安检门课程设计

1、第一章 电路的设计目的及功能说明1.1 设计目的本次设计所做的是安检门系统，主要利用红外线的编码发射和解码接受信号的原理。主要运用编码芯片PT2262-IR和解码芯片PT2272-M4，以及集成电路CD4011、CD4013、LM385、音乐芯片来完成本次设计，该电路由发射电路、接收电路、功能电路、控制电路、电源电路五部分构成。通过本次设计的目的是更深刻地了解集成电路的特点和用途，了解编码芯片和解码芯片的功能和用法，能更好地运用到实践中去，能够对安检门电路进行更深层次的了解，掌握安检门各部分电路并能分析其电路，为以后从事电子行业打下一定的基础。1.2 功能说明安检门电路主要由红外编码发射电路（

2、红外发射板）和红外（解码）接收电路、控制部分及各单元电路组成。编码和解码芯片分别采用PT2262-IR和PT2272-M4，发射和接收地址编码设置必须完全一致才能配对使用。红外发射电路将编码后的地址码、数据码、同步码随同38KHz红外载波一起发射出去；接收电路接收到有效信号，经过解码、处理后变成所需的电信号（当接收到发送过来的信号时，解码芯片PT2272-M4的VT脚输出一个正脉冲，与此同时，相应的数据管脚输出高电平），控制运放波形发生报警电路、声光控灯电路、金属检测报警电路、开关门指示电路几个单元电路。第二章 电路原理2.1原理介绍安检门是用红外发射板发射红外信号，按下红外编码发射电路的不同

3、按键（K1、K2、K3、K4）主板接收到相应的信号后，实现相应功能：1.按下K1键盘：开关门指示电路用发光二极管LED5和LED6指示门的状态:绿灯亮代表门 开，红灯亮代表门关闭。 2.按下K2键盘：金属检测报警电路工作，实时检测有没有金属，如有金属则发出音乐报警 声。再次按下K2键盘可以消除报警。 3.按下K3键盘：振动检测报警电路工作，实时检测有没有振动，如有振动则控制电路给运 放波形发生报警电路供电发出报警声。再次按下K3键盘可以消除报警。 4.按下K4键盘：控制LED2灯亮并延时一段时间模拟门灯的亮灭。声光控灯电路也可控制 LED2的亮灭，但只有在光暗的情况下才能通过声音控制LED2灯

4、亮。 此外，通过按下控制部分电路中的K4、K3、K2、K1，也可以同样实现上述对应功能。2.2电路组成结构电路的组成结构如图1所示，由五大部分组成：电源电路、发射电路、接收电路、控制电路及各功能电路。在此系统中，用户可以通过遥控或面板上的按键，来实现不同的功能。图1 安检门电路的组成方框图电源电路功能电路控制电路接收电路发射电路2.3 红外线遥控电路2.3.1 电路组成红外线遥控电路由红外线编码发射电路、解码电路组成，如图2所示。1编码电路：由按钮开关K1K4、二极管D1D4、电阻R2R6、编码芯片PT2262-IR组成。 2幅度键控电路：由三极管Q1、Q2及外围元件构成。 

5、;3红外管发射电路：由红外发射管VD、电阻R1组成。 4红外管接收电路：主要由红外接收管LR1构成。5幅度放大电路：由三极管Q3、电阻R19、构成。 6解码电路：由解码芯片PT2272-M4、电阻R31组成。图2 红外遥控方框图2.3.2 电路原理如图3示，红外线遥控系统发射部分工作原理：当K1K4任意键按下时，产生一个4位二进制数，同时二极管D1D4导通给编码器接通电源，经PT2262-IR的18脚进行地址编码；1310脚进行数据编码。在17脚输出一个由地址码和数据码混合的串行二进制代码，然后通过红外线二极管将ASK信号发送出去。红外遥控系统接收部分工作原理：红外接收二极

6、管LR接收到ASK信号经Q3放大、解调后还原为一个由地址码和数据码混合的串行二进制代码，送到PT2272-M4的14脚进行解码，解码后的信号有1013脚输出为4位二进制数，用它控制继电器、蜂鸣器或其他器件。图3红外线遥控电路图2.4 控制电路2.4.1 电路组成如图4示，电路由面板按钮开关电路、D触发器构成的计数器、直流继电器JQC-3F驱动电路。 面板按钮开关电路：按钮开关S2、S3、S4，D1D3是遥控电路的输出信号。 ² 计数器电路：是由双D触发器及外围元件组成的。 继电器驱动电路：它主要是由二极管D11、D12、R47及三极管Q5、Q6

