课程设计-红外线防盗报警器

XXXX大学XXX系电子技术课程设计与制作说明书设计题目：红外线防盗报警器专业：xxxxxxxx姓名：xxx学号：xxxxxxxxxxxx同组姓名：xxx指导老师：xx2012年12月27日1电子课程设计与制作任务书专业：xxxxxxxx学号：xxxxxxxxxx姓名：xxx一、设计题目：红外线防盗报警器二、设计要求：1．灵敏、可靠、一经触发，即刻报警；2．对产品材料精益求精，延长使用寿命；3．根据实际应用环境，自己选择传感器，确定红外检测范围。三、设计内容：硬件设计及样品制作四、设计成果形式：1、设计说明书一份；2、样品一套。五、完成期限：2012年12月28日指导老师：xxx2012年12月27日2内容摘要红外线防盗报警器目前市场上已有成型产品，且市场较为成熟。由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干扰能力强。红外线传感器分主动式与被动式两种，主动式设计方案简单，但成本较高，从成本考虑，本课题通过介绍热释红外传感器RE200BP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。这种电路把红外线传感器应用于报警系统中，从而能够实现防盗报警能。该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、和报警指示电路等组成。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。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。关键词：被动式红外报警器；热释电传感器；菲涅尔透镜；防盗报警器3目录第一章绪论·······················································41.1红外报警器分类及原理········································41.2设计目的····················································4第二章红外线防盗报警器系统方框图·································5第三章红外线防盗报警器各单元电路图·······························53.1同相交流放大器电路···········································53.2比较器电路···················································63.3电压跟随器···················································6第四章总原理图及元器件清单········································64.1总原理图·····················································64.2元件清单·····················································74.3重点元件介绍·················································74.3.15V有源蜂鸣器··············································74.3.2集成运放MB324P············································74.3.3传感器RE200BP·············································8第五章电路功能仿真验证···········································9第六章性能测试与分析·············································10第七章心得体会···················································10第八章小结·······················································11附录······························································11参考文献··························································124第一章绪论1.1红外报警器分类及原理红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警。主动红外入侵报警器是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。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，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。被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。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报警信号。被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是报警器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。1.2设计目的近年来，电子电器的飞速发展,各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。此时报警器就5派上了用场。很多报警器价格高昂，一般人们难以接受。本课题选择设计的被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能相对稳定等特点而占有了一定的市场。第二章红外线防盗报警系统的总体框图红外线防盗报警器的一般构成框图如图2.1所示。它主要由9V直流电源、传感器、信号放大、比较器、精确比较电压以及报警电路等几部分组成。图2.1设计原理框图如图2.1所示，报警电路主要是由热释电红外传感器RE200BP、MB324P集成运算放大器、发光二极管、电阻电容构成。传感器主要的工作就是把采集到的人体红外线转换成电压信号，由于此时的电压比较微弱所以要经过MB324P的放大后的电压输入到电压比较器进行比较来控制相应的发光二极管指示灯工作。第三章红外线防盗报警器各单元电路图3.1同相交流放大器电路同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成21U+分压电路,比较器传感器电源比较电压报警电路（二极管与蜂鸣器）信号放大6通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定:41RRfAv,电路输入电阻为R3、R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆，如下图所示，该图说明同向交流放大器的基本原理，本课题采用同向交流放大器，放大倍数为2倍，使得传感器输出的敏感变化电压范围扩大，以利于比较。图3.1同相交流放大器3.2比较器电路采用单门限电压比较器，目的是使得无人进入时或者有非有效干扰时电压不触发电压比较器，依然输出低电平，不驱动后续报警电路；若有人进入，输出电压较大，大于门限电压，此时输出高电平9v驱动后续报警电路。实际仿真达不到9v，因此后续电路如蜂鸣器等输入电压应为5v到8v之间合适。图3.2比较器电路3.3电压跟随器用来稳定同向交流放大器和电压比较器之间的电压。7图3.3电压跟随器第四章.总原理图及元器件清单4.1总原理图仿真效果显示，若模拟传感器工作的开关J1闭合，相当于传感器感应到人体移动发出报警信号，此时经过电路处理后的信号出发蜂鸣器鸣响和发光二极管闪烁；若J1断开，相当于传感器没有感应到人体移动，电路无输入，实际比较电压不够，输出低电平，无报警。整体方案调节时特别注意测量各个单元点的输入输出，用探针来测量8输入输出，设置蜂鸣器时蜂鸣器要采用2000hz，LED发光二极管要串联限流电阻，以保证输出电压不会超出LED的最大承载电流，防止烧毁。电路中极性电容完全可以用普通电容代替，但由于普通瓷片电容没有10uF大小的，故需要使用极性电容在不影响电路功能的情况下代替。电路中所有电容的作用均为滤波，若无电容，上电瞬间容易产生尖峰脉冲，可能会损伤元器件。4.2元件清单元件序号型号主要参数R1金属膜色环电阻20K欧R2金属膜色环电阻20K欧R3金属膜色环电阻20K欧R4精确电位器10K欧R5精确电位器10K欧R6金属膜色环电阻200欧C1瓷片电容10nFC2瓷片电容1nFC3电解电容10uFC4电解电容10uFLED发光二极管BUZZER有源蜂鸣器5v，2000hzMB324P集成运放四运放集成RE200BP红外传感器菲涅尔透镜4.3重点原件介绍4.3.15v有源蜂鸣器蜂鸣器有有源和无源两种。根据蜂鸣器内部有无震荡源可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。其中有源蜂鸣器可以在工作电压下发出频率固定的鸣叫声，无源蜂鸣器的鸣叫声则受到输入电压频率的影响。此外5v蜂鸣器的实际工作电压范围较宽，但过高或过低的电压都会导致发声异常。为了保证较理想的输出声音，本次课程设计采用5v有源蜂鸣器。94.3.2集成运放MB324P本次课程设计采用的MB324P为DIP14封装，四运放集成。图4.1运算放大器图4.2MB324P封装引脚图它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。MB324P的引脚封装见图4.2，图4.1为内部运放结构。由于MB324P四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此应用广泛。4.3.3传感器RE200BPRE200BP红外传感器实物如图4.4所示。红外线传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环，如图4.3。如果是自己安装这个元件安装时引脚要尽量短，远离其它发热元件，除了窗口，其它的元件最好用厚纸隔开，否则你装好后误差也大，就是受干忧大，常误触发。常见的引脚位置如图4.5。RE200BP内部功能图如图4.6所示。图4.3.红外传感器感应方向图4.4RE200BP红外传感器实物10图4.5RE200BP引脚说明图4.6RE200BP内部功能图RE200BP的基片材料是硅材料，采用的是T0-5封装，尺寸参数为：1.灵敏元面积为：2.0mm1.1mmGap0.9mmDual，双元2.基片厚度为：0.5mm3.窗口尺寸为：5.23.8mm4.工作波长为：5～14um5.平均过透率为：75％6.输出信号为：2.2V7.灵敏度为：