人体红外线报警器的设计

人体红外线报警器的设计人体红外线报警器的设计[摘要]本课题是应用所学习的电路知识和Protel99SE知识，在学校已有的电路板、红外线传感器、信号放大电路设计一个能够实现检测并能发出警报的人体红外线报警器。拟采用红外线传感器作为感应人体的基本器件，利用接收器对发射来的信号进行接收，同时采用发射器对信号进行发声分析处理，最后进行报警功能。再利用学过的Protel99SE知识，根据功能需求进行电路板的绘制与调试，保证软硬件正常工作，完成产品相应功能。人体红外线报警器主要功能是采用了红外线传感器，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。本设计电路主要包括信号放大电路、比较电路、音响报警电路、开机延时电路和12V电源电路组成。分析人体红外线报警器的各部分功能电路原理，运用Protel99SE完成原理图的绘制，并制作电路板完成报警器，从而完成整个设计。[关键词]红外线电压比较器放大电路报警器HumanbodyinfraredalarmAbstract:ThispaperistheapplicationofthelearningcircuitknowledgeandknowledgeofProtel99SE,theschoolalreadyhasacircuitboard,aninfraredsensor,asignalamplificationcircuitdesigncanrealizedetectionandalarmofhumanbodyinfraredalarm.Theinfraredsensorasthesensingbodybasicdevice,usethereceivertotransmittoandreceiveasignal,whileusingthetransmittersignalsoundanalysis,finallyalarmfunction.ThenusingthelearnedknowledgeofProtel99SEL,accordingtothefunctionalrequirementsofcircuitboarddrawinganddebuggingofhardwareandsoftware,toensurenormalwork,completestheproductfunction.Humanbodyinfraredalarmsystemmainfunctionistheuseofinfraredsensors,ithastheadvantagesofsimplemanufacture,lowcost,isconvenientforinstallation,andtheanti-theftperformanceisrelativelystable,stronganti-interferenceability,highsensitivity,safeandreliable.Thisanti-theftdeviceconcealedinstallation,isnoteasytobethethieffound.Thedesignofthecircuitmainlycomprisesasignalamplifyingcircuit,acomparisoncircuit,asoundalarmcircuit,astartingdelaycircuitand12Vcircuit.Analysisofhumanbodyinfraredinductionalarmfunctionofeachpartofcircuitprinciple,usingProtel99SEcompletedaschematicdrawing,andusingMultisimsimulationdebuggingthecircuitalarmparameters.Keywords:Infraredalarmvoltagecomparatorcircuit目录TOC\o"1-3"\h\u23149第一章前言 第一章前言1.1本课题研究的背景以及现实意义报警器(alarm)，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。报警器可以分为：气体报警器，燃气报警器，可燃气体报警器，防盗报警器，红外线报警器等等。红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产、生活密不可分。而且人们自身的安防意识也在逐渐增强，尤其是在家居安全方面。红外线具有隐蔽性，设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。所以，本学期我的毕业课题就是人体红外线报警器的研究。该报警器能探测人体发出的红外线，当有人竟如报警器的监视区域内的时候，就出报警声，这主要适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要的场合。