2.3 滤波部分1.原理分析：滤波电容的作用简单讲是使滤波后输出的电压为稳定的直流电压，其工作原理是整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，在充放电的过程中，使输出电压基本稳定。2.电路图：滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑，如下图3-5 所示图 3-5 滤波电路图3.参数计算：由于电容充电时间常数为 rDC，因为二极管的 rD 很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RC 为放电时间常数，因为 R 较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，滤波效果取决于放电时间常数。电容 C 愈大，负载电阻 R 愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大，因此采用一个大电容与一个小电容并联的形式，C1=220uF，C2=0.1Uf，通过如上的参数得到如下的波形图，可知参数选择合理。3.2.4 稳压部分1.原理分析：由于滤波后得到的电压仍然有很大的跳动，所以需要进一步处理，进行更精细的处理就需要用到稳压芯片进行处理，稳压芯片可以将具有较大脉动的电压转换成只有很小脉动的电压输出。2.电路图：在本电路中，选用 LM7805 作为此电路中的关键芯片。如下图 3-7 所示。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书10图 3-7LM7805 管脚图LM7805 是常用的三段稳压器件。用 lm78/lm79 系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 IC 型号中的lm78 或 lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 lm7805 表示输出电压为正5V，lm7909 表示输出电压为负 9V。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。根据 LM7805 典型电路得到如下电路图：图 3-8 稳压电路图LM7805 为三段式稳压器 Vin 和 GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C5 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。3.参数计算：LM7805 的输出电压 Uo 为 5V，最小输入输出压差为 3V，最大输入输出压差为 31，故 LM7805 的输入电压范围为 8VUi36V，本次设计 Ui=14.4V，在8VUi36V 安全范围内能够稳定的输出 5V 电压。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书114.工作原理分析：220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压 12V，再经过桥式整流电路D1D4 和滤波电容 C4 的整流和滤波，在固定式三端稳压器 LM7805 的 Vin 和 GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C5 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。如下图所示：图 3-9 稳压电源电路图中 LED3 为电源指示灯，R12 为限流电阻，保证 LED3 的正常安全工作。本稳压电源还可作为 TTL 电路或单片机电路的电源。3.33.3 人体感应信号采集处理电路的人体感应信号采集处理电路的设计设计人体感应电路是本设计核心内容，通过人体感应电路感应到信号，从而使整个报警器通过感应信号发出警报。其中分为两部分：感应电路和信号采集处理电路。其中感应电路主要由 LM393 和热释电传感器组成。信号采集处理电路由BISS0001 芯片和信号采集处理模块组成。如下图所示为人体感应信号采集处理电路，根据设计要求为两路防盗报警因此采用了两个热释电传感器，当 P1 或 P2 感应到人时，模块 out 端输出高电平3.3V，当没人时输出低电平 0V，由于 CD4011 输入端高电平最小值为 3.5V，因此设计了两路电压比较电路，比较输出为低电平 0V,高电平 5V 的 TTL 电平。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书12下图 3-2 由 LM393 电压比较器，R10，R11 为上拉电阻，查技术手册 LM393输出端为集电极开路输出。R8，R9 分压给 U3A，U3B 反相端参考电压，与热释电传感器输出端接运放的反相输入端进行比较，输出高低电平经或门电路控制报警电路。当没人时，热释电传感器输出低电平，由于 U3A 的反相端电压为 2.5V，小于反相端参考电压，输出低电平。当有人时，热释电传感器输出高电平，这时同相端 3.3V 大于反相端 2.5V，输出高电平。U3B 与 P2 的工作原理同上，两路人体感应信号送入由 CD4011 组成的或门电路，（由于没有或门逻辑芯片，因此采用 CD4011 组成）由或门电路的真值表可知，输入端只要有一路为高输出即为高，或门的输出端接 NE556 的 RES 复位端，高电平 NE556 就可以工作，因此只要 P1，P2 任意一个感应到人后就可以输出高电平进行报警。图 3-10 人体感应信号采集处理电路具体部分电路介绍如下：3.3.1 人体信号感应电路人体信号感应电路是由 LM393 比较器电路和热释电传感器组成的，由 LM393张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书13比较器比较输出电压的大小，再由热释电传感器感应到人体红外线。热释电传感器热释电传感器是本次设计的关键，只有此传感器才能感应到人体红外线。热释电红外传感器(简称 PIR)是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等，人体辐射的红外线中心波长为 910-um，而探测元件的波长灵敏度在 0.220-um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器，如图 3-11 所示。图 3-11 热释电传感器电流源的电流强度为 Is为：dTdAPItS)(式中:p 一自发极化强度对温度变化率，称为热释电系数LM393 比较器模块LM393，是双电压比较器集成电路。LM393是高增益，宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡，这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.010mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，并在引脚上加上电阻将引起输入输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书14图3-12 LM393比较器LED 灯的限流电阻 R=（U-UZ）/I，U 为 VCC 电压值，UZ 为 LED 的额定电压值，1 为 LED 灯的额定电流值。