红外线报警电路设计报告

一．设计任务

设计并制作反射式的红外报警电路，当有人靠近时能够发出声光报警。

二．设计要求

(1)反射式的有效探测距离>50cm

(2)系统采用单5V供电

(3)发出的声光报警能够持续10-15S时间，然后自动解除报警（或者采用手动解除报警）。

三．方案选择及电路的工作原理

方案一:采用LM567锁相环电路。 反射式红外线防盗报警器由LM567 及其外围电路产生方波振荡信号, 驱动三极管控制的红外线发射电路，并将接收的信号同其产生的方波信号的频率与相位进行比较, 当某一连续输入的信号落在给定的通频带内时, 锁相环电路将此信号锁定。无信号输入时8号脚输出高电平，有信号时8脚输出低电平。此电路具有抗干扰能力强的优点。

方案二:采用555定时器产生振荡电路。由555定时器产生脉冲波驱动红外发光管，接收管处用同向放大器放大信号。当有信号输入时，放大后的电压经同相比较器比较后，驱动三极管电路。此电路受外界红外线干扰强,但可通过滤波和调节电压比较器的基准电压较低外界红外线对电路结果的影响。

基于已学了555定时器, 对其掌握得较好,且由NE555产生脉冲波电路简单,方便调占空比，电路又便于调试,所以选择了方案二。

四．单元电路设计计算与元器件的选择

1.555定时器振荡电路: 为了使探测距离大于50cm,需要脉冲波的频率较大，预计为2-3kHz,其它参数为 R1 = 2K、 R2 = 10K、 C2 = 0.1uF、 C3 = 0.01uF,电位器R9 = 1K，产生的脉冲频率 f = 1/0.7(R1 + 2R2)C2 = 2-3kHz, 占空比q = (R1 + R2) / (R1 + 2R2) = 0.545；

2.同相放大器电路:  R4 = 1K、R5 = 1M、C4 = 0.1uF； 电压放大倍数Au = R5 / R4 = 1000；

3.延时电路: 由于受外界的干扰，没有人靠近时测得比较器输入端电压为1.6V左右，所以放电不完全，要达到10-15秒的延时则需按完全放电时间为20多秒计算参数。所以R6 = 200K、C5 = 100uF, 延时时间t = 1.1R6*C5 = 22s，调节基准电压可实现10-15s的延时；

4.同相电压比较器:电位器R10 = 10K,无人靠近时输入端电压为1.6V左右，调节R10使基准电压为1.8V；

5.三极管驱动电路:三极管用9013，由于蜂鸣器需要几十毫安的驱动电流，即I = 5 / R7 * β≈ (20-50)mA，β为100多，则基极处电阻取 R7 = 10K；与LED灯串联电阻 R8 = 680Ω；

五．设计的具体实现

1. 系统概述

设计思路：

1)为了使探测距离大于50cm,电路中需要用交流驱动红外发光管发光，由于用单5V的直流电压供电，需用振荡电路产生交流信号；

2)当有人靠近时红外接收管收到反射的红外线，由于信号小需用放大电路将其放大；

3)用 RC延时电路实现10-15秒的延时；

4)用同相电压比较器，当有人靠近时，接收到的信号经放大后输出的电压与比较器的基准电压比较后输出高电平；

5)蜂鸣器需要大电流驱动才能发声，所以需用三极管驱动电路，同时三极管也作为开关控制器件；LED灯驱动电路与声驱动电路并联。当比较器输出高电平，三极管饱和导通，蜂鸣器响、LED灯亮。

系统方框图如下：

延时电路

滤波放大电路

555振荡电路

声驱动电路

比较器电路

驱动电路

光驱动电路

●555振荡电路：由NE555与R1、R2、C2、C3，电位器Ra构成产生高频的脉冲，驱动红外发射管发光；

●滤波放大电路：由LM324与R3、R4构成同相放大电路，在输入端由C4滤波；

●延时电路：由R5、C5和二极管组成；

●比较器电路：由LM324和电位器R9组成同相比较器；

●驱动电路：由三极管、蜂鸣器、LED灯、R6、R7组成；

当有人靠近时，接收管收到反射回的红外线，反向电流增大，经放大器放大输出，对延时电路中的C5进行快速充电，经比较器比较输出高电平，使三极管饱和导通，驱动蜂鸣器响和LED灯发光；当人离开时，C5通过R6放电，当比较器输入电压小于基准电压，输出低电平使三极管关断，报警解除。

2． 单元电路设计、仿真与分析

a)555振荡电路：

555振荡电路单元原理图

555振荡单元仿真

b)滤波放大电路：

滤波放大电路单元原理图

滤波放大电路仿真图

c)延时电路：

延时电路单元原理图

d)电压比较电路：

电压比较电路单元原理图

e)三极管驱动电路：

                       三极管驱动电路单元原理图

3．电路的安装与调试

1)技术问题：放大器不能放大

无论有无人靠近放大器输出端一直是低电平，测得NE555的3号脚输出了脉冲

波，红外发光管发光，接收管处无脉冲波且电压几乎恒定，放大器输入端电压为低电平。经分析，接收管处是直流信号，由于脉冲波的频率太高为18KHz，使得接收管的反向电流还未减少太多，所以测得的是直流信号。增大RC的值，使振荡频率为2-3KHz时，放大器输入端输入脉冲信号，放大器放大。

2)调试中用到的仪器如下：

示波器，函数信号发生器、直流电源、万用表

3)调试步骤：

加上5V电压后，NE555的3号脚输出了脉冲波，调节电位器R9为300Ω左右，这时红外发光管电压为1V左右，电流<15mA；

没人靠近时测量电压比较器的输入端电压U1，有人靠近时测量输入端电压为U2, 并把基准电压调为U3,且U1 < U3 < U2；

根据延时的长短，调节U2使延时为10-15秒。

4)性能指标：要求：探测距离>50cm,延时10-15秒，声光报警；

实际：探测距离达到1米左右，延时9秒左右，实现了声光报警。

5)数据记录：

通过这门课，我发现理论和动手结合非常重要，通过模电数电的学习有助于这次电路图的设计，同时通过这次设计提高了对模电数电知识的掌握。学好理论知识是设计的前提，例如，在这次实验的调试中，因为对红外接收管的掌握不多，当把脉冲频率调得太高，接收管处是直流信号，使得滤波放大器未工作。这是因为频率高了，接收管反向电流还来不及减小，输出直流信号，不能通过滤波电容被放大器放大。另外理论学好了对实现设计作品的功能显得很容易了，例如，这次做的反射式红外报警电路要实现50cm的探测距离，则可调高脉冲频率，改变占空比，调节与发射管串联的电位器，增大放大倍数，调节比较器的基准电压实现。 

七．附录

元器件明细表:

整体原理图

                      红外报警实物图