本设计是经过分析利用热释电红外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报警器。主要应用于扬州工业职业技术学院1B321宿舍，内容广泛，灵活应用。设计该报警器主要是为了更好的掌握大学三年来所学的知识，对其加强巩固，同时在设计该报警器的同时也能让我对一些元器件有所认识，对它的原理，调试等等都有所掌握。1.2本课题对于专业知识的综合应用情况 因为学习的知识的深度的限制以及实际情况的考虑，在设计电路的过程中，力求以最简单实用的电路来完成所需的功能。同时也向我的指导老师钱松老师询问了相关的报警器电路知识。电路部分应用Protel99SE软件进行了原理图的绘制。然后再进行PCB板的设计与布线，最后再进行整个电路板的焊接与调试。在整个设计过程中，应用了本人大学期间所学的《模拟电子产品的安装与调试》、《模拟电子技术》、《数字电子产品的安装及调试》、《电子产品的设计与制作》、《电子工艺标准化》、《电路原理图与电路板设计教程protel99SE》、《高频电子线路》、《电路分析基础》、《电气控制技术》、《数字电子技术》等多门专业课程。本课题选题难度适中，设计过程能够对所学的Protel99SE绘制电路图、PCB图、然后再进行电路板的焊接与调试过程中也提高了自己的动手能力。同时也可以重新巩固以前学过的电路知识。这次的毕业设计对于我大学三年来学习过的有关电子的知识是一个很好的巩固过程。也在实践过程中提高了实际造作能力。第二章人体红线报警器的工作概述及原理分析2.1人体红外线报警器的工作概述红外线报警器由报警主机和红外探测器组成报警系统。该报警器能探测人体发出的红外线，当有人进入报警器监视区域内的时候，采用红外线传感器作为感应人体的基本器件，利用接收器对发射来的信号进行接收，同时采用发射器对信号进行发声分析处理，最后进行报警功能。主要由电路由红外线传感器、信号放大电路、电压比较电路、开机延时电路、音响报警电路和电源电路组成。下图是整个设计的结构框图，这个框图大致把整个电路的构造进行了一个梳理。组成框图如下：电源电路延时电路音响报警开机延时信号放大红外线传感器电压比较延时电路音响报警开机延时信号放大红外线传感器电压比较图2-1人体红外线报警器整体结构框图2.2人体红外线报警器总体电路原理图及其分析人体红外线报警器就是由上述图的六个模块组成，主要是红外线传感器,信号放大电路，电压比较电路，音响报警延时电路，开机延时电路，电源电路这六部分组成。电路中提供的电源是12V。该设计的主要概念是当有人在报警器前面走过时，便会发出报警声，可以为作家庭防盗使用。电路采用双元被动式热释电传感器作为红外线的接收传感器，经运算放大电路放大与处理后，将人体信号变成电信号，最后驱动蜂鸣器报警。接通电源后，人体由于体温的存在，在人的周围会散发出一定的红外线信号，这个微弱的红外线信号被热释电传感器拾得后，在其信号端输出极其微小的电压信号，送入IC2的同相输入端13脚，在一级放大后，在1脚输出放大的人体信号，经C2、R9耦合后，送入IC2的2脚，经二级放大后，得到一个幅值较大的人体信号，经R8耦合，送入电压比较器，当人体信号出现正幅值时，其电压高于同相输入端的电压值，此时输出脚便输出低电平信号，C12上的电荷经VD5流入IC2的7脚，C12上的电荷得到释放，电压比较器的反相输入端低于同相输入端，此时输出信号输出高电平信号。此间即使没有人体信号输入，由于C12上的电荷是通过R11进行充电，一时间C12上的电压也不会高于IC2的10脚，因此可以保持输出端的高电平输出，若此间一直有人体信号输入，则C12上的电荷将一直被释放，因此也将长期保持高电平输出。电解电容C11，电阻R12组成开机延时电路，刚上电时，C11两端电压为0，与非门的输入端为低电平，其输出端为高电平，经反相后，IC3的11脚输出低电平，LED2熄灭，同时由于IC3的11脚与2脚相连，与非门被封锁，此时就算人体检测电路有信号输入，IC3的1脚输入信号被封锁，报警电路不工作。当C11上的电荷充到足够多时，IC3的8、9脚电平达到高电平值，此时与非门翻转，经反相后，11脚输出高电平，指示灯LED2点亮，同时IC3的2脚也为高电平，此时与非门被打开，人体信号通道被打通，当有人体有效信号的高电平到来时，与非门输出低电平，经反相后输出高电平，从IC3的4脚输出高电平信号，驱动振荡电路工作。电源电路采用变压器降压，输入220V交流市电后，在变压器次级输出9V交流电压，经全波整流、电容滤波后向三端稳压集成电路IC1供电，三端稳压电路具有非常好的稳压性能，在其输出端输出稳定的5V直流电压，为整机提供电源。VT2、VT3等元件组成振荡电路，当VT1导通后，VT2、VT3组成的多谐振荡电路工作，产生的方波信号，经R15控制开关VT4，向有源蜂鸣器间断式供电，蜂鸣器中产生“嘟、嘟、嘟”的报警声。