光电报警器设计

课程设计课程名称光电检测课程设计题目名称光电报警器设计专业班级12级光信息科学与技术学生姓名陈锟学号51205020019指导教师曾爱云二○一五年十二月二十二日目录摘要.............................................................................................................................................11引言...................................................................................................................................21.1研究背景...........................................................................................................................22设计原理...................................................................................................................................32.1原理方框图.......................................................................................................................32.2红外发射接收对管的组合电路.......................................................................................32.3滤波电路...........................................................................................................................52.4同相比例运算放大器电路原理.......................................................................................62.5555单稳态触发电路.........................................................................................................72.6报警电路...........................................................................................................................83实验结果...................................................................................................................................94结语.........................................................................................................................................10谢辞.......................................................................................................................................11参考文献.......................................................................................................................................121光电报警器设计摘要：设计的光电报警器采用的热释放性双元件型传感器，配合适当的放大、定时和控制电路，当人体接近时能主动发出声光报警信号。所以，该报警器在设计、使用上力求简单、可靠。关键词：双元件型热释电传感器滤波电路放大电路控制电路声光报警2光电报警器设计1引言1.1研究背景随着现代测量、控制、自动化的发展，光电报警越来越受到人们的重视。光电报警是一种重要的安全监视系统。目前起种类已日益增多，有对军事目标入侵进行的报警系统，有住宅、办公室、保密室、仓库等场所的安全保护，也有对重要设施或危禁区域防范进行的报警系统。利用热释电红外传感器监测环境变化，进行无线信息传输进而完成报警功能的系统，主要于家居安全，探测有无外人闯入该系统方便、稳定，十分适合家庭财产安全的保护。报警器的应用非常广泛。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。光电报警就很好地改善了这点。如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域。光电报警器的核心部分在于信号的光电转换，而光电式传感器恰恰是将光信号转化为电信号的一种传感器，它是由光路及电路两大部分组成，光路部分实现被测信号对光量的控制和调制，电路部分则完成从光信号到电信号的转换。本实验的设计借助Multisim软件，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了广泛的应用。32设计原理2.1原理方框图图2.1.1原理方框图由于Multisim软件中没有双元件通用型热释电传感器P228，我们将用滑动变阻器组合电路替代该元件进行仿真。修整过后的Multisim仿真总图如下：图2.1.2光电报警器仿真总图2.2红外发射接收对管的组合电路本设计采用热释放性双元件传感器，即在一个传感器中有两个反相串联敏感元件，双4元件传感器有以下特点：(1)当入射能量顺序地射到两个元件上时其输出要比单元件高一倍。(2)由于两个敏感元件逆向串联使用，对于同时输入的能量会相互抵消，由此可防止太阳的红外线引起的误动作。(3)常用的PET材料制成的敏感元件具有压电效应，故PET双元件还可以消除因震动而引起的检测误差。(4)可以防止由于环境温度变化而引起的检测误差。本设计中采用通用型传感器，窗口通带为7～14um，适用于防盗报警，我们选用了P228型。它采用3引脚金属封装。它的主要特性参数如下：图2.2.1通用型传感器特性参数双元件通用型热释电传感器P228的内部结构及引脚说明如下：图2.2.2双元件通用型热释电传感器P228的内部结构各引脚功能分别为：电源供电端(内部开关管D极，DRAIN)、信号输出端(内部开关管S极，SOURCE)、接地端(GROUND)。52.3滤波电路为了使信号放大之后的效果更好，产生的纹波小，我们在其前面加了二阶巴特沃斯带通滤波电路。其中心频率为6.000Hz，带通宽度为16.00Hz。图2.3滤波电路62.4同相比例运算放大器电路原理以运算放大器LM358为核心构成的同相运算放大器，它的放大倍数Au1=（1+R3/R2）=(1+1M/3.3K)=304，Au2=(1+R5/R4)=(1+10K/240)=42，整个电路的放大倍数即为Au=Au1*Au2=12667。其主要作用是放大输入端的电压值。图2.4同相比例运算放大器电路72.5555单稳态触发电路555单稳态触发电路主要靠芯片LM555来实现，当端口2（TRIG端）为高电平时，3端（out端）输出的是低电平；当2端受低电平触发单稳态电路立即翻转进入置位状态，3端输出高电平，高电平维持的时间约为S8S1010106801.14RIC1.1T63。图2.5555单稳态触发电路82.6报警电路如图2.6，这部分电路很简单，主要靠三极管的放大作用和信号控制端来实现光声报警。由于本电路采用的蜂鸣器阻值较大，故其限流电阻R1取20Ω，其中其额定电压为5V。对于发光管的限流电阻的计算和选用，我们采用估算法计算限流电阻的大小：例如报警灯处的限流电阻R2≈（5-2）V/20mA≈150Ω，但考虑到实际情况，这里我选用200Ω。图2.6报警电路93实验结果在报警电路中，当闭合开关时，输出端位高电平，报警电路工作，红LED指示灯亮，采用短声蜂鸣器报警，而且时间约为8S。另外，我们发现，在我们提出的安装方案下，由定时器的输出端检测到的脉冲电压比较明显，效果较好。1）由于红外防盗报警器在人体相对于镜片横向运动时红外探测灵敏度最高，而纵向运动灵敏度较差，所以安装时应注意探测器的水平面夹角和高度（与墙面成10~30度的夹角），此时探测距离最远。2）安装时应避免红外防盗报警器靠近冷热源，在常温下进行。104结语报警器一直为人们解决了不少问题，但是市场上的报警器大部分都价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。本设计只用了热释电红外传感器、滤波电路、放大电路、555单稳态触发电路和LED控制电路，简单，方便，我们就是本着价廉物美的宗旨为人们提供了报警起的作用，有效地起到了防盗的功能。11谢辞在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。12参考文献[1]王华祥,张淑英.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社,2007.[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1997.[3]庞振泰,王采斐,屈宗明（译）.[M].光电接口器件手册[M].北京:清华大学出版社,1998.[4]杨兴瑶.实用电子电路500例[M].北京:化学工业出版社,1996.[5]孙余凯,吴鸣山,项绮明.传感器运用电路300例[M].北京:上电子工业出版社,2008.[6]李善姬.一种简单实用的电话报警系统的设计[J].微机计算信息,2006(05Z):89-90,266.[7]姚国年,张卫东,彭建兰.一种多级防范安全监控报警系统的设计.微计算机信息.2002,18(2):42一43[8]朱惜辰.红外探测器的进展.红外技术.1999,21(6):12