红外遥控报警器模拟电路课程设计报告

1课程设计说明书课程设计名称：模拟电路课程设计课程设计题目：红外遥控报警器学院名称：南昌航空大学信息工程学院专业：通信工程班级：xxxxx班学号：xxxxxx姓名：xxxxx评分：教师：2015年4月28日2摘要本报告讲述了利用NE555p芯片设计制作红外遥控报警器.要求当有人遮挡红外光时发出报警信号，无人遮挡红外光时报警器不工作，即不发声。根据要求，红外报警器应有两部分组成，即红外发射电路和红外接收电路。发射电路由自激多谐振荡器、功率放大器、红外发光二极管组成。自激多谐振荡器经稳压电源产生30Khz的方波脉冲，此脉冲为红外光的调制脉冲，调制脉冲经功率放大后控制红外发光二极管发射红外脉冲。接收电路由红外光敏晶体二极管、放大、报警电路组成。把红外脉冲信号转换为电信号，即解调出调制脉冲，然后将此信号放大，控制报警电路器不工作。当红外脉冲被人遮挡时，则报警器工作发出报警声,从而达到警报功能。关键字:警报、功率放大、多谐振荡、调制、遮挡3目录第一章电路设计方案与选择··············································5第二章系统组成·······················································62.1红外遥控报警器发射电路··········································62.2红外遥控报警器接收电路··········································6第三章系统原理及电路设计··············································73.1多谐振荡电路····················································73.11多谐振荡器概述···············································73.12用555定时器构成的多谐振荡器·································73.13工作原理:··················································73.2红外发射电路····················································83.21工作原理·····················································83.22红外发射部分设计电路图·······································83.3红外接收电路····················································83.31工作原理····················································83.32红外接收部分设计电路图······································9第四章系统元件选择和参数计算·········································104.1红外发射电路···················································104.2红外接收电路···················································104.3元器件清单·····················································10第五章系统调试和结果·················································115.1软件调试与仿真·················································115.2实物制作·······················································125.3实测波形·····················································13第六章结论··························································14参考文献······························································154前言随着互联网技术和信息通讯技术的飞速发展，信息化、智能化技术渗透于人们生活的各个领域，显著地改善了人们的生活环境和生活质量，人们的防盗意识也增强，安防行业是随着现代社会安全需求应运而生的产业。而目前安防市场设备需求的涨势仍为增长幅度最快的市场之一。现代社会对安全防范的要求越来越高，防盗报警器种类有：报警，保安器材,安防器材,安全器材,安防设备,报警器材,GSM报警器,报警系统,报警装置,防盗，报警器，安防监控，安全防护，电子报警，电子防盗，智能家居）的发展就是一种观念和产品同时“进化”的过程。门和锁具我们用了几千年，直到20世纪八、九十年代，城市家庭才兴起防盗门和防盗锁，随着社会的进步和需要，人们的生活水平和安防意识的提高，更先进的家用防盗产品必将成为安防消费的主流并最终取代旧的安防产品，这是社会进步的必然。市场上大部分的报警器都比较昂贵，一般人难以接受，红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。5第一章电路设计方案与选择从光敏二极管的特性考虑。光敏二极管具有受光导通，不受光截止的特性，以可以利用光敏二极管作为开关，控制蜂鸣器的响与不响，此为第一个方案。在这个方案中需要首先给蜂鸣器提供一个可以使蜂鸣器响的电源，可以使直流或者自激信号，再用二极管作为开关控制蜂鸣器所在的线路的闭合与断开。