模电课程设计

红外报警器

系、部：电气与信息工程系

学生姓名：

**教师：职称：讲师

专业：电子信息工程技术

班级：0902

学号：

完成时间：2011年1月8日

摘要

红外线是一种光线,是太阳光线中众多不可见光线中的一种,具有普通光

的性质,可以以光速直线传播。红外线由德国科学家霍胥尔于1800年发现,又

称为红外热辐射()。红外线可分为三部分,即近红外线,

波长为0.75～1.50μm之间;中红外线,波长为1.50～6.0μm之间;远红外

线,波长为6.0～l000μm之间。随着科学技术的发展,红外线越来越广泛的应

用于通讯、军事、航天、医疗、考古、天文、探测等科学领域,即使在日常生活

和农业生产中也广泛应用到红外技术。如红外线取暖器、红外自动干手器、红外

线报警器、远红外粮食烘干，红外报警器等。

关键字：课程设计红外报警器

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目录

1、系统概述…………………………………………………01

1.1课程设计内容和要求…………………………………01

1.2设计思路……………………………………………01

1.3系统框图………………………………………………02

2、电路的设计………………………………………………03

2.1电路原理……………………………………………03

2.2报警电路工作流程及参数计算………………………07

2.3电源部分电路原理……………………………………08

3、调试总结………………………………………………………09

3.1调试……………………………………………………10

3.2总结……………………………………………………10

参考文献…………………………………………………………11

附录…………………………………………………………12

附录一清单…………………………………………………12

附录二原理图和pcb图……………………………………13

-1-

1、系统概述

1.1课程设计内容和要求

设计一个红外线防盗报警器。

要求：如果有人进入监视区域，立即报警，报警时长为30S。

1.2设计思路

人体能够产生红外线，如果利用一种专门感应人体红外线的元件，经过设计便

可以实现报警器功能.通过资料找到了热释电红外线传感器。它是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。完成设计。

1.3系统框图

根据前面思路画出系统框图。如图1.3.1所示

红外传感器信号放大器电压比较器

报警器延时电路

图1.3.1系统框图

红外传感器--检测电路：采用热释电传感器将人体发射出的红外线转换成电信

号。如我们从采用的热释电传感器。

信号放大器：主要由三极管、运算放大器将传感器小信号放大。

电压比较器比较电路：通过电压比较器控制何时报警。

延时电路：主要通过电容充电放电完成。

报警器: 通过蜂鸣器将信号的变化表现出来。

具体说明将在下节说明。

2、电路设计

2.1 报警部分电路原理

该报警器由检测电路、放大电路、比较电路、延时电路及报警电组成。

检测电路：采用热释电传感器将人体发射出的红外线转换成电信号。我采用的

是 热释电传感器。 热释电传感器实物图和封装图如图3.1.1 所示。

传感器特征如下：

灵敏元 面积：2.0³1.0mm2

工作波长 7-14μ m

输出信号：＞2.5V (420°k 黑体1Hz 调制频率0.3-3.0Hz 带宽72.5db 增益)

工作电压：2.2-15V

工作电流： 8.5-24μ A(VD=10V,Rs=47kΩ ,25℃)

源极电压：0.4-1.1V (VD=10V,Rs=47kΩ ,25℃)

工作温度：-20℃- +70℃°

图 2.1.1 实物图和封装图

放大电路：主要由三极管、LM358 运算放大器将传感器小信号放大。如图2.1.1

VT1 R2﹑ R3 组成单管共射放大电路，将 感应信号送到VT1 进行放大。

图 2.1.2 第一级单管共射放大电路图 2.1.3 运算放大电路

将经过 VT1 放大后的信号输入到 LM358 进行高增益﹑低噪声同相比例运算放

大。如图2.1.3 所示。

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。框图如图2.1.4 所示。其

特性如下：

² 内部频率补偿

² 直流电压增益高(约100dB)

² 单位增益频带宽(约1MHz)

² 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5 一±15V)

