红外人体报警器的设计_毕业论文(编辑修改稿)

红外人体报警器的设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

波的基本原理：电容 C 两端的初始电压为 0。 接入交流电源 U 后，当 U为正半周时， D D5 导通， U通过 D D5 对电容充电；当 U为负半周时， DD4 导通， U 通过 D D4 对电容充电。 由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容 C 迅速被充到交流电压的最大值 Umax。 此时二极管的电压始终小于或等于 0，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压恒为 Umax。 综上所述，交流电通过整流、滤波可以变成直流电，这就是一般稳压电源的基本原理。 稳压电路 LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。 LM317 的输入最同电压为 30 多伏，输出电压 不过在用的时候要注意 功耗问题注意散热问题。 LM317 有三个引脚，一个输入一个输出一个电压调节。 输无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 11 入引脚输入正电压 ,输出引脚接负载 , 电压调节引脚一个引脚接电阻 (200 左右 )在输出引脚 ,另一个接可调电阻 (几 K)接于地。 输入和输出引脚对地要接滤波电容。 图 35：稳压电路图 典型线性调整率 %，典型负载调整率 %。 80dB 纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三端晶体管封装。 稳压电路的原理图如图 35 所示。 当外部电容应用于任何集成电路稳压时，有时必须加保护二极管以防止电容在低电流点向稳 压器放电， LM317 的引脚如图 36 所示。 图 36： LM317 引脚 如图 36 所示 1 脚为调节脚、 2 脚为输出脚、 3 脚为输入脚，其中 2 脚与散热片的表面是连接的。 电源指示电路是由一个发光二极管构成，利用发光二极管的发光作用，指示电路的工作情况，当发光时说明电路正常工作，不发光时说明电路不工作，如果电路电流过大会把发光二极管烧毁这是就可以检查电源电路是否用开路或者短路的情况。 电源指示电路如图 35 所示。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 12 放大电路的设计 反相交流放大器 此放大器可代替晶体管进行交流放大 ,可用于扩音机前置放 大等 ,电路无需调试。 图 37：反相交流放大器 放大器采用单电源供电 ,由 R R2 组成 21 U+偏置 ,C1 是消振电容。 如图 37所示：放大器电压放大倍数 Av 仅由外接电阻 Ri、 Rf决定 : RiRfAv 。 负号表示输出信号与输入信号相位相反。 按图中所给数值 ,Av=10。 此电路输入电阻为 Ri。 一般情况下先取 Ri 与信号源内阻相等 ,然后根据要求的放大倍数在选定 Rf。 Co和 Ci 为耦合电容。 同相交流放大器 同相交流放大器的特点是输入阻抗高。 其中的 R R2 组成 21 U+分压电路 ,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 : 41 RRfAv  ,电路输入电阻为 R R4 的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆，如图 38 示。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 13 图 38:：同相交流放大器无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 14 第四章 整机电路及工作原理 通过对电路的分析设计完成了整机电路的总体设计原理图如附录 1 所示其中包括电源部分和报警电路部分，电源部分主要是通过对交流电的变压、整流、滤波、稳压输出一个 +5V的直流电压为后面的报警电路的正常工作提供电压；报警电路主要是由热释电红外传感器、 LM324 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 LM324 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。 下面是报警电路的工作流程与及电路的参数计算过程 : 在电路中采用 KP506B 型热释电人体红外线传感器，当人体进入该传感 器的监视范围时，传感器就会产生一个交流电压（幅度约为 1mV），该电压的频率与人体的移动速度有关。 在正常行走速度下，其频率约为 6Hz。 电路中， R CC5 构成退耦电路， R1 为传感器的负债， C2 为滤波电容，以滤掉高频干扰信号。 传感器的输出信号加到运算放大器 A1 的同相端， A1 构成同相输入式放大电路，其放大倍数取决于 R4 和 R2，其大小为 : Auf1 = 1 1 2182 0 0 01241  RR A1 放大后的信号经电容 C6 耦合至放大器 A2 反相输入端， A2 构成反相输入式放大电路。 电阻 R R7 将 A2 同相端偏置于电源电压的一半 ,A2 的增益取决于 R R5，其大小为 Auf2 = 42472 0 0 058  RR 因此，传感器信号经两级运放总共放大了 Auf1 Auf2 =112 错误 !未指定书签。 （ 42） =4704 倍，当传感器产生一个幅度为 1mV 交流信号时， A2 的理论输出值为。 A3 和 A4 构成双限电压比较器， A3 的参考电位为 : U3 = 224747 4722   5 =3V A4 的 参考电位为 : U4 = 224747 4722   5 错误 !未指定书签。 =2V 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 15 在传感器无信号输出时， A1 静态输出电压为 ～ 1V之间； A2 在静态时，由于同相端电位为 ，其直流输出电平为。 由于 UBUA,故 A3 输出低电平， A4 输出低电平。 因此，在静态时， LED1 和 LED2 均不发光。 当人体进入监视范围时，双限比较器的输入发生变化，当人体进入时 U33V,因此 A3 输出高电平， LED1 亮；当人体退出时， U32V，因此 A4 输出高电平，LED2 亮。 当人体在监视范围内走动时， LED1 和 LED2 交替闪烁。 电路中的 C C9 为退耦电容。 