当人体信号消失后一定时间后，VT1关断，报警电路停止工作。图2-2是总电路图的设计。图2-2人体红外线报警器总原理图2.3各芯片以及器件介绍2.3.1集成运算放大器运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于电子电路中。运算放大器的符号中有三个引线端两个输入端，一个输出端。运算放大器除具有+、-输人端和输出端外，还有+、-供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的闭环放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。该电路图中的我主要是用了集成运算放大器，集成运算放大器简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高，输入电阻大，输出电阻低，共模抑制比高，失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。运算放大器除具有十、一输人端和输出端外，还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。2.3.2集成运算放大器的基本应用差动输入级使运放具有尽可能高的输入电阻及共模抑制比。中间放大级由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。输出级可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。输出级一般为互补对称推挽电路。偏置电路为各级电路提供合适的静态工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。2.3.3集成运算放大器的主要参数运算放大器的符号反向输入端和同相输入端分别用符号“-”和“+”标明集成运放的主要基本指标开环差摸电压放大倍数Aod最大输出电压UOP-P差摸输入电阻rid输出电阻r0共模抑制比KCMR-3dB带宽fn2.3.4芯片LM324LM324是四运放集成电路，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2-3所示的符号表示，它有5个引脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反向输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。图2-3芯片LM324LM324芯片特点主要如下介绍: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(3—30V)；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)2.3.5芯片78L0578L05芯片特点（如图2-8所示）输出电压(V):6.200,输出电流最大值(mA):100静态电流最大值(mA):6,压差最大值(V):2.300压差典型值(V):1.700,输入电压最大值(V):20低噪声,纹波抑制比高,具有功放输出保护,过热保护过流及短路保护图2-478L05芯片2.3.6变压器变压器是利用的原理来改变交流的装置，主要构件是初级、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线中，常用作升降电压、匹配，安全隔离等。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。变压器的主要主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等，变压器常用的铁芯形状一般有E型C型等。变压器的工作原理是：变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器的技术参数有：对不同类型的变压器都有相应的技术要求，如的主要技术参数有：额定功率、和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、、绝缘性能和防潮性能，对于一般的主要技述参数是：变压比、、非线性失真、磁屏蔽、静电屏蔽、等。2.3.7红外线传感器红外线传感器包括、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、锗及硅掺杂等材料制成。红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10—20米范围内人的行动。2.3.8红外线传感器的优缺点1.优点：该元器件本身不发任何类型的辐射该元器件功耗很小，隐蔽性好该元器件价格低廉2.