7、、继电器线圈组成（YFDY、JSBJ是后级电路电源）。图4控制电路方框图2.4.2 控制电路原理如图5所示，开关K1K3（或从遥控解码电路的控制信号D1D3），由于电容两端的电压不能突变，电阻两端的电压为零，等到电路稳定后，电容两端充的电压约为Vcc，期间形成上升沿脉冲信号。输入到双D触发器CD4013的时钟脉冲信号因D触发器的D端接在Q 端上，所以只要在时钟脉冲CLK输入，D触发器计数一次。Q端脉冲信号变化一次，当Q端为高电平时，驱动电路的二极管D12、D13及三极管Q5、Q6饱和导通。继电器线圈得电，产生电磁力吸合开关，电源+12通过继电器开关供给后级电路。图5控制电路原理2.5

8、 功能电路2.5.1 电路组成如图6所示，能电路由振动检测报警电路、声光控灯电路、金属检测报警电路、开关门指示电路组成。图6功能电路方框图2.5.2振动检测报警电路振动检测报警电路由振动检测电路、运放波形发生报警电路、继电器控制电路组成。当不法分子意图破门而入时，振动蜂鸣片Y1产生一连串微弱的电信号。信号经过PNP型三极管Q1、基极偏置电阻R1、R5，集电极电阻R6组成共发射级放大电路；因电路无振动信号时，放大电路输出为零；一旦基极信号输入时；输出信号从低电平到高电平，供给D触发器U2A作为时钟脉冲。而U2A的D端C4、R16输入延时电路，在输入D端加入高电平信号。这时U2A的输出端为高电平，

9、如解码电路的12脚（D1）或按钮开关K2按下，电容C15两端电压不能突变，在D触发器（U4A）3脚形成上升沿脉冲，又D触发器（U4A）的D端与相连构成计数器。电阻R47、二极管D12、D11构成分离的与门电路，根据与门的功能“有0出0,全1出1”只要D触发器U4A和U2A的1脚同时输出为1，继电器驱动管Q5饱和导通，继电器线圈得电，继电器触点开关闭合。C6为电源+12V的退偶电容。电源+12V加到LM358集成芯片的8脚，集成芯片LM358采用双电源供电，使电路具有更好的动态范围。继电器开关闭合瞬间，电路产生微弱的信号经过正反馈后，电路往复循环，在U1B及外围元件组成积分电路，将信号变换为三角

10、波，由稳压二极管DW1、DW2限幅，输入到三极管Q2基极，当输出为高电平时，Q2饱和导通蜂鸣器LS1报警。如图7所示。图7振动检测报警电路2.5.3 金属检测报警电路金属检测报警电路由继电器控制电路、金属检测电路、报警电路组成。当携带金属凶器进入安检门时；线圈L2中引起电磁变化，通过互感到L1上返回输入形成振荡。最终在三极管Q9的集电极端输出正弦波信号。C21为电源Vcc的退偶电容。当Q9的集电极正弦波为低电平时Q8饱和导通，三极管Q7发射极电压，,Vcc=0V。Q7饱和导通，集电极输出为，致使三极管Q10饱和导通，这时只要解码电路D2输出高电平或者按钮开关K3闭合，由于电容C17两端电压不能

11、突变，在D触发器U4B的时钟脉冲输入端输入上升沿脉冲的矩形波信号。因U4B的D=，实现计数功能。当U4B的13脚为高电平时，三极管Q6饱和导通，继电器JK2线圈得电，开关闭合。二极管D7防止驱动三极管Q6在继电器线圈得电瞬间产生高压击穿C、E结。开关闭合后，LED3发光二极管亮，电源Vcc加到二极管D9的阳极。当三极管Q10饱和导通后，二极管D9导通，电源Vcc加载到音乐芯片PX088A电源输入端，Q10饱和导通，由于C22两端电压不能突变，在音乐芯片触发脚形成变化的信号，芯片输出高电平。三极管Q11饱和导通，蜂鸣器LS2报警，如图8所示。图8金属检测报警电路2.5.4声光控灯电路声光控灯电路

12、由U3A、U3B与非门组成的非门，反馈电阻R23、R24，与非门U3C、U3D外围元件构成单稳态电路及按钮开关K1组成。如图9所示。当夜幕降临时，门外一片漆黑。这样非常不方便，声光控灯电路就是在夜晚时，光敏电阻RG1呈现高电阻。两端的压降大，U3B输入端5、6脚为高电平，输出端4脚位低电平，二极管D5截止。这就为声音通道的导通创造了条件。如果此时楼梯有人走动或者有人谈话时，话筒BM1拾取声音信号经U3A放大输出后加大R23两端，即与非门的1、2脚。当音频信号的正半周期峰值电平超过与非门的输入阀值电平时，与非门U3A因两个输入端均为逻辑“0”，则输出端为逻辑“1”，此高电平经过R24加到与非门U

