红外防护装置

班级：姓名：学号：课题：红外防护装置1设计目的1、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。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。3、进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，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、实验设备进行调试和数据处理等。4、培养学生的创新能力。2设计要求1．按要求设计红外防护装置，通过红外线被遮挡产生报警。2．设计出的防护装置要能够对缺失的信号进行检测，通过发光管发光报警，并且能够对缺失的信号进行锁定，以实现持续报警；3．用图、表、文字说明描述电路设计步骤；4．对选用的主要元器件（包括集成电路），给出规格型号及技术参数，并附元器件表一份；5．凡是选用的集成电路，必须画完整的接线图，并说明各引线的功能和使用方法，同时应列出功能表；6．分析设计电路的工作原理，如采用时序逻辑电路，应画出时序图；7．根据现有实验室条件，对设计的电路进行设计，制作与调试并撰写设计报告；8．按要求撰写设计报告3总体设计班级：姓名：学号：课题：红外防护装置3.1总体设计思路总体的电路设计如下图，振荡器产生脉冲信号，驱动发射电路使红外发光管发光，红外接收管接收到脉冲信号后将信号送入整形电路，通过由555可重复触发器检测报警信号，锁定电路对报警信号进行锁定，信号在报警电路引起发光二极管发光，实现报警。图1总体框架图我们还可以通过时许图的方法来理解报警信号的产生，具体的时序图如下：图2报警信号产生原理图如图所示，a为发射电路发射出的具有一定频率的脉冲的信号，b接收电路接收到的信号，c为555可重复触发器处理后的信号。b中的虚线部分为被遮挡后的缺失信号，当缺失信号的长度比可重复触发器的周期大时，低电平的报警信号产生。我们假定a的周期为10ms，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，系统报警；小于20ms则不报警。这样就可以防止误报了。4单元电路设计4.1发射电路班级：姓名：学号：课题：红外防护装置要产生一定频率的脉冲信号，根据所学的知识，我们可以采用一个555定时器构成的多谐振荡器，发射电路部分还应有一个发射红外线的电路。多谐振荡器产生的脉冲信号周期为120.72TRRC，我们要产生10ms左右的脉冲信号，则可以采用阻值为1千欧的电阻和一个4.7微法的电容。又知占空比的公式q(%)=(R1+R2)/(R1+2R2)，得占空比为67％。脉冲信号由555的三脚输出，通过三极管9013控制红外发光管工作，红外发射管将电脉冲信号转换成光脉冲信号发射出去。这样，发射电路就设计好了，发射电路的电路图设计如下：图3发射电路4.2接收电路图4接收电路接收电路应有和发射电路红外发光管相配套的红外接收管，红外接收管的作用就是将红外光脉冲信号转成电脉冲信号，后面的电路就是靠电脉冲信号来启动班级：姓名：学号：课题：红外防护装置实现的。当红外发光管被遮挡之后，接收管接收到的光信号转化为电信号就成了低电平，正是由于低电平的作用才致使后面的报警电路报警。考虑到接收到的信号可能会很微弱，我们采用一个9013三极管来放大信号，然后送入重置电路。4.3可重复触发电路采用555可重复触发器进行信号的检索，在红外发射管所发射的红外光束没有被遮挡之前，电路处于暂稳态，当红外光束被遮挡后且在输出脉宽TW时间内没有新的触发脉冲（这里已经通过计算占空比设定脉冲周期）时，电路回到稳定状态，使9012截止，LED发光，即产生报警。其中周期公式为1.1*wTRC，我们在这里取电阻3千欧，电容10微法，得wT=33ms。这里要适当选取有效的周期wT。周期选得太小，会引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过、小动物穿过会引起报警；而周期太大，则可能漏报。周期的计算在前面已经述及，此处不再赘述。可重复触发电路的电路图如下：图5可重复触发电路4.4报警锁定电路采用CD4011以对报警信号进行锁定以实现持续报警，CD4011内部主要由与非门构成，与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平。用CD4011锁定报警信号的原理图如下：班级：姓名：学号：课题：红外防护装置图6报警锁定电路由一个与门非门和一个非门组成，当有缺失信号后，输入的信号即为低电平0，经过与非门输出到非门为1，再经由非门输出为0，产生报警，非门的输出又成为与非门的另一端输入，所以以后不管与非门是否输入为0还是1，最后的非门输出都是低电平0.