缺点：该元器件容易受各种热源、光源干扰该元器件被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收该元器件环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵2.3.9红外线传感器的抗干扰能力防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。2.4.0菲尼尔透镜透镜菲尼尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。菲尼尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲尼尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。菲尼尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在P（被动红外线探测器）上产生变化热释红外信号。2.5各单元电路模块介绍2.5.1红外线人体检测电路的介绍图2-5中人体由于体温的存在，在人的周围会散发出一定的红外线信号，这个微弱的红外线信号被热释电传感器拾得后，在其信号端输出极其微小的电压信号，送入IC2的同相输入端13脚，在一级放大后，在1脚输出放大的人体信号，经C2、R9耦合后，送入IC2的2脚，经二级放大后，得到一个幅值较大的人体信号，经R8耦合，送入电压比较器，当人体信号出现正幅值时，其电压高于同相输入端的电压值，此时输出脚便输出低电平信号，C12上的电荷经VD5流入IC2的7脚，C12上的电荷得到释放，电压比较器的反相输入端低于同相输入端，此时输出信号输出高电平信号。此间即使没有人体信号输入，由于C12上的电荷是通过R11进行充电，一时间C12上的电压也不会高于IC2的10脚，因此可以保持输出端的高电平输出，若此间一直有人体信号输入，则C12上的电荷将一直被释放，因此也将长期保持高电平输出。图2-5红外线人体检测电路2.5.2信号放大电路信号放大电路如图2-6，它主要是由运算放大器LM324(IC2D、IC2A)组成放大电路，由IR1的2脚输出微弱的电信号，经IC2D组成的共发射极放大电路进行第一级放大，再通过C2耦合到运算放大器IC2A中进行高增益、低噪声的同相比例放大，此时由IC2A的1脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。集成运算放大器简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高，输入电阻大，输出电阻低，共模抑制比高，失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。运算放大器除具有十、一输人端和输出端外，还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。反馈指：将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。反馈可分为负反馈和正反馈。前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定；后者使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。放大的本质是：实现能量的控制，即能量的转换：用能量比较小的输入信号来控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变化量，放大的前提是传输不失真。放大电路的基本形式有3种：共发射极放大电路，共基极放大电路和共集电极放大电路。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合使用。2.5.3对信号放大电路的基本要求：输入阻抗应该与传感器输出阻抗相匹配要有足够的带宽和转换速率要有可调的闭环增益要有一定的放大倍数和稳定的增益，低噪声、成本低、线性好、精度高图2-6信号放大电路2.5.4电压比较器电压比较器如图2-7，IC2B和VD5等作电压比较器，IC2B的第5脚由R11、VD5提供基准电压，U_=R12%R12+R11.当上图中的IC2A的1脚输出的信号电压到达IC2B的6脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC2B的7脚由原来的高电平变为低电平。电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平。2.5.5电压比较器的功能作用它可用作和的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。