《安检门课程设计》word文档
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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(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。
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K1~K4、二极管D1~D4、电阻R2~R6、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。
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K1~K4任意键按下时,产生一个4位二进制数,同时二极管D1~D4导通给编码器接通电源,经PT2262-IR 的1~8脚进行地址编码;13~10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10~13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,D1~D3是遥控电路的输出信号。
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、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K1~K3(或从遥控解码电路的控制信号D1~D3),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 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,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Q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V V E 5=,R V
V CEQ B 4085-=,Vcc=0V 。
Q7饱和导通,集电极输出为V V CEQ cc 7-,
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=Q ,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U3C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,Q =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V 12±的电源,电路简单。
只要在J1脚输入V 12±电源按下开关S1,图16电源指示电路,+12V 电源一端经电阻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V 12±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 、V 12±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。
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
名称管脚说明
A0-A11 1~8、10~13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”、“1”、“f”(悬空) D0-D5 7~8、10~13 数据输入端,有一个为“1”即有编码发出,内部下拉
Vcc 18 电源正端(+)
Vss 9 电源负端(-)
TE 14 编码启动端,用于多数据的编码发射,低电平有效
OSC1 16 振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端。
Dout 17 编码输出端(正常时为低电平)
名称管脚说明
A0-A11 1~8、10~13 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-D5 7~8、10~13
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
Vcc 18 电源正端(+)
Vss 9 电源负端(-)
DIN 14 数据信号输入端
OSC1 16 振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端
VT 17 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)
1 0 0
0 1 1
0 0 D
1 1 X
图14 CD4013管脚图及功能表
X Y Q 动作
0 0 ?禁止
0 1 1 设定
1 0 1 重置
1 1 不变无
图15 CD4011管脚图及功能表
3.3音乐芯片
PX088A是高集成的音乐芯片,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LM358
LM358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3~30V,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IC、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10Ω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,充分体会到了进行电子产品开发的辛劳,也从中体悟到了如何从事工程项目的开发以及应该具备的品质。
做完这次毕业设计后我身有体会,我觉得作为应用电子技术的人员,首要具备的品质是冷静,要冷静的寻找问题的根源,冷静的面对任何突发的情况,只有这样你才能寻找更好的方法摆脱目前的困境,解决现存的问题。
其次,要有足够的耐心,在电路的焊接与调试时,尤其是焊接贴片元器件,如果没有足够的耐心,很容易焊接错误或是将贴片元器件和电路板烧坏,在调试过程中还会出现许许多多的问题,你必须耐心对待这些问题,找出原因,进行改正,并进一步调试,直到完成本次产品设计。
如过没有足够的耐心和勇气遇见挫折就开始心浮气躁,不知所措。
那么要想顺利完成一件工程真是难上加难。
致谢
在这次课程设计的撰写过程中,我得到了许多人的帮助。
首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助,这是我能顺利完成这次设计的主要原因,更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题,让我能把系统做得更加完善。
在此期间,我不仅学到了许多新的知识,而且也开阔了视野,提高了自己的设计能力。
同时,在课程设计中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模,老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神,将永远激励着我。
在此,谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
另外,感谢校方给予我这样一次机会,让我能够独立地完成一次课程设计,并在这个过程当中,给予我们各种方便,使我们在这学期快要结课的时候,能够将学到的知识应用到实践中,增强了我们实践操作和动手应用能力,提高了独立思考的能力。
最后,我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅,评议的各位老师表示感谢。
参考文献
[1] 《微型计算机基本原理与接口技术》陈红卫主编科学出版社 2003 .2
[2] 《传感器原理及工程应用》郁有文编著西安电子科技大学出版社 2003.7
[3] 《传感器与检测技术》彭军主编,西安电子科技大学出版社,2003.11
[4] 《传感器课程设计指导书》西安建筑科技大学信息技术实验中心
(注:素材和资料部分来自网络,供参考。
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