C C C8 用于保证电路对高频干扰信号有较强的衰减作用，对于低频信号有较强的放大作用，当按图中取值时，在～ 8Hz 的频段内具有较好的频率响应曲线，以满足对热释电传感器输出的放大要求。 另外，若利用 Uo 信号去控制报警器，还可以实现音响报警；若利用 Uo 信号去控制继电器或电磁阀，还可以实现自动门、制动水龙头的自动控制。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 16 第五章 电路制作及调试 电路仿真 Multisim 仿真软件介绍 Multisim 是美国国家仪器（ NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟 /数字电路板的设计工作。 它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 启动界面如图51。 图 51： multisim 启动界面 工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证，并对电路进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计， 这也使其更适合电子学教育。 通过 Multisim 和虚拟仪器技术， PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 Multisim仿真软件的特点： 1．通过直观的电路图捕捉环境 , 轻松设计电路。 2．通过交互式 SPICE 仿真 , 迅速了解电路行为。 3．借助高级电路分析 , 理解基本设计特征。 4．通过一个工具链 , 无缝地集成电路设计和虚拟测试。 5．通过改进、整合设计流程 , 减少建模错误并缩短上市时间。 Protel 99SE PCB 软 件介绍 Protel99SE 是应用于 Windows9X/2020/NT 操作系统下的 EDA 设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 17 3D 模拟功能，是一个 32 位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计 32 个信号层， 16 个电源 地层和16 个机加工层。 启动图标如图 52 所示。 图 52：启动图标 Protel 99SE 的系统组成部分按照系统功能来划分， Protel99se 主要包含以下俩大部分和 6 个功能模块。 1．电路设计部分 （ 1）电路原理设计部分（ Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称 SCH 编辑器）、电路图零件库编辑器（简称 Schlib 编辑器）和各种文本编辑器。 本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 （ 2）印刷电路板设计系统（ Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称 PCB 编辑器）、零件封装编辑器（简称 PCBLib 编辑器）和电路板组件管理器。 本系统的主要功能是：绘制、修改 和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。 （ 3）自动布线系统（ Advanced Route 99）：在系统包含一个基于形状（ Shapebased）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现 PCB设计的自动化。 2．电路仿真与 PLD 部分 电路模拟仿真系统（ Advanced SIM 99）、可编程逻辑设计系统（ Advanced PLD 99）、高级信号完整性分析系统（ Advanced Integrity 99） Protel 99SE 的功能特点： （ 1）开放式集成化的设计管理体系。 （ 2）超强功能的、修改与编辑功能。 （ 3）强大的设计自动化功能。 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 18 仿真与验证 通过对电路的分析完成了电路的初步设计，但是也不能看见电路具体的设计功能，这时就需要对电路进行模拟仿真以观察电路的性能参数，打开 multisim软件在软件里画好仿真图，点击仿真按钮，观察电路的现象是否符合设计要求，如果不符合要求就要检查仿真电路是否有错，如果没有错误就要考虑电路原理设计是否有误，更改后在进行电路模拟仿真，重复以上步骤直到电路仿真与设计要求相符合。 电源电路的仿真效果图如图 53。 图 53：电源电路仿真 红外线热释电传感器未采集到信号时 (即开关断开 )，表示情况正常。 其仿真效果图如图 54 所示。 图 54：未采集到信号 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 19 红外线热释电传感器采集到信号 (即开关闭合 )后，表示有人闯入即发出报警信号，其仿真效果如图 55 所示。 图 55 报警效果图 红外线热释电传感器采集到信号过一断时间 (即开关先闭合再断开 )后，表示有人闯入后离开即发出报警信号，其仿真效果如图 56 所示。 图 56 报警效果图 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 20 电路的制作与调试 元件介绍 1. 红外传感器 红外传感器实物如图 57 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 58。 如果只看实物可能分不出红外传感器的引脚，常用的红外传感器金属装封的，有个窗口，接地的引脚是和外壳相通的，这较好分别，另外两个引脚与地引脚电阻都很大，很难分别。 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 59。 内部功能图如图 510 所示。 图 57：红外传感器感应方向 图 58：红外传感器实物 图 59：传感器 引脚说明图 510：内部功能图 无锡科技职业学院毕业设计（论文） 红外人体报警器的设计 21 传感器的基片材料是硅材料，采用的是 T05 封装，尺寸参数为： 1. 灵敏元面积为： Gap Dual，双元 2. 基片厚度为： 3. 窗口尺寸为： 4. 工作波长为： 5～ 14um 5. 平均过透率为： 75％ 6. 输出信号为： 7. 灵敏度为： 3300V/W 8. 探测率为： 108cmHz1/2/W 9. 噪声（ Vpp）为： 200mV (25℃ ) 10. 平度度为： 20％ 11. 工作电压为： ～ 15V 12. 工作。