热释电传感报警器.doc

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电子课程设计报告

题目名称： 热释电传感电路
姓 名：
专 业： 电子信息工程
班级学号： 09041310
同 组 人：
指导教师：

南昌航空大学信息工程学院
2011 年 3 月 9 日
信息工程学院
电子专业课程设计任务书
I、电子专业课程设计题目：热释电传感报警电路
热释电传感报警电路
II、电子专业课程设计技术要求及主要元器件：

基本设计要求：①有人接近传感器时，热释电传感器报警电路发出报警，无人接近时不报警。
。
②白天不起作用，晚上自动工作。

5)计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号

主要参考元器件：(1)LM324 (2) LM339 (3) 74LS08 (4)光敏二极管

III、电子专业课程设计工作内容及进度安排：（共11天）

第1天：设计出电路图； 第2天：领元件并焊接好； 第3-6天-----初步调试；

各小组设计出电路图；1天---领元件并焊接好2天-----调试；2天-----系统调试

第7-10天：系统调试； 第11天：验收、总结.
。

Ⅳ 、主 要参考文献：
1.华成英主编 模拟电子技术基本教程 北京 清华大学出版社出版社 2006.
2.阎石主编 数字电子技术基础（第五版） 北京 高等教育出版社 2006.
3.刘法治主编 常用电子元器件及典型芯片应用技术 北京 机械工业出版社 2007.

专业名称：
电子信息工程
班级学号：

学生姓名：

指导教师：

设计时间：
2011年3月

系(部、中心)主任：

摘要

随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，热释电传感报警系统，大大提高了人们生命财产的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到大家的欢迎。
关键字：放大 与门 传感器 报警

目 录
前言·······························································1
第一章 热释电传感报警系统设计内容及要求··························1
1.1设计内容···················································1
1.2.1设计电路要求·············································2
1.2.2设计任务要求·············································2
1.3 主要参考器件···············································2第二章 热释电传感报警系统设计方案································2
2.1 设计原理··················································2
2.2 设计方案··················································3
第三章 热释电传感报警系统组成及工作原理···························3
3．1 信号输入部分··············································3
3．2 放大部分··················································4
3．3比较部分···················································4
3．4与门部分···················································4
3．5光敏部分···················································5
第四章 实验组装、调试及结果分析·····································5
4.1 电路的安装·····················································5
4.2.1电路的调试要················································5
4.2.2电路调试遇到的问题及解决办法································5
总结 ·····························································6
参考文献··························································6
附 录一························································· 7
附 录二························································· 7

前言

本论文主要是研究并讨论如何用热释电传感器来实现报警，介绍了该报警器的特点及应用和电路各单元模块功能是如何实现的，总结了在电路调试中遇到的问题及解决方案，本论文是在模拟电路的基础上探讨研究如何对一个较小信号进行处理。由于实验中热释电传感器无法获得，我们用函数信号发生器对信号进行模拟来实现电路调试，光敏二极管无法获得，我们采用开路模拟白天，闭路模拟黑夜。希望大家能理解。
报警系统是人们日常生活中必不可少的公共设施。特别是大家的生活水平的提高，安全意识的提高，促进了报警电路的发展，热释电报警电路是一较简单的报警电路，经济又简便。
系统特点：
根据有人时人身体释放出红外线给红外热释传感器，热释电传感器发出信号，通过放大 、过零比较和光敏二极管的控制达到报警的目的，报警时有发光二极管的闪烁现象，在有条件的状况下，还能接入一个有声报警电路，达到声音灯光一起报警的效果。
本报警系统主要由两级差动放大，电压比较器和光控3部分组成。
该电路的设计经过multisim 2001仿真软件进行模拟，达到了预期效果，在实际调试过程中，由于芯片的限制，差动放大后无法进行下去，后在老师和学长的指导下进行改进，成功用其他芯片进行替代，最终效果虽不理想，但基本达到课设要求。

