搜索
1设计目的1．1培养学生综合模拟、数字、高频电路知识，解决电子信息方面常见实际问题的能力，培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。1．2学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。1．3学会基本操作技能训练，如基本检测仪器的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行安装调试和数据处理等。1．4培养学生的创新能力。2技术指标与设计要求1.红外脉冲重复频率125Hz；2.实现报警锁定，声光报警方式任选；3.主要单元电路和元器件参数计算、选择；4.画出总体电路图；5.安装自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图，仔细检查，看是否有接错、漏接、虚焊的现象；6.调试电路；7.电路性能指标测试。3总体设计3.1总体框图系统由发射、接收放大、触发电路和报警电路等部分组成。如图一所示，发射部分包括振荡器件和红外发射二极管，发射红外调制光，在一定距离以外用光敏二极管接收调制光，在发射和接收系统之间有红外光束警戒线。当警戒线1被阻挡时，接收系统发出指示信号，此信号经放大，驱动报警电路发出报警信号。3.2总体思路该装置主要由红外发射电路和红外接收、报警电路两信号部分，将它们分别置于所要布置防盗地方的出口或入口的两侧，平时处于戒备状态。当红外光束通路被闯入者遮断时，报警电路就会发出报警信号。为加大红外控制的作用距离，可采用提高其瞬时发射功率、降低其平均发射功率的办法，这就是常采用的脉冲调制红外光方式。发射部分以555为核心组成单稳态多谐振荡器，要得到较好的传输距离和稳定的性能，必须将驱动红外线发射管工作的振荡电路频率调整在红外发射器件的工作频率附近，产生振荡频f=1/0.7(R1+2R2)C=1.43/(3k*4.7uf)=101.4Hz,555三脚输出低频的振荡方波，通过VT1去控制红外发光管工作。采用555电路组成的振荡器来调整红外发射器件的工作频率，在555电路中，可以通过电阻来减小红外信号的占空间比，从而可以尽可能地增加红外的防护范围。红外接收电路由红外线接收管，电压比较器等组成的。红外线接收管是与红外线发射管配套的，它将红外光脉冲转化为电脉冲信号，为使红外接收到的信号精确并且稳定，加进了CD4011，用其中的一部分对接收到的脉冲信号进行整形。经过整形后的脉冲2信号传输到由555定时器构成的单稳态可重复触发器，单稳态可重复触发器对其进行脉冲缺失检测，如果检测到有脉冲缺失，则发光二极管发光报警。当有人阻断红外信号，输出低电平的时候，就需要一个锁存电路来锁住这个低电平信号，即使这个人离开，报警也应该继续，直到人为的按动复位键才停止报警。采用CD4011另一部分将其接收到的信号进行锁定，以实现持续报警的目的。另外由于一开始输入的是低电平，所以需要一个开关控制电路转化成高电平。同时需加入一个复位开关，排除刚加电时的误报警。4单元电路设计4.1发射电路工作原理发射部分以555为核心组成单稳态多谐振荡器。（如图二（a）所示）图二（a）用555定时器组成的多谐振荡器3如图二（b）所示。多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于，Uo输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高，但只要，输出电压Uo就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。当电容C上的电压UC略微超过时(即U6和U2均大于等于时)，RS触发器置0，使输出电压Uo从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C通过R2和V1放电。随着电容C放电，UC下降，但只要，Uo就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当UC下降到略微低于时，RS触发器置1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图2(b)所示。4．2接收电路工作原理红外接收电路由红外线接收管，电压比较器等组成的。红外线接收管是与红外线发射管配套的，它将红外光脉冲转化为电脉冲信号，为使红外接收到的信号精确并且稳定，加进了CD4011，用其中的一部分对接收到的脉冲信号进行整形。红外线接收管和9013三极管组成了接收部分，如图三所示4红外接受管接收到了红外光就会有光电流产生，把光信号转变成电信号,构成了9013三极管的基极电流，由于三极管放大作用，于是在三级管的集电极形成了振荡信号（1+β）Ib，由于起初接收到的信号可能很微弱，所以需要将其一定的放大之后再通过重置送入报警电路。