从而实现了对报警信号的锁定。如果起始信号是低电平，在没有遮挡的情况下报警电路也会报警。所以要在电路中加入一个开关控制电路，使在没有遮挡的情况下起始输入信号是高电平，从而避免上述情况的发生，使报警电路只有在遮挡的情况下才会报警。4.5报警电路如果锁定电路锁定的信号为低电平，则产生报警，报警电路的电路图如下：图7报警电路5安装调试安装之前要运用大二时的电工知识对所要用的元件逐个检查，以确保焊接上的元器件都是管用的，焊接过程中，可把接地和接电源的接线用适当的脱皮金属细丝直接连接在焊接板的两条边缘的铜线上，这样既节省了导线，又美观而且班级：姓名：学号：课题：红外防护装置易于后期的调试和检查。采用4节1.5V的干电池接成6V直流电源，焊接完NE555多谐振荡电路和发射电路后，在保证电路连接正确的基础上，检查电路的焊接情况，仔细检查有无虚焊或漏焊的点。再用示波器分别测量原理图中的a.b.c三点，由于555触发器输出的波形是方波，可根据这一点来检查电路的连接正确与否。在示波器上看其是否分别产生稳定频率的方波，若不能达到预期效果，及时纠正错误。所有电路焊完后，接通电源，首先观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫。须特别注意接收二极管的正负极连接情况，因为元器件发热有可能是接收二极管接反了而没有起到作用，从而造成电路中电流过大。若有异常现象应立即断开电源，用万用表检查各个器件，直至发现错误。还有一点需要注意的：在电源线密集的地方可以接个电容，起到滤波作用。如果没有无异常现象，但发光二极管不能正常发光，则可能是接触不良，可检查各接点是否接触良好。当发光二极管正常发光后，按下开关，此时发光二极管熄灭。用一较厚的纸片挡住接收二极管（一定要用厚一点的纸片，因为红外线可能穿过薄的纸片），此时可以看到报警电路的发光二极管亮了，而且拿走纸片后仍亮。在调试过程中我们可把电路分为三个部分逐部分调试，这样以便于快速查找出错的地方，可采用先断开其中两部分电源来测其中一部分，当然也可以先在实验箱上模拟完成。至此，安装调试成功。6设计总结通过这次电子课程设计，对以前所学的电子电路知识既是巩固又是发展，进一步理解并加深了对所学的模拟及数字电子技术的认识。学会了在实践中运用理论，用理论来指导实践，培养了理论联系实际的正确设计思想。通过对课题的设计，训练了运用所学的理论知识去思考问题并联系理论实际解决问题的能力，提高了逻辑思维的能力。同时通过此次设计，学会了较复杂的电子系统设计的一般方法，进一步掌握了分析与设计一般电子电路的方法，并增强了独立的思考问题和解决问题的能力。同时进行基本的技能训练，学会了基本仪器的使用及基本电子元器件的识别与测量，进一步了解了一些重要的也是基本的电子元器件的内部工作原理，深刻领会了该元器件的工作方式和工作环境。总之，通过这次电子课班级：姓名：学号：课题：红外防护装置程设计，培养了实际运用理论的能力，懂得理论联系实际去处理问题，也培养了吃苦耐劳的精神，为以后更好的的学习和工作打下了结实的基础，对于我们来说是一次难得的实践机遇，也是一个宝贵的精神财富。7进一步改进1、在我们所焊制成功的电路板上可以看到，红外发光二极管与接收管的距离很近，只有一厘米不到，显然这不符合实际生活，所以我们要通过增加光的强度，减少光的发散和压缩信号的占空比，来增强信号的强度。增加光的强度，我们可以采用光学原理，把发射出的光聚集在一起，从而使得发射的光能到达较远的距离。若采用缩小占空比的方法来加强信号，可尝试在NE555的2脚和7脚之间并联一个适当大小的电阻。2、对报警电路的改进。由于我们在电路板上焊接的是一个发光二极管，而在现实生活中，使用者不可能一直在装置旁边，所以我们要把发光管换成喇叭，或者直接在发光管的线路上再接一个喇叭，这样保证报警能够真正的让使用者发现，从而达到防护的作用。8参考文献1、康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.62、康华光，陈大钦.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.63、网络资源地址：://co.163.com/forum/content/220_239668_1.htm://班级：姓名：学号：课题：红外防护装置附录：1、总电路图如下：2、元器件清单一览表：1100欧电阻2个21000欧电阻2个33000欧电阻1个43900欧电阻3个510千欧可调电阻2个6103电容2个74.7微法电容1个810微法电容1个947微法电容1个10发射二极管1个11接收二极管1个12发光二极管1个13三极管90133个14三极管90122个15复位开关1个16CD40111个17NE5552个班级：姓名：学号：课题：红外防护装置