13、3C的9脚。若此时按钮开关K1按下，因电解电容C13两端电压不能突变，在与非门U3D的12脚产生一个矩形脉冲，矩形脉冲高电平时，经过R25加到Q4基极，三极管饱和导通指示灯LED2亮。电源Vcc经电阻R29向电容C13充电，当电容两端的电压充满后，充当Q4的基极电源。与非门U3D的12、13脚为低电平，输出端为高电平，此时U3C输出为低电平，因其输出电阻大，电容C13通过其内部输出电阻快速放电。三极管Q4快速截止，指示灯LED2停止发光。图9 声光控灯电路图2.5.5 开关门指示电路开关门指示电路简单，工作性能稳定。它由按钮开关K4、D触发器U2B、三极管Q12、Q13指示灯驱动电路组成。当解

14、码电路D3端输出上升沿脉冲或者按钮K4按下时，因电容C25两端电压不能突变，在D触发器U2B的时钟脉冲端产生上升沿脉冲，D触发器工作，=D实现计数功能。只要11脚有时钟脉冲，D触发器U2B的13脚输出一连串高低电平。当13脚位高电平时，NPN型三极管Q12饱和导通，电源Vcc经R44、LED5形成回路，绿色开门指示灯LED5灯亮；当13脚为低电平时，PNP型三极管Q13饱和导通，电源Vcc经R45、LED6形成回路，红色关门指示灯LED6亮。如图10所示。图10 开关门指示电路2.6 电源电路本产品采用的电源，电路简单。只要在J1脚输入电源按下开关S1，图16电源指示电路，+12V电源一端经电

15、阻R36与LED4形成回路，电源指示灯LED4亮。另一端加到三端集成稳压芯片7805上，7805的3脚输出Vcc正5V电压。电容C23防止自激，电容C24用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声。如图11所示。图11电源指示电路2.7 电路原理总分析如附图1所示，当电源端口J1三脚接上时，三段集成稳压器LM7805通电工作，输出+5V电压Vcc。为后面电路提供+5V、电压。红外线编码电路采用独立的干电池供电，这样携带方便。当按下遥控键上的按钮开关K1（或PCB上的按钮开关K4），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D3。因电容C25两端电压不能突变，为D触发器U2B提供时

16、钟脉冲。D触发器计数，在输出端13脚输出一连串矩形脉冲。若为高电平时，绿色开门指示灯LED5亮，红色关门指示灯LED6灭。若为低电平时，红色关门指示灯LED6亮，绿色开门指示灯LED5灭。当按下遥控键上的按钮开关K2（或PCB上的按钮开关K3），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D2。因电容C17两端电压不能突变，为D触发器U4B提供上升沿时钟脉冲。D触发器工作，在输出端13脚输出控制信号。若控制信号为高电平，则继电器驱动三极管Q6饱和导通，继电器开关闭合，为音乐芯片PX088A提供+5V电源,指示灯LED3亮。同时当不法分子携带凶险穿过安检门时；由于电磁感应在线圈L1上

17、引起电流变化，通过互感传递到L2，三极管Q7、Q8、Q10饱和导通，为音乐芯片PX088A提供触发信号。音乐芯片输出控制信号，使Q11饱和导通，蜂鸣器LS2报警。当按下遥控按控按键上的按钮开关K3（或PCB上的按钮开关K2），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D1。因电容C15两端电压不能突变，为D触发器U4A提供上升沿时钟脉冲。D触发器工作，在输出端1脚输出控制信号。若控制信号为高电平，二极管D11、D12组成与门电路。为与门电路输出为高电平提供条件。同时当不法分子强行进门时，振动蜂鸣片获取信号，经过驱动电路放大，D触发器U2A暂存，输出控制信号ZD，若ZD=1时，继电

18、器驱动三极管Q5饱和导通，继电器开关闭合。运放波形发生报警电路得到+12V电源，指示灯LED1亮。集成运放U1A、U1B通过反馈产生脉冲信号，经过稳压二极管DW1、DW2限幅。在Q2基极产生幅度为6.2V的矩形波，高电平期间，三极管Q2饱和导通，蜂鸣器报警。当按下遥控按控按键上的按钮开关K4（或PCB上的按钮开关K1），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D0。同时夜晚时，光敏电阻RG1呈现高阻抗，RG1两端的电压大于与非门U3B的阀值电压，与非门输出为低电平，二极管D5截止。门外有人经过、谈话时，柱极话筒拾取声音信号。经U3A放大输出后加大R23两端，即与非门的1、2脚。