第一章 热释电传感报警系统设计内容及要求
1.1设计内容
设计题目：热释电传感器报警系统
热释电红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，是本课程设计的主要器件，是报警电路的信号输入端，以此为基础的报警系统主要由信号滤波，放大，信号处理和报警电路等几部分组成。
1.2.1设计电路要求
（1）有人接近传感器时，热释电传感器报警电路发出报警，无人接近时不报警。
（2）白天不起作用，晚上自动工作。
1.2.2设计任务要求
（1）小组成员根据设计的基本要求运用模拟电子电路基本知识设计装置电路图，查阅有关资料了解常用光敏电阻 热释电传感器的相关功能以及主要性能参数，并结合设计电路图对其中的参数进行选择与计算；
（2）在装置设计的过程当中逐步熟悉电路中所用到的各集成芯片的管脚及其功能，进一步了解体会其在实际设计中的应用；
（3）认真完成电路的焊接制作，在检查电路的无漏焊，虚焊的基础上，对电路进行认真的调试，直到达到实验的要求。
（4） 写出较为完整、详细的课程设计报告；
（5） 对本次声光控路灯控制系统的设计进行总结，进二人内部的讨论，认真分析在本次设计中出现的，如：理论知识巩固不够扎实等不足，仔细反思并努力对装置加以改进，以期该装置日后取得更广泛的应用价值，为今后的设计积累宝贵经验
1.3 主要参考器件：
LM324 LM339 74LS08 D203S
第二章 热释电传感报警系统设计方案
2．1 设计原理
热释电传感报警系统的总体参考方案框图如图2-1所示。它包括信号检测放大、比较器、光控电路、与门电路、发光部分等几大主要模块组成。其中信号检测放大模块主要实现对正弦信号的过滤与放大，其通过热释电传感接收红外信号，经隔直，放大，滤波等几个基本步骤，从而实现在有红外信号且为黑夜时，模块输出正弦信号；在无红外信号时，模块不输出电平信号。

图2-1 热释电传感报警系统设计框图
2．2 设计方案
采用热释电传感器来感应人体发出的红外信号，利用5V直流电源供电，并采用了两个电解电路在电源端进行滤波处理，减小干扰，热释电传感器发出峰峰值10mV频率1.8-15HZ的正弦交流信号，经47K电阻，来到由LM324构成的两级差动放大电路，电解电容进行滤波，隔直，该放大电路我们采用的是测量放大器的形式，放大倍数为22*10倍，即在LM324的 8脚输出了已放大了220倍的信号，在8脚之后又连接了电解电容来隔直，此时信号已基本为纯交流信号。接下来到了LM339，该芯片内置四个比较电路，我们采用了它的4脚接地，5脚接上部分电路，形成一过零比较，输出即为高低电平信号，与光控电路一起流经74LS08，该芯片内置四个与门，只采用其中的一个，其输出为高低变化的电平。光控采用的是光敏二级管，最后发光的电路是一发光二级管与一电阻构成，电阻的作用是限流，避免太大的电流烧坏二极管，最后在黑夜有人即可达到发光二极管闪烁发光的效果。
第三章 热释电传感报警系统组成及工作原理
3．1 信号输入部分
其实体图见附录二：即有人时该传感器将输出一较小幅值的交流电压信号，其具体电路图接法如下：

3．2 放大部分
该电路我们采用的是实验书上的测量放大器，该部分电路为差模放大电路，有利于对小信号的放大，实现了22*10倍两级放大，即对交流信号的放大倍数为220倍。
由于D203S的输出信号为交流信号且比较小，为了很好的把这个信号进行放大，采用了实验用的运算放大器进行放大，该放大器能对幅值为10mV的信号进行放大。Uo1减Uo2为Ui的22倍，为Uo的十分之一。经过该部分之后信号应该基本不失真的放大了220倍。

3．3比较部分
LM339内置四个比较器，采用的是第一个比较器，形成过零比较，在5脚输入的是已放大了的交流信号，4脚接地，则在2脚输出高低变化的电平。其工作电路图及输入输出波形图如下：

3．4与门部分
该电路模块为二端与门电路，主要是针对输入的两个信号在数字逻辑上的0或1来输出波形，其真值表如下：
A
B
F
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
由真值表可知：只有当输入的两信号均为1时，输出才为1，即两信号必须全为高电平才能输出波形，本实验所采用的是74LS08四个与门中的第一个，1脚输入的是高低变化的电平，而2脚在成立的情况下输入的是高电平，这样3脚将随1脚的变化输出高低变化的电平，发光二极管就会发出间隔为一秒的灯光。
3．5光敏部分
利用光敏二极管的光敏特性来实现光控的目的，即晚上工作，白天不起作用。光敏二极管为反向接入。当有光照时光敏二极管的电阻很小，节点处的电位就很低，低于0.3V，为低电平。晚上无光照时，光敏二极管电阻急剧升高，节点处电位也随即变为高电平，使得输入74LS08的信号为高电平。