LED 采用 3mm 的普通发光管额定电压电流分别为 2V，3MA，那么 R=5-3/3=1K。LM393特点1.比较器数:22.工作温度范围:0C-+70C3.通道数:24.工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作。5.单电源：236V；6.双电源：118V；7.输入失调电压小：VIO=2mV；8.共模输入电压范围宽：VIC=0VCC-1.5V；9.电压比较器的功能：比较两个电压的大小（用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小）3.3.2 人体信号采集处理电路热释电人体信号感应处理模块张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书15热释电模块内部运行框图：热释电传感器模块，如下图 3-13 所示图 3-13 热释电传感器模块图人体信号采集处理模块在感应到有人进入其感应范围内时输入高电平，发出警报，当人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平，此时关闭警报菲涅尔透镜概述菲涅耳透镜片相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传感器上，菲涅耳透镜根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。人体信号采集处理模块由 BISS0001 芯片和热释电人体信号采集处理模块组成，其中 BISS0001 芯片是一款传感信号处理集成电路，将从热释感应器把红外线接收到信号传输到 BISS0001 里进行信号处理。BISS0001 芯片BISS0001 是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到 BISS0001 里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在 3V5V菲 涅尔 透镜热释电传感器比较器光 控电路输 出电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书16之间，当工作电压为 5V 时输出的驱动电流为 10MA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有 16 个管脚组成的一种集成块。如下图 3-14 所示为 BISS000 集成芯片的管脚图和 BISS0001 芯片在电路中的搭接图：图 3-14 BISS0001 集成芯片管脚图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书17表 2 管脚功能如下表所示引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当 A 为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由 VS 的上跳前沿触发，使 Vo 输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间 Tx 之外和无 VS 的上跳变时，Vo 保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间 Tx 的调节端4RC1-输出延迟时间 Tx 的调节端5RC2-触发封锁时间 Ti 的调节端6RR2-触发封锁时间 Ti 的调节端7VSS-工作电源负端，一般接 0V8VRFI参考电压及复位输入端。通常接 VCC，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当 VcVR 时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端，经 RB 接 VSS 端，RB 取值为 1M 左右。11VCC-工作电源正端，范围为 35V122OUT O第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUT O第一级运算放大器的输出端（续表）由图可见BISS0001 由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书18由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。而可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。3.43.4 控制电路的设计控制电路的设计3.4.1 报警信号产生电路报警信号产生电路主要是由 NE556 定时器，发光二极管和电阻电容构成。低频报警信号产生电路脉冲频率根据：T=0.7（R1+2R2）C1Fo=1/T=1/0.7(10K+2*100K)10uF=1HZ高频报警信号产生电路脉冲频率根据：T=0.7（R3+2R4）C1F1=1/T=1/0.7(1K+2*10K)0.1uF=1KHZ如下图 3-16 所示：低频报警信号以 NE556 的第一个定时器为核心组成多谐振荡器、电路只要一加上电压 VCC，1RES 为高电平，振荡器便能起振，刚通电时，由于 C1 上的电压不能突变，即 TR 脚电位的起始电平为低电位，使 NE555 置位，Vo 脚呈高电平。C1 通过 R1，R2 对其充电，当 Uc 上升到 2Vcc/3 时，使 Vo 为低电平，同时放电三极管 T 导通，此时电容 C1通过 R2 和 T 放电，Uc 下降，当 Uc 下降到 Vcc/3 时，Uo 翻转为高电平，电容器C1 放电所需时间为 Tpl=0.7R2C1当放电结束时，T 截止，Vcc 将通过 R1，R2 向电容器 C1 充电，Uc 由 Vcc/3上升至 2Vcc/3 所需时间为 Tph=0.7（R1+R2）C1当 Uc 上升到 2Vcc/3 时，电路又翻转为低电平，如此周而复始，于是在电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书19的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的振荡频率为 F=1.43/（R1+2R2C1高频报警信号以 NE556 的第二个定时器为核心组成的多谐振荡器，电路工作原理和以上一致。需要说明的是高频报警信号产生电路由低频报警信号产生电路控制，由 1OUT 接到 2CON。当 1OUT 为低电平时，经过 R 到 2CON，这时 2OUT 振荡频率就变低，当 1OUT 为高电平时，2OUT 振荡频率就变高。图 3-15 报警信号产生图具体电路介绍如下：3.4.2 多谐振荡电路的设计NE556 双定时器电路是高稳定控制器，能产生精确时间延迟或振荡，NE556含两个 NE555，对定时功能用一只外接电阻和电容，两个定时器共用一电源和地，相互独立工作。该电路能在下降波形触发与复位。输出端可吸收或供给 200mA电流。主要特性：1.