应用电子专业毕业设计（论文）-人体红外线感应报警电路分析.doc

咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 i 页 共 26 页 咸阳职业技术学院电子信息系毕业论文 人体红外线感应报警电路分析 学生姓名： 学 号： 专 业： 应用电子技术 年 级： 指导老师： 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 ii 页 共 26 页 内容摘要：内容摘要： 概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。 利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电 路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗等 装置中应用较广。 科技发展至今，给我们的生活带来了极大的便利，尤其是计算 机的出现给人们的生活带来了质的飞跃，可以说计算机的应用已经 渗透到了我们生活的各个方面，如今计算机视觉的研究如火如荼， 而人体动作包含了大量的信息，对人体动作的检测识别也已经成为 当前的热门方向之一，如果能够准确的识别人体的动作，这将有非 常大的潜力和广泛的应用空间，在安防，人机交互，智能家居系统、 运动捕捉系统等领域人体动作的检测识别有着非常大的应用前景， 该报警器能探测人体发出的红外线，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。当人进入报警 器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、 实验室等比较重要场合防盗报警。概述了红外辐射的知识、热释电 红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种 被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外 传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中较广。 关键词：关键词：红外线；红外线； 热释电效应热释电效应 ；菲涅尔透镜；菲涅尔透镜 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 iii 页 共 26 页 目录目录 内容摘要：内容摘要：ii 引言：引言：v 第一章第一章 绪论绪论.7 1.1 设计概述7 1.2 设计背景7 1.3 设计要求7 1.4 设计意义8 第二章第二章 系统方案设计与研究系统方案设计与研究.9 2.1 设计过程9 2.22.2 方案选定方案选定.9 第三章第三章 红外线传感器概述红外线传感器概述.10 3.1 红外线传感器.10 3 3. .2 2 红红外外线线传传感感器器的的特特点点 .10 3 3. .3 3 主主要要特特性性 10 第四章第四章 lm358 芯片芯片11 4.1 lm358 概述.11 4.2 芯片特点11 4.34.3 电气特性电气特性.11 4.5 典型电路12 第五章第五章 lm393 芯片芯片13 5.1 lm393 概述.13 5.2 芯片特点13 5.3 电气特性13 5.45.4 典型电路典型电路14 第六章第六章 电路设计电路设计.14 6.1 红外线传感器14 6.2 信号放大电路15 6.36.3 电压比较器电压比较器16 6.46.4 音响报警电路音响报警电路17 6.56.5 延时电路延时电路17 6.56.5 12v12v 电源电路电源电路.18 6.66.6 红外线感应报警电路红外线感应报警电路19 第七章第七章 总结与展望总结与展望.19 致致 谢谢.21 参考文献参考文献.22 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 iv 页 共 26 页 附录附录 1 元件清单元件清单22 附录附录 2 电路原理图电路原理图24 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 v 页 共 26 页 引言：引言： 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很 大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的 要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。 它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也 可以用于较大规模住宅区的防盗系统。它的工作性能好，不易出现不报和误报 现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计 算机相连接。利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计 算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。在科技日益发展 的今天，防盗的概念已经发生根本的变化，传统的人防由于人的弱点(偷懒、打 瞌睡、疏忽)及投资回报等问题，已渐由技防所取代。一个电子防盗系统可以包 括移动探测器、门磁探测器、玻璃破碎探测器、振动探测器、烟雾探测器、紧 急按键等各种探测器，从多个方面保护您的安全。在系统布防时，上述各种探 头探测到任何异动，如有人进入房间，或打破玻璃，或撬门，或企图破坏保险 箱，甚至翻越围墙等，都将会发出声光警报，提醒人们的注意与行动，从而有 效地保护了人民的生命财产的安全。 本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便， 而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安 装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和 pc 机通 信，便于多用户统一管理。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 6 页 共 26 页 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1设计概述设计概述 本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体辐 射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应 用。