电压比较器的主要指标有：滞回电压：比较器两个输入端之间的电压在过零时输出状态将发生改变，由于输入端常常叠加有很小的波动电压，这些波动所产生的差模电压会导致比较器输出发生连续变化，为避免输出振荡，新型比较器通常具有几mV的滞回电压。偏置电流：理想的比较器的输入阻抗为无穷大，因此，理论上对输入信号不产生影响，而实际比较器的输入阻抗不可能做到无穷大，输入端有电流经过信号源内阻并流入比较器内部，从而产生额外的压差。偏置电流定义为两个比较器输入电流的中值，用于衡量输入阻抗的影响。超电源摆幅：为进一步优化比较器的工作电压范围，Maxim公司利用NPN管与PNP管相并联的结构作为比较器的输入级，从而使比较器的输入电压得以扩展，这样，其下限可低至最低电平，上限比电源电压还要高出250mV，因而达到超电源摆幅标准。这种比较器的输入端允许有较大的共模电压。漏源电压：由于比较器仅有两个不同的输出状态（零电平或电源电压），且具有满电源摆幅特性的比较器的输出级为射极跟随器，这使得其输入和输出信号仅有极小的压差。该压差取决于比较器内部晶体管饱和状态下的发射结电压，对应于MOSFFET的漏源电压。输出延迟时间：包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与下降时间，对于高速比较器，设计时需注意不同因素对延迟时间的影响，其中包括温度、容性负载、输入过驱动等的影响。2.5.6可用做电压比较器的芯片所有的运算放大器。常见的有LM324LM358uA741TL081\2\3\4OP07OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈）。LM339、LM393是专业的电压比较器，切换速度快，延迟时间小，可用在专门的电压比较，其实它们也是一种运算放大器。图2-7电压比较器2.5.7音响报警器蜂鸣器是在设计中比较常用的报警器件，而在本电路中的作用是伴随着按键发出一定的声音。为了增大电流来驱动蜂鸣器，我们用三极管来驱动它，从而达到更好的效果。VT2、VT3等元件组成振荡电路，当VT1导通后，VT2、VT3组成的多谐振荡电路工作，产生的方波信号，经R15控制开关VT4，向有源蜂鸣器间断式供电，蜂鸣器中产生“嘟、嘟、嘟”的报警声。当人体信号消失后一定时间后，VT1关断，报警电路停止工作。电路如图2-8所示。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用供电，广泛应用于、打印机、复印机、报警器、、汽车电子设备、电话机、等电子产品中作发声。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器按其是否带有信号源又分为有源和无源两种类型，有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压，其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号，驱动蜂鸣器发出声音。无源蜂鸣器可以理解成为喇叭一样，需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音。蜂鸣器市一种能将音频信号转化为声音信号的发音器件，在家用电器上，在银行，公安的报警系统中，在电子玩具中都得到了普遍应用。蜂鸣器主要提示或者报警，根据设计和用途的不同，能发出音乐声，汽笛声，蜂鸣声，警报声，点铃声等各种不痛的声音。图2-8音响报警器延时电路图2.5.8开机延时电路如图2-9，由于热释电传感器在开始上电时，会有信号输出，因此必须设计延时电路，在上电初期，就算传感器有信号输出，也不能启动报警。R12、C11组成延时电路，刚上电时，C11两端电压为0，与非门的输入端为低电平，其输出端为高电平，经反相后，IC3的11脚输出低电平，LED2熄灭，同时由于IC3的11脚与2脚相连，与非门被封锁，此时就算人体检测电路有信号输入，IC3的1脚输入信号被封锁，报警电路不工作。当C11上的电荷充到足够多时，IC3的8、9脚电平达到高电平值，此时与非门翻转，经反相后，11脚输出高电平，指示灯LED2点亮，同时IC3的2脚也为高电平，此时与非门被打开，人体信号通道被打通，当有人体有效信号的高电平到来时，与非门输出低电平，经反相后输出高电平，从IC3的4脚输出高电平信号，驱动振荡电路工作。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。这是一种新的概念，电源在接通之初到提供稳定的输出必然需要一定的时间的稳定周期，在这个周期中电压的稳定度很难保证。图2-9开机延时电路图2.5.9电源电路 电源电路采用变压器降压，输入220V交流市电后，在变压器次级输出9V交流电压，经全波整流、电容滤波后向三端稳压集成电路IC1供电，三端稳压电路具有非常好的稳压性能，在其输出端输出稳定的5V直流电压，为整机提供电源。