红外光敏二极管还具有将接收到的红外线转化为电信号的特点，虽然转化的电信号比较微弱，但是可以经过放大器的放大使产生的信号满足要求，此为第二个方案。在这个方案中，首先给发射二极管一个脉冲信号，这样才可以使接收二极管产生一个不对称脉冲信号，同时是一个交流信号，再由运放使交流信号放大，并且需要利用三极管的开关作用对蜂鸣器的支线进行短路或者不短路。对比两种不同的想法，最终选择第一种，因为第二种方案中需要的元件更多，并且会使用到多个芯片，在可以达到同一个目的情况下采用电路简单，成本更低的方案。6第二章系统组成2.1红外遥控报警器发射电路①由555自激多谐振荡器电路产生频率为30Khz的方波②由三极管组成的信号放大电路③红外信号发射部分2.2红外遥控报警器接收电路①红外信号接收部分②接收的电信号的比较电路③由555自激多谐振荡器产生频率为800Hz的方波信号④指示灯报警电路⑤蜂鸣器报警电路7第三章系统原理及电路设计3.1多谐振荡电路3.11多谐振荡器概述多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。3.12用555定时器构成的多谐振荡器图3.1多谐振荡器的电路形式用555定时器构成的多谐振荡器电路如图x.xx所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端(2脚)和阀值输入端(6脚)与电容相连；集电极开路输出端(7脚)接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端(5脚)通过0.01uF电容接地。3.13工作原理:图3.2多谐振荡器的工作波形多谐振荡器的工作波形如图3.2所示：电路接通电源的瞬间，由于电容C来不急充电，Vc=0V，所以定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端(7脚)8对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I,此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态I的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C;暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比D，由上述条件可得D=(R1+R2)/(R1+2R2),若使R2R1，则D≈1/2,即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波(方波)。3.2红外发射电路3.21工作原理本部分电路工作原理如下：直流稳压电源给NE555芯片供电使555产生自激信号，此信号经过三管脚输出给红外发射二极管，使二极管发出红外光。3.22红外发射部分设计电路图3.3红外接收电路3.31工作原理本部分工作原理如下：当红外接收二极管接收到红外线时，接收二极管导通，使得555芯片的四管脚短接，从而555芯片不工作，不会产生自激作用，因此蜂鸣器两端没有电压则不响，反之，当红外接收二极管没有接收到红外线时，接收二极管截止，9555芯片正常工作，给蜂鸣器提供电压，则蜂鸣器响。3.32红外接收部分设计电路图10第四章系统元件选择和参数计算4.1红外发射电路由555定时器和三极管构成的红外线报警器发射电路。其中555构成多谐振荡器，取R1=510Ω，R2=2.0KΩ,C1=10nF,此时可以达到所要求的30Khz频率。电容C2的作用是抗干扰作用，取C2=10nF。为了保护NE555芯片，与三管脚串联一个电阻R3，取R3=1.0KΩ.理论计算结果如下：f0=1.443/[(R1+2R2)C]≈31.2Khz4.2红外接收电路所选的光敏二极管为普通型远红外光敏二极管。为了保护二极管，选用R6为30KΩ。NE555构成多谐振荡器取R4=10kΩ，R5=4kΩ，C3=100nF,此时可以达到所要求的800HZ频率。C4的作用是为了提高NE555芯片的抗干扰能力，取C4=10nF。理论计算结果如下:f1=1.443/[(R4+2R5)C]=801.7HZ;4.3元器件清单元件种类主要参数数量备注电阻510Ω、2kΩ、1kΩ、30kΩ、10kΩ、4kΩ1+1+2+1+1+1/电容10nF、100nF3+1均为无极性电容555芯片NE555p1/红外发射管/1/红外接收管/1/三极管2N17112NPN型蜂鸣器/1/由于NE555芯片具有稳定自激作用，可以产生稳定的脉冲波，可以较好的满足本课程设计的要求，在发射电路中作为二极管的发射启动器、在接收电路中为蜂鸣器提供电压源都是较好的选择。并且NE555芯片的造价很低，在实际应用中被普遍使用，所以使用NE555芯片作为本次设计的主要芯片。11第五章系统调试和结果5.1软件调试与仿真在调试的过程中，注意了以下几个关键，一是电源的正负不能接反。否则二极管很容易被击穿或者烧掉。二是必须确保发射电路中NE555芯片产生了正常的波形，否则会导致发射二极管不工作，对应的仿真波形如图5.4。三是接收二极管的保护电阻必须足够大，否则可能会导致接收二极管直接击穿。确保上述情况正确之后，再经过调试，器件正常工作，实物图如图5.6所示，经过测量，记录部分数据。如表5.1图无红外光时蜂鸣器两端的电压图有红外光时蜂鸣器两端的电压图无红外光时蜂鸣器两端的频率125.2实物制作135.3实测波形14第六章结论此设计是一种分主动和被动两种方式的红外勘测报警器。它可以用于楼梯、过道、库房、银行、大型企业的非公开或需要保密的场合。该设计可以自己设定白天或者夜晚的工作。无论是白天还是夜晚，红外线勘测器都能正常的工作并探测到被测物体。而且在设计中采取调制红外脉冲光的原理使用小功率发光器件也可以达到较远的探测距离。在电源设计中药根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠、价廉、有效益。由于此开关在探测