课题利用 lm386 功放、lm393 比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成 的典型电路。总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。探 测发射电路通过热释红外线探测报警器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、 延时和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号，再利用幅度调制将信号发 射出去；而接收报警部分则是利用短波调幅收音机进行接收，从而达到无线报 警的目的。 由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块 的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电 路。 1.1.2 2 设计背景设计背景 该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出 报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。随着 时代的不断进步，人们对自己所处的环境的安全性提出了更高的要求，尤其是 在家居安全方面不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报 警系统，有效的保证了居民的人身和财产的安全。但是由于大部分报警系统采 用的是有线信道，这给系统安装、维护和抗干扰都带来了不利的一面。而采用 无线信道的报警系统，可以做到安装和维护变得更为方便，隐蔽性更好，不易 被发现而被破坏，且抗干扰能力更强。由于红外线是不可见光，所以有很好的 隐蔽性。因此红外无线用在防盗报警系统中将使报警系统更隐蔽，更可靠，更 安全。 1.31.3 设计要求设计要求 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 7 页 共 26 页 1 1熟悉电路的工作原理；熟悉电路的工作原理； 2掌握该电路中元器件的识别方法； 3掌握电路的调试方法； 4熟悉电路简单的故障分析方法； 5论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。 1.41.4 设计意义设计意义 通过红外声光报警器的设计，加深对报警电路的了解，学会一些红外声光的 一些报警原理及应用。 加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带 生命迹象的探测。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 8 页 共 26 页 第二章第二章 系统方案设计与研究系统方案设计与研究 2.12.1设计过程设计过程 整个电路设计可分为以下几个单元电路：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。 2.22.2方案选定方案选定 人体红外线感应报警器电路是由红外线传感器、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。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 9 页 共 26 页 第三章第三章 红外线传感器概述红外线传感器概述 3.13.1 红外线传感器红外线传感器 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构 不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元 件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外 线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电 检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、 碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 3 3. .2 2 红红外外线线传传感感器器的的特特点点 红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任 何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线传感器测量 时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优 点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医 学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感 器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾 病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可 实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。 3 3. .3 3 主主要要特特性性 高灵敏度：400c/750f 或 250c / 480 f 红外光谱： 1 至 3 m 由自监测功能实现数字式控制 无需光学调整 使用维护方便 专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中 (ip66) 设有空气吹扫装置和水冷却系统 提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 10 页 共 26 页 第四章第四章 lm358lm358芯片芯片 4.14.1 lm358lm358概述概述 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。 4.24.2 芯片特点芯片特点 内部频率补偿。 直流电压增益高(约 100db) 。 单位增益频带宽(约 1mhz) 。 电源电压范围宽：单电源(330v)；双电源(1.5 一15v) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。 