电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。电源有交流电源也有直流电源。直流稳压电源：直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。三端稳压电源：集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器,内部设有过热、过流和过压保护电路。它只有三个外引出端(输入端、输出端和公共地端),将整流滤波后的不稳定的直流电压接到集成三端稳压器输入端,经三端稳压器后在输出端得到某一值的稳定的直流电压。图2-1012V电源电路图2.6.0表2-10人体红外线报警器元件清单编号名称型号数量R1R7电阻1M2R2R3电阻47K2R4R8R9电阻10K3R5电阻270K1R6电阻82K1R10R14R15电阻2.2K3R11电阻2M1R12R13电阻1M2R16R19电阻10K2R17R18电阻100K2R20电阻1K1C1C3C5C7C8C9电容1036C2C4C12电解电容10UF3C6C11电解电容100UF2C10C13电解电容470UF2C14C15电解电容1UF2VD1VD2VD3VD4整流二极管IN40074VD5VD6整流二极管IN41482W1滑动变阻器330K1VT1VT2VT3晶体三极管90133VT4晶体三极管90121IR1热释电-1IC1三端稳压器78L051IC2运算放大器LM3241IC3比较器CD40011LED1LED2发光二极管-2T电源变压器12V5W1SP1蜂鸣器-1第三章应用Protel99SE实现电路原理图的绘制及PCB设计3.1Protel简介使用电脑设计电路原理图和电路板图是把电子技术从理论运用到实际的第一步。只有会设计电路原理图和电路板图才能进行电子产品的研发与开发。本软件就是从理论走向实际，掌握电子产品开发的基本技术。Protel99SE是澳大利亚ProtelTechnology公司推出的一个全32位的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，使用该软件设计者可以容易设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和电路仿真，是夜内人士首选的电路板设计工具。3.2绘制电路原理图的主要步骤1、进入Protel99SE环境、使用菜单File/New建立新设计数据库文件2、使用菜单File/New在打开窗口选择SchematicDocument图标,建立新原理图文件、将原理图打开、设置画图环境3、添加元件库、将所需元件从元件库中取出,放置在图纸上，并调整好位置4、使用连线工具将元件连起来，设置元件属性,对元件进行编号、进行电气规格检查(ERC)5、建立网络表，为制作电路板图做准备绘制完成的人体红外线报警器的原理图如图3-1所示图3-1人体红外线报警器总原理图3.3PCB人工布局、人工布线设计人工布局就是将所有的元件一个一个放置到PCB上各个位置。操作较为繁琐，但是能够结合工艺的要求以及设计中实际要求进行，人工布局的效果一般来说效果要比自动布局好很多。在设计中，工程师基本都是采用自动布局的方案进行。这也要求作为电路板设计人员要具有丰富的经验以及长时间坚持的毅力。元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响，是应该特别注意的地方。一般来说应该有以下一些原则：在放置顺序上应该先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源、报警器、开关、三极管之类，这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如变压器、IC等。最后放置小器件。元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。布线原则，每人都会有自己的体会，但还是有些通行的原则的。高频数字电路走线细一些、短一些好，大电流信号、高电压信号与小信号之间应该注意隔离（隔离距离与要承受的耐压有关，通常情况下在2kv时板上要距离2mm，在此之上以比例算还要加大，例如若要承受3KV的耐压测试，则高低压线路之间的距离应在3.5mm以上，许多情况下为避免爬电，还在印制线路板上的高低压之间开槽。），两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避兔相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。走线拐角尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角同是地址线或者数据线，走线长度差异不要太大，否则短线部分要人为走弯线作补偿。