红外报警电路设计报告

成都信息工程大学

应用电子设计

课题名称：红外报警电路设计学院：光电学院

专业班级：电科131

学生姓名：**

学号：**********

指导教师：***

完成时间：2016.01.09

红外报警电路设计报告

一. 设计要求

设计并制作反射式的红外报警电路，当有人靠近时能够发出声光报警，必须使用脉冲方式驱动红外发光二极管。

(1).反射式的有效探测距离>40cm ;

(2).系统采用单 5V 供电 ;

(3).发出的声光报警必须是断续的方式，并且能够持续 10-15S 时间，然后自动解除报警（或者采用手动解除报警）;

(4).能够“记忆”报警次数并可以通过按键查询。

备注：可使用红外对管。

二. 方案选择及电路的工作原理

方案一：使用红外接收头作为红外接收电路，红外接收头集成了红外线接收PD二极管、放大、滤波和比较器输出等，当红外接收头接收头采集到红外信号后会产生一个高电平输出，来触发后续报警电路。但是由于外界红外干扰因素较多，导致红外接收头误工作，进而使电路误报警，因此避免误报警是难点；

方案二：采用普通发射管接收管设计电路，这样接收到的信号较小、干扰大。孤儿需要对接收信号进行滤波、放大和整形。采用运算放大器进行信号放大、滤波、整形电路的设计对我们来说比较熟悉，电路调试难度不高，只是运放电路结构略显复杂。

方案选择：综合各方案考虑，因个人能力有限，故选择设计实施较简单的方案二

三.单元电路设计计算与元器件的选择

1.红外发射管发射电路

主要利用电容C2的充放电过程实现断续功能。当其两端电压小于1/3VCC时放电管截止。大于2/3VCC时开始放电；降至1/3时又开始充电，电路震荡产生矩形脉冲。

震荡周期T = 0.7（R8+2R12）*C2;振荡频率 = 1/T；

占空比q =（ R8+R12）/(R8+2R12) = 66.7%

元器件选择：定时器芯片NE555；电容C2用1uF，C3用1uF；红外二极管D1；三极管Q1 2N3904；电阻R8 1K、R9 1K、R12 1K、R13 1K。

2.信号放大电路

LM358反向比例放大器放大倍数N = -R22/R25 ;R25为100Ω滑变，故放大倍数可适当调节。

3.比较电路

使用LM358运算放大器，因为延时系统采用的是NE555单稳态触发器（低电平触发）；当反向端输入小于同向端输入，高电平输出；反之输出低电平。

4.延时电路

为实现10~15s的延时要求，依然使用NE555单稳态触发器。

6,7脚接电容C6,当2脚输入低电平时启动电路并开始工作；电路定时时间T = 1.1（R17*C6）。

5.振荡电路

原理与发射电路基本相同（利用NE555实现断续），电路在工作状态下，电容C8的在电压1/3VCC和2/3VCC间反复充放电，得到一个连续的震荡脉冲，脉冲宽度TL ≈0.7R24*C8,由放电时间决定；

TH = 0.7(R18+R24)*C8,由充电时间决定；

脉冲周期T ≈TL+TH。

6.计数电路

使用CD40110芯片（十进制可逆计数器，译码，锁存，驱动），具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。共阴数码管指八段数码管的八段发光二极管的阴极都连在一起（共阳同理）。

四.设计的具体实现

1．

系统概述

系统示意框图

红外发射电路

（NE555产生方波信号）

红外接收电路

滤波电路

信号放大电路

信号比较电路

延时电路 震荡电路 报警电路

（LED 灯+蜂鸣器） 计数电路 （数码管显示）

设计方案条理清晰，尽量简单又保证完整性。

工作原理：电路接通电源后正常工作时，红外发射电路产生并发射连续的红外光，红外对管并排设置，此时红外接收管无法接受到来自发射管的信号，接收电路自己产生一个很小的信号，经过放大依旧小于比较器的门限电压，比较器输出高电平，NE555触发器不工作，后续电路也无法工作。当有物体出现在红外对管的有效反应区域时，红外发射管发射出的红外信号经物体反射被接收管接收，接收电路产生一个大信号，经放大电路放大后电压高于比较器门限电压，比较器输出一个低电平，触发NE555延时电路，后续电路产生作用。报警电路工作并产生报警信号，计数电路被触发并记录一次数据。报警持续十秒后，若物体脱离红外对管有效反应区域，则报警停止，否则电路将再次工作并触发报警，计数电路再次记录数据。

2．单元电路设计、仿真与分析

2.1.发射电路选择NE555振荡电路,产生一个频率和占空比可调的方波脉冲，以驱动三极管使其工作在开关状态，增大驱动电流可提高发射功率。

详细参数及计算第三部分已介绍。

仿真如下图所示：

发射电路仿真输出信号图：

2.2信号放大电路

通过LM358的运算设计进行反向比例放大；具体参数计算见第三节。

电路仿真如下图：

3.3振荡电路

使用NE555振荡器实现断续功能，具体参数计算见第三节。

电路仿真如下图：

蜂鸣器仿真工作时电压：

3．电路的安装与调试

在制作PCB图时，因为毕竟是第一次使用软件，很多技巧并不知道，封装也经常弄错甚至不知道该用什么封装。磕磕绊绊按照电路图画出来的PCB图元器件

散乱，走线杂乱，飞线众多，经多次修改调整后才勉强看起来清晰明了一些，这也是为了后面连接元器件时方便，所以不能马虎。但毕竟能力精力有限，板子做出来后接收管和发审管里离得太远以致无法正常工作，于是我们直接将接收管拆下用导线接至发射管附近，因为发射管在电路中心，周围布线发杂，故只改动接收管。

在做板子时为了尽量避免断路出现，线宽设置为40mil，比推荐的30mil还要宽，烘烤时也是多次烘烤，第一次做，稳妥为上，避免浪费时间重新制板，争取一次达标。

焊接元器件时，因为对电路的参数不熟悉，导致后期调试麻烦不断，各种电阻电容的规格经常出错，不停的更换导致焊盘周围铜线模糊，还好设置线宽较宽，调整起来麻烦尚可控制。

在后期调试时还发现原理图上有一处接地线没有与电路连接，导致许多元器件没有接地，后来通过连接飞线解决。因为对原理图和PCB不熟悉还导致一处飞线位置连接错误，前后反复修改四次才得以确定。

初次制板出现多出虚焊，后检查出来并重新焊接。

调试步骤

1.用万用表检查板子上的线路是否有明显的断路情况，不同线路焊盘接近处是否有短路现象。

2.用示波器检测发射电路的输出波形和接收管的接受情况。检查波形是否有波形，波形的频率和占空比是否和预期相符，以及与电路工作状态相适应。

3.将发射管对准接收管，模拟反射情况下接收电路是否正常工作，用示波器检测接收到的波形情况。

4.用万用表检测各个芯片管脚电压是否符合工作要求，确保各部分元器件正常工作。（因实电路调试问题过多，不能按时完成调试，故部分数据无法得到）

5.电路性能指标

（1）系统采用VCC 5V电压供电；

（2）电路报警有效工作范围在50CM左右；

（3）报警持续时间为10s；

（4）断续时间1.1s 。

五．心得体会及建议

心得体会：

在设计电路时一定要对所要用到的元器件足够熟悉，自己想要达到什么样的设计效果，按需取舍，做到心中有数。否则后期调试就会遇到一大把很