低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0 至 vcc-1.5v) 4.34.3电气特性电气特性 输入偏置电流 45 na 输入失调电流 50 na 输入失调电压 2.9mv 输入共模电压最大值 vcc1.5 v 共模抑制比 80db 电源抑制比 100db 8 脚:电源 vcc 4 脚:接地 1、7 脚：输出端 3、5 脚：同相输入端 2、6 脚：反相输入端 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 11 页 共 26 页 4.54.5 典型电典型电路路 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 12 页 共 26 页 第五章第五章 lm393lm393芯片芯片 5.15.1 lm393lm393概述概述 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。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。 5.25.2 芯片特点芯片特点 工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236v，双 电源:118v； 消耗电流小，icc=0.8ma； 输入失调电压小，vio=2mv； 共模输入电压范围宽，vic=0vcc-1.5v； 输出与 ttl，dtl，mos，cmos 等兼容； 输出可以用开路集电极连接“或”门； 5.35.3 电气特性电气特性 8 脚：电源 4 脚：电源 1 脚：比较器 a 输出 2 脚：比较器 a 反相输入 3 脚：比较器 a 同向输入 5 脚：比较器 b 同向输入 6 脚：比较器 b 反相输入 7 脚：比较器 b 输出。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 13 页 共 26 页 5.45.4 典型电路典型电路 第六章第六章 电路设计电路设计 6.1红外线传感器红外线传感器 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 14 页 共 26 页 红外线传感器 ic1 采用进口器件 q74，波长为 910um。一般人体都有恒定 的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10um 左右的红外线。ic1 探测到前 方人体辐射出的红外线信号时，由 ic1 的脚输出微弱的电信号进入放大电路， 经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。 6.26.2 信号放大电路信号放大电路 100k r6 100k r5 300k r810k r7 4.7k r4 1k r3 0.01uf c4 47uf c2 22uf/16v c3 vt1 9014 8 1 4 3 2 1 ic2a lm 358 47u/16v c1 1m r2 图 1 信号放大电路如图 1，vt1 和运算放大器 lm358 等组成放大电路，由 ic1 的 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 ica 中进行高增益、低噪声放大，此时由 ic2a脚输出的信 号已足够强，输入电压比较电路。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 15 页 共 26 页 6.36.3 电压比较器电压比较器 vd1 1n4001100k r 12 100k r 9 10k r 10 10k r 11 84 7 5 6 2 ic 2b lm 358 100k r 13 22u/16v c 5 图 2 电压比较器如图 2，ic2b 和 vd2 等作电压比较器，ic2b 的第脚由 r10、vd1 提供基准电压，当 ic2a脚输出的信号电压到达 ic2b 的脚时，两 个输入端的电压进行比较， 此时 ic2b 的脚由原来的高电平变为低电平。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 16 页 共 26 页 6.46.4 音响报警电路音响报警电路 vd2 1n4001 47uf/16v c6 100k r13 470k r14 100k r15 300k r16 3 1 84 2 1 ic4a lm393 图 3 如图 3，ic4a lm393 为报警延时电路，r14 和 c6 组成延时电路，其时间约 为 1 分钟。当 ic2b 的脚变为低电平时，c6 通过 vd2 放电，此时 ic4 的脚变 为低电平它与 ic4 的脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，ic4 的 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，ic2b 的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 脚才变为低电平，时间约为 1 分钟，即持续 1 分钟报警。 6.56.5 延时电路延时电路 47u/16v c8 560k r20 vt3 8050 vd4 in4001 图 4 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 17 页 共 26 页 如图 4，由 vt3、r20、c8 组成开机延时电路，时间也约为 1 分钟，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。该装置采用 912v 直流电源供电，由 t 降压，全桥 u 整流，c10 滤波，检测电路采用 ic3-78l06 供电。本装置交直流 两用，自动无间断转换。 6.56.5 12v12v电源电路电源电路 由功率为 12v 5w 的变压器，电桥等组成，为报警电路提供 12v 的电 压源。 t u 470uf c10 47u c9 0.1u c11d +12 如图 5 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 18 页 共 26 页 6.66.6 红外线感应报警电路红外线感应报警电路 图 6 6.76.7 红外线感应报警电路原理红外线感应报警电路原理 该红外该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警的监视区域内， 即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要的场合进行 防盗报警。 该装置由红外线传感器、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的红外线信号时， 由 ic1的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，在 经过 c2输入到运算放大器 ic2中进行高增益，低噪声放大，此时由 ic2脚输出 的电信号已足够强。