19、当音频信号的正半周期峰值电平超过与非门的输入阀值电平时，与非门U3A因两个输入端均为逻辑“0”，则输出端为逻辑“1”，此高电平经过R24加到与非门U3C的9脚。控制信号D0为高电平脉冲时，三极管Q4饱和导通，门外指示灯LED2亮。通过U3C、U3D及外围元件组成的单稳态触发器延时一段时间后，门外指示灯灭。第三章 元器件介绍 3.1.集成电路PT2262-IR/PT2272-M4 PT2262-IR和PT2272-M4是通用配对编、解码芯片，PT2262-IR / PT2272-M4最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空、接高电平、接低电平)，任意组合可提供531441种地址码。 编

20、码芯片PT2262-IR发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272-M4接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平。PT2262-IR的管脚图如图2所示，管脚说明如表12所示；2-M4的管脚图如图13所示，脚说明如表2所示。图12 PT2262-IR管脚图图12 PT2262-IR管脚图图13 T2272-M4管脚图表1 PT2262-IR管脚说明 名称管脚说明A0-A1118、1013地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”、“1”、“f”(悬空)D0-D578、1013数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端

21、（）Vss9电源负端(-)TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端。Dout17编码输出端（正常时为低电平）表2 PT2272-M4管脚说明名称管脚说明A0-A1118、1013地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，“f”(悬空)，必须与2262一致，否则不能解码D0-D578、1013地址或数据管脚，当作为数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平，否则输出为低电平，锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端（）Vss9电源负端

22、(-)DIN14数据信号输入端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端VT17解码有效确认，输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）3.2 集成电路CD4013、CD4011 CD4013是双D触发器，它在电路中通常用于分频器、计数器、移位寄存器。其管脚图及功能表如图14所示，11是CMOS四二与非门，其管脚图如图15所示。RD(复位端)SD(置位端)Q（输出端）10001100D11X图14 CD4013管脚图及功能表XYQ动作00？禁止011设定101重置11不变无图15 CD4011管脚图及功能表3.3音乐芯片PX088A是高集

23、成的音乐芯片，只要在芯片的两端加载上电源，触发端输入突变的信号，音乐芯片的输出1、输出2脚就可带动扬声器发声。管脚如图16所示。图16音乐芯片3.4集成电路LM358LM358是常用的双运放，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，适用于电压范围较宽的单电源。管脚图如图17所示，直流电压增益约为100dB；单电源供电范围为330V，双电源为±1.5±15V。图17 LM358管脚图3.5 压电陶瓷蜂鸣片压电陶瓷蜂鸣片Y1是利用压电效应原理工作的，当对其施加交变电压时它会产生机械振动；反之，对其施加机械作用力时它也会产生电压信号。因此，可以将压电陶瓷蜂鸣片变

24、通作为振动传感器使用。压电陶瓷蜂鸣片受到机械作用力时产生的电压信号很微弱，作振动传感器使用一般应连接电压放大器。第四章 焊接与调试4.1 电路板焊接1.焊点大小药适中，无漏焊、假焊、虚焊、连焊，焊点要光滑、圆润、干净，无毛刺。2. 焊接时一定要细心，元器件的方向一定要对，电阻值要选择好，电解电容、二极管和三极管要注意极性及方向。3. 焊接时要从低到高的顺序，先焊小元器件再焊大元器件，有贴片元器件时先焊接贴片元件。4. 在安装集成块时，它们的缺口要与丝印层上的缺口保持一致。5.焊接时要注意焊接的温度及时间。焊锡的最佳温度为350ºC，温度太低易形成冷焊点；焊接时间一般为2-3S，一般I

25、C、三极管焊接时间小于3S，其他元件焊接时间为4-5S。4.2电路调试调试实现“安检门”的各项功能：1.红外接收电路、解码电路正常工作2.控制电路正常工作3.振动检测电路、运放波形发生报警电路正常工作4.声光控灯电路正常工作5.金属检测报警电路正常工作（1）红外发射板发射红外信号，对红外发射电路和红外接收电路通过焊接完成编码。（2）在发射电路中，R1起限流作用；发射电路采用脉时调制方式。（3）在控制电路中，R20、R28应选用阻值为10的电阻，其在电路中起限流作用；D11、D12在电路中相当于与门电路。（4）在振动检测电路中，振动信号检测是用电压放大电路，振动检测电路的开机延时是由电容C4和电阻R16组成。驱动报警延时时间长短由电容C5和电阻R12决定。（5）在运放波形发生报警电路中，DW1，DW2起限幅作用；电阻R15在电路中起反馈作用。（6）在金属检测报警电路中电感线圈L1和L2的直径为4cm，密绕，用双面胶粘牢以防散开；L1，L2分别绕1圈和16圈，中间抽头为公共端。第五章 总结本次所做的题目为安检门系统，经历了安检门原理分析、总体设计、实现调试和最后的项目改进5个步骤，充分体会到了进