第四章 实验组装、调试及结果分析
4.1 电路的安装
电路的排版及焊接原则：
1.排版布局合理美观，尽量减少使用导线，焊接时先矮后高，先小猴打
2.排版时布线尽量使电源线盒地线靠近实验电路版的周边
3.最好分模块安装，焊接技术要过硬，避免出现虚焊等焊接问题
4.2 电路的调试
4.2.1电路的调试要求：
进行通电调试前，先通过眼睛观察电路走向，找出短路的，短路的虚焊的点，然后通过万用表测量各点，进一步检验电路是否短路断路。以免通电后烧坏芯片，元件或实验器材。
4.2.2电路调试遇到的问题及解决办法：
本次实验调试是用函数信号发生器输入一个峰峰值为10mv，频率为1HZ的模拟信号，发现没有预期的实验现象，随即用示波器从47K电阻两端开始检测信号，有输入信号，随即检测LM324的脚输出端，即差动放大的输出端，发现有波形输出，且放大了220倍，与仿真结果一致，于是顺着该线路到了LM339N时，本应输出矩形波的，却无信号输出，换了芯片也是如此，于是在仿真上用LM339N也仿不出来，而LM339AN能够仿真出来。后来实在找不到LM339AN的情况下，经过学长和老师的指导，采取在LM339N的输出端接一个4K的电阻到5V电压源来替代，后经仿真，该方案可行，但实际观察339的输出波形时，也不能够输出方波，考虑到仪器方面的问题后，打算先连接好电路看发光二极管是否能够达到闪烁的预期效果。
经过改造后的电路，效果是二极管一直亮，模拟黑暗条件下，当输入信号时，二极管闪烁，停止输入信号时，二极管保持长亮，模拟白天条件下，二极管长亮不闪烁，即基本达到实验预期目的。
至于二极管长亮问题，在停止给芯片74LS08N供电后，二极管不再长亮，当然也没实验预期效果。总的说来实验基本达到要求。

总结
此次电路设计，是一次理论与实际相结合的锻炼，从资料的查找，到最后达到实验的目的，充分的考验了我们思考问题，分析解决问题的能力。动手能力在焊接时得到了充分的考验，稍有差错，就没有预期实验结果，将浪费大量时间精力在查找问题上。
本次实验每一个环节都没想象中的那么容易，最开始的选择题目以及方案，特别辛苦，从翻阅教科书，图书资料，到网上搜索资料，尤其是网上有很多类似的电路特别复杂，不知从何开始，最终在学长的帮助下，弄出了一个更简单，更方便调试的电路。其次的焊接，花费了整整一天，尤其是排版方面，以及焊接时芯片比较多，怕弄错管脚，小心翼翼，不敢有一丝大意，后面的事实证明，焊接这一块是做得相当完美的，没有出现半点问题，节省了宝贵时间。实验的调试是相当头痛的，在前面的差动放大没有出现问题的情况下，到了比较器时芯片出问题了，因为仿真用的芯片和实际有的芯片不同是最大的麻烦，虽然一个芯片只有一个字母之差，仿真的效果和实际的效果却相差很大，还好在老师和学长的指导下进行了改进和替代，能够仿出来，可是实际调试中却怎么也不出波形，还好有实验的效果，这就是理论与实际的区别。
通过本次课程设计，深刻的认识到了自己理论知识的不扎实，以及动手能力的不熟练，另外在解决问题上局限于一条路，是本次实验耽误太多时间的主要原因，认识到以后解决一个问题要准备多种方案，灵活运用。本次实验学会了替代的思想，在没有所需芯片的情况下，要考虑能不能用其他芯片替代，在今后学习中要以扎实的理论功底为基础，灵活运用所学知识分析解决问题，不要过于局限于一条路，学会巧妙替代，才能在以后的学习工作中立于不败之地。

参考文献
1.华成英主编 模拟电子技术基本教程 北京 清华大学出版社出版社 2006.
2.阎石主编 数字电子技术基础（第五版） 北京 高等教育出版社 2006.
3.刘法治主编 常用电子元器件及典型芯片应用技术 北京 机械工业出版 2007

附录一 总原理图

附录二 热释电传感器

本次实验信号输入部分是由热释电传感器D203S构成，它是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。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。

附录三 元器件清单

序号
类型
型号
数量
3
电解电容
0.47uf
3
5
普通电容
0.1uf
1
6
电阻
5.1K
2
7
电阻
47K
1
8
电阻
1M
2
9
电阻
2K
6
10
电阻
20K
3
11
电阻
10K
1
13
二极管
光敏
1
14
二极管
发光
1
15
芯片
LM324
1
16
芯片
LM339
1
17
芯片
74LS08
1
18
传感器
D203S
1
19
焊板

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