ic3做电压比较器，它的第脚由 r10,vd1提供基准电压，当 ic2脚输出的信号电压到达 ic3的脚时，两个输入端的电压进行比较，此时 ic2脚由原来的高电平变为低电平，ic1为报警延时电路，r11和 c6组成延时电 路，其时间约为 1 分钟。当 ic3得脚变为低电平时，c6通过 vd2放电，此时 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 19 页 共 26 页 ic1的脚变为低电平，它与 ic3的脚基准电压进行比较，当它低于基准电压 时，ic4的脚变为高电平，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 c6两端的电压高于基准电压时，ic4 的脚才变为低电平，时间约为 1 分钟，即持续 1 分钟报警。 由 vt3、r20、c8组成开机延时电路，时间也约为 1 分钟，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 止停电后又来电产生误报。 该装置采用 9-12v 直流电源供电，由 t 降压全桥 20u 整 6 流，c10滤波，检 测电路采用 ic578l06 供电，本装置交直流两用，自动无间断转换。 第七章第七章 总结与展望总结与展望 把论文结束的瞬间，心里面非常高兴，在写论文的期间，不会的或模 糊不清的拿着书本翻阅资料，不懂的会追根究底，虽然没有那么多的时间 将问题深思熟虑，考的不周全，学习的感觉很棒，吸收知识很充实。 经过这段时间的打理，毕业设计总归完成了。我喜欢设计，这是我三年大 学生活对我作出的努力的体现。就这样，我是积极地去做我的毕业设计。 本设计中所阐述的仅仅是一种简易的红外线感应报警器电路设计。我是一 个追求创新的人，大学里我一半的学习成果来自于课堂，另一半来自于我 的课外阅读，我喜欢阅读，在学校里，单片机， photoshop,protel 电路分 析等，总结下来，我自学的只是一点皮毛，肤浅的东西。本来还兴奋的思 考着，工作两年以后再好好学习一下其他的东西，现在觉得有点天方夜谭 了，上班后时间都是很很宝贵的，仅有的一点时间估计都用来补充睡眠了， 呵呵，下面还是谈谈设计吧。 总之，不论工作还是学习，都要理论联系实际，运用相关的理论知识， 实践是检测理论的最好办法，通过对电路原理的介绍和探究，得出其制作 方案与实践应用原理，并重点研究了其相关的核心技术和应用理论。相信， 在现实生活中该理论一定能得到很好的应用和更为广阔的发展。 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 20 页 共 26 页 一开始做毕业设计时那才叫新鲜啊，所以我很积极，课题刚一下来，我兴 奋的，去网上搜了一篇，结果太复杂了还有就是觉得毕业设计这辈子也就 一次，下载别人的自己什么都没有学到，所以我就自己写，我完成了第一 篇自己的论文，唉，可惜，含金量太低，太老套，没有创新的观点，所以 我选择放弃这一个版本，之后我便开始追求我所谓的创新毕业设计，也就 是在课题的基础上发挥一下，呵呵。还有，就是之前觉得吧，毕业设计只 是对这几年来所学知识的单纯总结，只要有点专业基础就会很简单，但现 在才发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能 力的一种提高，同时学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中 都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，而自己需要学习的东 西还有很多。 在毕业设计过程中，我也上网查阅了许多资料，掌握了科技文献的检索方 法，大大提高了自己获得新知识，新信息的能力。我也深深的体会到，实 践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。反 过来，分析调试过中的得失，能加深对理论的理解。我也将许多遗忘的知 识又给温习了。 通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的 工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 本课题在选题及研究过程中得到张江红老师的悉心指导和同学们的热 心帮助。张老师为我指点迷津，帮助我开拓思路使我可以顺利完成设计。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利 完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受 我诚挚的谢意！ 咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文 第 21 页 共 26 页 致致 谢谢 时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业。人最宝贵的年华有几个三年，在这 里我度过了让我真正成长成熟的三年，记得刚进学校是我是多么的无助与 陌生，三年的大学生活使我变的成熟，坚强和独立。 感谢我的所有任课老师，他们严谨细致、认真讲解，他们循循善诱的教导 和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 三年的大学生活中，它们不管在生活还是学习上都给我很大的帮助，让我 从腼腆的小女孩变成能独立面对社会的毕业生。 我们高电 0801 班可能是比较特殊的班级吧，辅导员经常换，顺序依次为柴 明老师，史晶老师，张颖老师和庞成老师，我觉得很幸运能拥有这么多的 辅导员老师，他们每个对我们的影响都很大，他们尽职尽职责管理着我们 这个班，照顾着我们，在这里借这个机会对所有的代课老师致以最诚挚的 感谢，他们不仅是我的老师，更是我的益友，在我的三年大学生活中他不 仅给予我们学习上的帮助还给我生活上很多帮助，锻炼我的各方面能力， 使我步入社会时能很快很好的融入。感谢在我平时学习中给我很大帮助的 老师们，他们渊博的知识，严谨的治学，让我不仅学到了扎实的专业知识， 还教会了我如何做人，面对问题养成了沉着冷静，努力解决。上班了，面 对自己不熟悉的环境，我要适应，上班了没有很多的时间看书，更没有多 少时间来做毕业设计，在我现在做这个设计时，我还没有离开学校，很多 知识我们还没忘掉，在这里我要感谢张江红老师，在百忙之中抽出时间辅 导我，帮助我做毕业设计辅导，使我节省和很多时间，顺利完成毕业设计。 最后要感谢的是我的父母，因他们的给予我才能在这校园里完成我的大学 梦想，使我的人生阅历提高，增长见识，提高了自己个方面的素质和涵养。 也要感谢我的同学。 ，因为我们团结我们才