4．3报警信号的产生以及单稳态触发器的工作原理发射电路发射出了连续而稳定的光脉冲，接收电路在没有在没有物体当光的条件下接收了，发射电路所发射的所有脉冲波，但是在当物体挡在了，发射二级管和接收二极管的中间，并遮挡住2到3个以上的脉冲波时，接收电路就会出现脉冲波的缺失。下一步，就是要将这种缺失检测出来，我们知道单稳态触发器，一经触发，就进入了暂稳态，本设计采用了由555构成的可重复触发的单稳态触发器（下跳缘触发），接受脉冲波的示意图如图四所示。5遮光时间选得太短，会引起不必要的声光干扰，如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警；而遮光时间太长，则可能导致漏报。通常以10m/s的速度通过镜头的遮光时间，来定最短遮光时间。若人的宽度为20cm，则最短遮光时间为20cm/（10m/s）=20ms。大于20ms，即50Hz，系统报警；小于20ms则不报警。当v1输入负向脉冲后，电路进入暂稳态，555定时器内的管T断开，同时外接的管T导通，电容C放电。输入脉冲撤除后，外接的管T也断开,电容C充电，在vC未充到2/3VCC之前，电路处于暂稳态。如果在此期间，又加入新的触发脉冲，外接的管T又导通，电容C再次放电，输出仍然维持在暂稳态。只有在触发器脉冲撤除后且在输出脉宽tW时间间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回稳定状态。这种电路可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心律进行监视，当机器转速降到一定限度或人体的心律不齐时就发出警报信号。64．4报警信号的锁定与复位在报警信号出来以后，为了可重复触发的单稳态触发器状态的变化，所以需要把信号锁定。用反相器和与非门构成的简单结构，可以锁定单稳态触发器触发后的低电平信号，从而持续报警，如图六所示7当低电平信号从输入端输入以后，经与非门变成了高电平的信号，经反相器后又变作低电平信号，由反馈回路保证无论输入为高低电平,输出信号都为低电平从而实现了信号的锁定。图中虚线部分为复位控制，当刚加电时，可重复触发的单稳态触发器处于低电平状态，为报警信号，所以设定了一个开关。在起始的时候把开关断开，在接通电源以后，报警信号会自动动作，合上开关，使触发器处于暂稳态，虚假报警即可消除，然后再把开关断开，则可进入正常戒备状态。若正常报警一段时间后想消除该信号，合上此复位开关就行了。85．调试装置焊接完成之后，先根据实物连接图，将装置中的各个元件和它们相互的连接关系检察一遍，从而排除一些漏焊或者因为而导致的各种明显的错误。如果发现不出什么问题了就开始进入正式的调试。首先将电路通上五伏电源，这时发光二节管应处于亮状态，如果不亮则需要检查一下二极管的好坏，如果二极管正常，然后检查一下开关电路，是否出现了虚焊或者短路的现象。排除了障碍后，二极管就应该亮了，然后按下开关，此时发光二极管对应的状态应该是熄灭的。如果仍旧亮着，则需要进一步检测电路的连接有无出现问题，以及开关的好坏。如果二极管也能正常地熄灭，就用物体遮挡住红外光发光管，理论上此时发光二极管应该重新亮起，即触发了报警，但是如果没有触发报警，则需要从振荡电路中开始检测，可以使用示波器观察，观察输出振荡脉冲波是否正确，然后用万用表检查连接的导线有无出现各种焊接问题，然后用同样的方法检测放大电路，可以缓慢地调节滑动变阻器，调到一个合适的阻值。96.设计总结两周时间的课程设计终于结束了，通过这两周以来同学的努力，在老师之前的指导下，我们完成了这次的课程设计。面对从未接触过的事情，不知道从何开始下手，在一步步的实践中，我们学习到了一些除技能以为的其它东西，深切体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，更领略到了专业技能的重要性，最重要的是我们对一些问题的看法更加客观。通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次设计中也使我们的同学关系更进一步。7参考文献1康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第五版）.北京:高等教育出版社，2005年7月第五版2康华光，陈大钦.电子技术基础数字部分（第五版）.北京:高等教育出版社，2005年7月第五版3张庆双.智能报警与控制实用电路.北京:机械工业出版社.10附录总体电路如图所示元件清单如表所示图1名称型号数量电阻1002可变电阻5k1电阻1K2电阻3.3K3电阻10K1电容4.7uF2电容47uF1电瓷电容1032三极管90133三极管90122发光二极管绿色1红外发射器白色1红外接收器黑色1