走线尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的PCB，尽量少用过孔、跳线，单面板焊盘必须要大，焊盘相连的线一定要粗，能放泪滴就放泪滴，一般的单面板厂家质量不会很好，否则对焊接和RE-WORK都会有问题，大面积敷铜要用网格状的，以防止波焊时板子产生气泡和因为热应力作用而弯曲，但在特殊场合下要考虑GND的流向，大小，不能简单的用铜箔填充了事，而是需要去走线，元器件和走线不能太靠边放，一般的单面板多为纸质板，受力后容易断裂，如果在边缘连线或放元器件就会受到影响；必须考虑生产、调试、维修的方便性；模拟电路来说处理地的问题是很重要的，地上产生的噪声往往不便预料，可是一旦产生将会带来极大的麻烦，应该未雨绸缎。对于功放电路，极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响；在高精度A/D转换电路中，如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂，影响放大器的工作。这时可以在板子的4角加退藕电容，一脚和板子上的地连，一脚连到安装孔上去（通过螺钉和机壳连），这样可将此分量虑去，放大器及AD也就稳定了。另外，电磁兼容问题在目前人们对环保产品倍加关注的情况下显得更加重要了。一般来说电磁信号的来源有3个：信号源，辐射，传输线。晶振是常见的一种高频信号源，在功率谱上晶振的各次谐波能量值会明显高出平均值。可行的做法是控制信号的幅度，晶振外壳接地，对干扰信号进行屏蔽，采用特殊的滤波电路及器件等。

人体红外线报警器的PCB如图3-2所示。图3-2人体红外线报警器的PCB第四章安装以及调试4.1元器件安装于调试元器件安装时，对照原理图和线路板上的标识，在制作时也可按单元电路分开安装并测试，这种方式有利于初学者分析电路，查找安装过程中在的问题；先安装电源电路。将电路部分元件全部装于线路板上，注意整流二极管安装时一定要注意方向，反装将使整流桥电路短路。另外两只滤波电解电容装时也有极性之分，在线路板上两个引脚符号上也有相应的标识，正极标有“+”，三端稳压电路也是有极性的元件，装时注意。这部分电路的元件安装完成后，即可通电测试。先测量变压器次级交流电压，这里采用了9V变压器，实际测量时由于会受到当地电压值等因素的影响，输出的电压在9V左右。有些制作者对电子知识基础非常差，会把变压器的初级和次级接反，那样一通电，变压器马上会烧毁。若无法区分，可以安装前测量两个绕组的直流电阻阻值，阻值大的为初级，小的为次级。交流电压正常后，测量整流输出电压值，全波整流经电容滤波后，输出的直流电压在12V左右，若正常，同时可看到电源指示灯点亮。再测三端稳压器的输出电压值，应为4.9--5.1V间，若偏离较大，说明电路有问题，用手碰IC1的散热片，若有发烫，说明电流过大，极有可能是输出端滤波电容反装造成，应断电检查。报警电路。将VT1--VT4及相关元件安装完成。通电，用镊子将VT4的C、E极短路，此时应听到蜂鸣器连续发出的“嘟”声，若不正常，应查看蜂鸣器是否有接反，在蜂鸣器正面标有“+”，同时在插座引出线的线路板上也标有“+”，反装将不会发声。若正常后，再将VT1的C、E脚短接，此时可听到“嘟、嘟、嘟”的间断式报警声。将4011相关元件安装完成。通电，开始时LED2不亮，延时一段时间后，点亮，此时将4011的第1脚接入5V正电源，正常应听到蜂鸣器发出的报警声，当5V电源断开时，报警声停止。红外人体信号检测电路。这部分电路的调试具有一定的技巧，直接关系到系统的稳定性和灵敏性。这部分元件安装完成后，可先断开VD6，用万用表测量IC2第5脚电压值，并记录相应数据，然后测量IC2第6脚电压值。由于热释电传感器在刚上电时有个充电稳定过程，因此开始的数据可忽略，当系统进入稳定状态后，6脚电压应低于5脚电压值，且值在一个较小范围内波动，当用手在传感器前晃动一下后，可看到6脚电压会在较大范围内变化，最大值会超过5脚电压值。当人体信号消失后，6脚电压又会回到低于5脚电压的稳定值内。若测得6脚的电压值一直在较大范围内变化，说明系统灵敏度过高，容易产生误报，此时可调节W1阻值，适当降低参考电压值，反复测量电压，直到系统进行正常工作状态。W1的阻值直接影响到灵敏度与稳定性，只能取一中间值，灵敏度高，探测距离就远，但是稳定性相对较低，灵敏度过高容易产生误报，而当灵敏度低时，稳定性好，但是探测距离就近，这点制作者在实际调试时需灵活掌握。蜂鸣器的安装。蜂鸣器是有极性元件，反装将不能正常发声。安装时先将蜂鸣器放于外壳中，然后用电烙铁熔化塑料胶，将其固定，冷却后再松开手。蜂鸣器两个引出极在没有安装前先仔细核对，长的一脚为正极，在装好后焊引出接线时必须注意。第五章总结5.1设计功能分析本文在学院报已有资源的开发基础上，应用红外线传感器对人体红外线报警器进行了设计，在设计中，整个电路主要有六个部分组成：红外线传感器,信号放大电路，电压比较电路，音响报警延时