直接替代 SE556/NE555张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书202.从微秒到小时定时3.可在单稳态或多谐振荡方式工作4.代替二只 555 定时器5.可调节占空比6.输出端可供给或吸入 200mA 电流7.输出和电源与 TTL 兼容8.温度稳定性优于 0.005%/C9.常开与常关输出端因为 NE556 为双 NE555 封装，因此在这里我们用两个 NE555 替代 NE556，如下图 3-16图 3-16我们只需对 NE555 的工作原理进行概述，如下图 3-17 所示，为 NE555 管脚图。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书21图 3-17 NE555 管脚图GND-地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。TR(触发)-这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于 2/3VCC，下缘须低于 1/3VCC。Vo(输出)-当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少 1.7 伏的高电位。周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200mA。RES(重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。VCo(控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。TH(重置锁定)-重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3VCC 电压以下移至 2/3VCC 以上时启动这个动作。DISC(放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON 时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF 时为 HIGH，对地为高阻抗。VCC(V+)-这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5V(MIN)至+16V(MAX)。将 555 定时器的阈值输入端 TH 和输入端 TR相连后对地接电容 C，电源VCC 通过电阻 R1、R2 与电容相连，放电端 DIS 和定时元器件 R1、R2、C 相接。脉冲宽度 TL0.7R2C，由电容 C 放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电容C 充电时间决定，脉冲周期 TTH+TL。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书22NE555 波形图：图 3-18 波形图NE555 定时器工作时过程分析如下：5 脚经 0.01uF 电容接地，比较器 C1 和 C2 的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当 VI12/3VCC，VI21/3VCC 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出高电平，基本 RS 触发器置 0，G3 输出高电平，放电三极管 TD 导通，定时器输出低电平。当 VI12/3VCC，VI21/3VCC 时，比较器 C1 输出高电平，比较器 C2 输出高电平，基本 RS 触发器保持原状态不变，555 定时器输出状态保持不来。当 VI12/3VCC，VI21/3VCC 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出低电平，基本 RS 触发器两端都被置 1，G3 输出低电平，放电三极管 TD 截止，定时器输出高电平。当 VI12/3VCC，VI21/3VCC 时，比较器 C1 输出高电平，比较器 C2 输出低电平，基本 RS 触发器置 1，G3 输出低电平，放电三极管 TD 截止，定时器输出高电平。输入由 0 开始逐渐增加，当输入的值0导通11截至1保持保持1不允许不允许3.53.5 声光报警电路声光报警电路1.原理分析：声光报警电路为本设计电路的重要组成部分，使报警器在感应范围内发处警报，并且通过 NE556 输出的高频低频的脉冲变化就能发出高低音交替的警报声，达到报警的目的声光报警电路由 CD4011。2.电路图：如下图所示，U2A 的 1A 1B 输入脚接在一起，把与非门电路当作一个非门电路使用，U2-B 也一样当作非门使用，当 NE556 的 1OUT 脚输出 1HZ 的矩形波脉冲时，LED1 和 LED2 将交替点亮，当 NE556 的 1OUT 输出高电平时，经过 U2A 时 1Y将输出低电平，LED1 正向导通，点亮，这时 U2-B 的输入为低电平，那么输出就为高电平，LED2 两端都是高电平截止不会被点亮。当 NE556 的 1OUT 输出低电平时，经过 U2A 时 1Y 将输出高电平，LED1 两端都为高电平不会被点亮，这时 U2-B的输入为高电平，那么输出就为低电平，LED2 正向导通点亮。周而复始交替点张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书24亮就可以报警提示。图中 R5，R6 为 LED 灯的降压限流电阻，保证 LED 的正常工作。其电阻值的计算公式为 R=(U-UZ)/I，U 为 VCC 电压值，UZ 为 LED 灯的额定电压值，I 为 LED 灯的额定电流值。图 3-19 声光报警电路如上图 3-20 所示：由三极管 Q1 组成的 BJT 开关电路，和 CD4011 共同构成了声光报警电路。具体部分电路介绍如下：3.5.1 报警驱动电路如图 3-20 由三极管 Q1 组成的 BJT 开关电路，控制喇叭 LS1 发声与不发声，图中 R7 电阻的另一端接 NE556 的 OUT2，当 NE556 输出高低频率时，喇叭会发出相应的高低音。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书25图 3-20 开关电路其中BJT 的开关作用对应于触点开关的断开和闭合，如同一个共发射极晶体三极管开关电路。晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状态。BJT为 NPN 型硅管。晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区。图 3-21 三极管由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为 0.6 伏特，因此欲使三极管截止，Vin 必须低于 0.6 伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使 Vin 值低于 0.3 伏特。(838 电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的