光电探测与信号处理课程设计之红外报警器

1技术指标1.1光电发射接收器件的选用红外发射接收管需根据成本使用环境等综合考虑，在互联网上搜索到一份广州宇浩电子有限公司的技术手册如图所示：红外发射接收管的选用要满足如下条件：为避免环境光影响红外波段频率必须离可见光有一定距离，且频带应比较窄。发射部分与接收部分之间距离一米对发射器和接收器的功率有一定要求。为了避免环境光影响，需要对信号加载波进行调制，所以光电管的频响要合适。经讨论我们决定采用如下型号的光电发射接收管红外发射管采用直径5mm的IR333-A型的红外LED，如图所示该LED的波长在940波段功率参数符合要求。红外接收管采用直径5mm的PT334-6B型的光电晶体管，如图所示该光电管的响应频率也是940，功率参数也符合要求。基本原理该红外报警器采用主动式的检测方式，由经调制的电信号红外光源发出的红外辐射被红外接收管接收，经过光电效应光信号转换成电信号，经比较器整形放大后，由相应的解码芯片处理转换成数字信号控制声光报警器。正常情况下声光报警器不工作，但当人走过后光电信号的通道被阻碍，解码器生成的控制信号做出相应的改变控制报警器工作2硬件电路设计2.1硬件设计概述硬件设计如图所示：原理图该电路的核心部分是一个LM567集成锁相环路解码器，采用该芯片的原因是该芯片既可以做调整器，也可以做解调器。通过一个内部的振荡器可以生成一个所需频率的方波，通过红外发射管发射，经过一米左右的空气信道到达红外接收管，接收管接收后转化成电信号传给比较器LM393，LM393在这里既有放大作用又有整形的作用，比较器处理完后信号又传回LM567的输入端经由LM567内部的的检波器检波，如果信号频率与芯片的中心频率一样输出端的信号由高电平变成低电平，在低电平的情况下NPN型三极管8050截止，光电报警器不工作。当有人或障碍物通过红外发射接收管之间的时候，信号通路断开，LM567停止工作，输出端有低电平变为高电平三极管工作在饱和区，光电报警器报警。PCB2.2LM567芯片介绍1.概述

集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种，其同类产品还有美国Signetics公司的SE567/INE567等。LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器，由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。2.LM567内部结构及工作原理

LM567为8脚直插式封装，其内部结构、引脚定义及外围元件连接方法如图1所示。

LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路。鉴相器PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路，在输入小信号情况下(约几十mV)，其输出为正弦鉴相特性，而在输入大信号情况下(几百mV以上)，其输出转变为线性(三角)鉴相特性。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生，电压控制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)与外接定时元件RTCT的关系式为：

f0≈1/1.1RTCT

选用适当的定时元件，可使LM567的振荡频率在0.01Hz～500kHz范围内连续变化。电路工作时，输入信号在鉴相器PD1中与VCO的输出信号鉴相，相差信号经滤波回路滤波后，成为与相差成一定比例的电压信号，用于控制VOC输出频率f0跟踪输入信号的相位变化。若输入信号频率落在锁相环路的捕获带内，则环路锁定，在振荡器输出频率与输入频率相同时，二者之间只有一定相位差而无频率差。

环路用于FM信号解调时，脚2输出的经过滤波后的相差信号可作为FM解调信号的输出，而当环路用于单音解调时，电路则利用PD2输出的相差信号。

PD2的工作方式与PD1略有不同，它是利用压控振荡器输出的信号f0经90°移相后再与输入信号进行鉴相，是一正交鉴相器。在环路锁定情况下，PD2的两个输入信号在相位上相差约为90°，因而PD2的输出电压达到其输出范围内的最大值，再经运算放大器AMP反相，在其输出端输出一个低电平。AMP的输出端为OC输出方式，低电平输出时可吸收最大100mA的输出电流。该端口的低电平输出信号除可由上拉电阻转换为电压信号以与TTL或CMOS接口电路相匹配外，还可直接驱动LED及小型继电器等较大负载。LM567的电气参数如表1所列。值得一提的是，接在2脚的环路滤波电容C2与内部电阻一道构成锁相环路的RC积分滤波器，该滤波器时间常数的大小在很大程度上决定了锁相环路的环路带宽BW的大小。当BW较大时，捕获范围大而稳定性差。减小BW则正好相反，其稳定性较好而捕获范围变小。LM567的环路带宽BW可由下式计算：

BW=1070(Vi／f0C2)1/2

式中，Vi为输入信号的幅值(rms)

C2为滤波电容的容量(单位为μF)

实际上，由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值，而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比，其值再乘上100％才是锁相环路的实际捕获带宽。实际应用中调整C2的大小可使BW在0％～4％范围内变化。BW宽度与f0C2乘积之间的关系如图2。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0±BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。2.3LM393双电压集成比较器基本参数：工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；

消耗电流小，Icc=0.8mA；

输入失调电压小，VIO=±2m