² 低功耗电流，适合于电池供电 LM358

² 低输入偏流

² 低输入失调电压和失调电流

² 共模输入电压范围宽，包括接地

² 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

² 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

图 2.1.4 Lm358 功能框图

6V

比较电路： 通过电压比较器判断传感器电压变化控制何时报警。由LM358﹑

C5﹑R12﹑VD1﹑R10﹑R11 组成，由 产生信号进行放大后经过运算放大器

进入第二个电压比较器。两个输入端进行电压比较。以控制是否报警。如图2.1.5

所示

图 2.1.5 电压比较器

延时电路：主要通过电容充电放电完成。报警延时主要由LM393、R13、R14、

R15、R16、C6 和VD2 组成。如图2.1.6 为报警延时部分电路。开机延时报警电路

VT3、R20、C8 组成，防止使用者开机报警。如图2.1.7 所示。具体电路参照附录

二总电路图。

图2.1.6 报警延时部分图2.1.7 开机延时报警电路

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。

12V

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。其特点如下：

电源电压范围宽：单电源 2.0V-36V，双电源±1.0V-±18V

电源电流消耗低：（0.4mA）

输入偏置电流低： 25nA

输入失调电流低： ±5nA

最大输入失调电压：±3mA

输出饱和电压低： 250mV

使用时需注意引脚功能，LM393 功能框图和封装图如图2.1.8 所示。

图 2.1.8 LM393 功能框图和封装图

2.2 报警器电路工作流程及参数计算

电路图见附录二。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。红外线探测传感器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，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IC2 中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2①脚输

出的信号已足够强。IC3 作电压比较器，它的第⑤脚由R10、VD1 提供基准电压，

当IC2①脚输出的信号电压到达IC3 的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时

IC3 的⑦脚由原来的高电平变为低电平。IC4 为报警延时电路，R14 和C6 组成延时

电路，因为比较电压U0=R16/(R16+R15).6V=4.5V 其延时时间：由公式:U0=6(1-

e-t/RC)带入参数得t=30.49 秒，约为30S。当IC3 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，IC3 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45 秒，即持续45 秒钟报警。

由VT3、R20、C8 组成开机延时电路，当蜂鸣器的负端变为低电平时延时时间

T 由公式UC(t)=12.e-(t/RC)代入数据的T 约30 秒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。

2.3 电源部分电路原理

变压器：通过报警部分所用原件要求得知，需要提供12V 初始电源。于是可

以选择变比18 的变压器。将220V 变为12V。

整流桥：在通过变压器变压后电压送入整流桥整流后的输出波形为脉动的直

流,加电容滤波整形后为接近平稳的直流。如图2.3.1 所示。因为输入12V 所以可

选择整流桥2w005。整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将

连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起.半桥是将两个二极管桥式整流的一

半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带

中心抽头的全波整流电路, 选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。本次电源整流

桥我采用了桥。AC 为输入端接变压器变压器输出端。+-为输出端。其中+脚引脚最

长。引脚说明如图2.3.3 所示。电路图如图2.3.2 所示。

图 2.3.1 整流桥输出波形

图2.3.2 变压器输入整流桥图 2.3.3 整流桥俯视图

集成稳压电路：为提高稳定性，整流滤波之后为了稳压直接选择三端稳压集成

电路进行稳压。根据要求只需要 即可。为了使电源用途更广，我还做了+5V，

-5V，-12V，其涉及到到﹑﹑。

图 2.3.4 接入电路

是三端稳压集成电路 IC 芯片元器件，适

用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方

便、输出过流、过热自动保护。其封装图及引脚

说明如图2.3.5 所示。其中 与 引

脚功能相同。 和 引脚功能不同，

由于本次不会直接用到，在这里就不介绍。使用

时注意加散热片。

图 2.3.5 引脚说明

10

3、 调试和总结

3.1 调试

1.电源调试

将变压器接入220V 市电，按下电源上六角开关，发现指示灯都亮。用万

用表测试输出端口，发现电压正常。电源无问题。

2.报警器调试

给报警部分接入12V 电压，按下电源开关，等待后发现声音没有声音产生。

用螺丝刀调节R11 电阻，蜂鸣器发出声响。经测试发现报警器按要求正常报警。

3.2 总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计

过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB 连接图。

我深知做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太

多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有

限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电