光电报警器设计

课程设计

课程名称光电检测课程设计题目名称光电报警器设计

专业班级12级光信息科学与技术学生姓名陈锟

学号51205020019

指导教师曾爱云

二○一五年十二月二十二日

目录

摘要 (1)

1 引言 (2)

1.1 研究背景 (2)

2 设计原理 (3)

2.1 原理方框图 (3)

2.2 红外发射接收对管的组合电路 (3)

2.3 滤波电路 (5)

2.4 同相比例运算放大器电路原理 (6)

2.5 555单稳态触发电路 (7)

2.6 报警电路 (8)

3实验结果 (9)

4结语 (10)

谢辞 (11)

参考文献 (12)

摘要：设计的光电报警器采用的热释放性双元件型传感器，配合适当的放大、定时和控制电路，当人体接近时能主动发出声光报警信号。所以，该报警器在设计、使用上力求简单、可靠。

关键词：双元件型热释电传感器滤波电路放大电路控制电路声光报警

1 引言

1.1 研究背景

随着现代测量、控制、自动化的发展，光电报警越来越受到人们的重视。光电报警是一种重要的安全监视系统。目前起种类已日益增多，有对军事目标入侵进行的报警系统，有住宅、办公室、保密室、仓库等场所的安全保护，也有对重要设施或危禁区域防范进行的报警系统。利用热释电红外传感器监测环境变化，进行无线信息传输进而完成报警功能的系统，主要于家居安全，探测有无外人闯入该系统方便、稳定，十分适合家庭财产安全的保护。

报警器的应用非常广泛。随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点，而且安全性能也不是很好。光电报警就很好地改善了这点。如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域。光电报警器的核心部分在于信号的光电转换，而光电式传感器恰恰是将光信号转化为电信号的一种传感器，它是由光路及电路两大部分组成，光路部分实现被测信号对光量的控制和调制，电路部分则完成从光信号到电信号的转换。本实验的设计借助Multisim软件，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了广泛的应用。

2 设计原理

2.1 原理方框图

图2.1.1 原理方框图

由于Multisim软件中没有双元件通用型热释电传感器P228，我们将用滑动变阻器组合电路替代该元件进行仿真。

修整过后的Multisim仿真总图如下：

图2.1.2 光电报警器仿真总图

2.2 红外发射接收对管的组合电路

本设计采用热释放性双元件传感器，即在一个传感器中有两个反相串联敏感元件，双

元件传感器有以下特点：(1)当入射能量顺序地射到两个元件上时其输出要比单元件高一倍。(2)由于两个敏感元件逆向串联使用，对于同时输入的能量会相互抵消，由此可防止太阳的红外线引起的误动作。(3)常用的PET材料制成的敏感元件具有压电效应，故PET双元件还可以消除因震动而引起的检测误差。(4)可以防止由于环境温度变化而引起的检测误差。

本设计中采用通用型传感器，窗口通带为7～14um，适用于防盗报警，我们选用了P228型。它采用3引脚金属封装。它的主要特性参数如下：

图2.2.1 通用型传感器特性参数

双元件通用型热释电传感器P228的内部结构及引脚说明如下：

图2.2.2 双元件通用型热释电传感器P228的内部结构

各引脚功能分别为：电源供电端(内部开关管D极，DRAIN)、信号输出端(内部开关管S极，SOURCE)、接地端(GROUND)。

2.3 滤波电路

为了使信号放大之后的效果更好，产生的纹波小，我们在其前面加了二阶巴特沃斯带通滤波电路。其中心频率为6.000Hz，带通宽度为16.00Hz。

图2.3 滤波电路

2.4 同相比例运算放大器电路原理

以运算放大器LM358为核心构成的同相运算放大器，它的放大倍数Au1=（1+R3/R2）=(1+1M/3.3K)=304，Au2=(1+R5/R4)=(1+10K/240)=42，整个电路的放大倍数即为Au=Au1*Au2=12667。其主要作用是放大输入端的电压值。

图2.4 同相比例运算放大器电路

2.5 555单稳态触发电路

555单稳态触发电路主要靠芯片LM555来实现，当端口2（TRIG 端）为高电平时，3端（out 端）输出的是低电平；当2端受低电平触发单稳态电路立即翻转进入置位状态，3端输出高电平，高电平维持的时间约为S 8S 1010106801.14RIC 1.1T 63≈⨯⨯⨯⨯==-。

图2.5 555单稳态触发电路

2.6 报警电路

如图 2.6，这部分电路很简单，主要靠三极管的放大作用和信号控制端来实现光声报警。由于本电路采用的蜂鸣器阻值较大，故其限流电阻R1取20Ω，其中其额定电压为5V。对于发光管的限流电阻的计算和选用，我们采用估算法计算限流电阻的大小：例如报警灯处的限流电阻R2≈（5-2）V/20mA≈150Ω，但考虑到实际情况，这里我选用200Ω。

图2.6 报警电路

3 实验结果

在报警电路中，当闭合开关时，输出端位高电平，报警电路工作，红LED指示灯亮，采用短声蜂鸣器报警，而且时间约为8S。

另外，我们发现，在我们提出的安装方案下，由定时器的输出端检测到的脉冲电压比较明显，效果较好。

1）由于红外防盗报警器在人体相对于镜片横向运动时红外探测灵敏度最高，而纵向运动灵敏度较差，所以安装时应注意探测器的水平面夹角和高度（与墙面成10~30度的夹角），此时探测距离最远。

2）安装时应避免红外防盗报警器靠近冷热源，在常温下进行。