电子技术课程设计报告书

电子技术课程设计报告书

一、设计目的

理解红外线防盗系统的设计意义、设计思路、设计电路的原理框图以及系统的主要特点。

二、设计思路

我们知道，在常规的环境参数中，人体入侵探测器非常容易受环境的影响而使得参数改变，随着红外线及激光技术的成熟，许多运用于室外场合的红外线防盗和激光防盗开始诞生，由于光线是直线传输，在发射端发射光束，中间如无遮挡，则接收端就能收到正常的光束；当有人经过布防区域时，光束被挡住，此时接收端便无法接收到光束，从而启动报警电路工作，达到报警的目的。

本设计利用多谐振荡电路作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形后驱动数字门电路，输出报警信号，又经报警信号锁定电路，将报警信号进行锁定，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警，这些设计与实际运用中的要求相符，是一款价格低而实用性强的产品。从实际的效果来看，报警信号必带有锁存功能，即当有人进入设防区域后报警信号就被锁住即使人离开，报警也将继续，直到人为的按动复位键才停止报警。

三、设计过程

3.1、系统方案论处

触发源电路→→报警电路发声单元→→关报警信号电路，当在无警状态下没有报警声，灯也不亮，当触发源电路探测到报警信号时，喇叭立即报警，发出报警声，同时报警灯交替闪烁，交替周期为1——2秒，按下复位键时，相应功能停止。

3.2、模块电路设计

主要的系统电路有：电源电路,红外发射/接收电路，发射与接收控制电路，报警输出电路等。

下面对各个模块的电路进行详细的设计和分析。

1）红外防盗报警系统的电源电路的设计与分析

在了解红外防盗报警器电源设计之前，我们先对整流，滤波与稳压电路的工作原理及其一些基本的参数进行分析，之后来分析电源电路的有关内容。再根据其性质着重对其电源电路进行分析。

（1）整流电路的工作原理及其参数分析

整流是把交流电变换成直流电的过程，它的基本原理是利用了晶体二极管的单向

导电特性。

（2）滤波电路的工作原理及其参数分析

虽然整流电路的输出电压包含一定的直流成分，但脉动较大，须经过滤波才能得到较平滑的直流电压。

（3）．直流稳压电源的主要技术指标

稳压电源的输出电压U

O （或电压可调范围U

Omin

~ U

Omax

）和最大输出电流I

Omax

是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤波电容的选择。

（4）直流稳压电源主要技术指标的测试方法

（1）输出电压可调范围的测量

按图2.5所示接线。输入端接220V交流电压，输出端接万用表或数字万用

表，调节电路中R

W 的大小，使其值为最大和最小，测出对应的输出电压U

Omin

和

U

Omax

。

则该稳压电源输出电压的可调范围为U

Omin ~ U

Omax

。

图2.5 U

o

可调范围的测量图（2）最大输出电流的测量

按图2.5接线。稳压电源的输入端接220V 的 交流电压，将稳压电源的输出电压调到10V, 然后在稳压电源的输出端接滑线变阻器R WL ，如图2.6所示。R WL 的值应调到1k Ω以上。用万用表或数字万用表测出对应的U O 。然后逐渐减小R WL 的值，直到U O 的值下降5%，此时流经负载R WL 的电流就是I Omax 。记下I Omax 后应迅速增大R WL 的值，以减小稳压电源的功耗。

图2.6 最大输出电流的测量框图

（3）输出电阻R O 的测量

按图2.7接线。在不接负载电阻R L 时测得开路电压U O1，这时I O1＝0，接上负

载电阻R L 时，测得U O2和I O2，则 2212121O O O O O O O O I U U I I U U R -=---

=

（11）

图2.7 输出电阻测量框图

2）红外线发射与接收电路的设计与分析

在电子防盗、人体探测器领域中，红外线的发射与接收的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

（1）红外线发射电路的设计

图2.13 红外发射电路

VT7、VT8、R13—R16、C8和C9组成多谐振荡器。系统上电后，VT7或VT8两都必有一管进入导通状态，若VT7先进入导通状态，电流经R14、C8和VT7向C8充电，开始时，C8两端电压为0，因此VT8的基极电压也为0，VT8截止；当C8上的电量越充越多时，VT8的基极电压开始上升，其集电极电流不断增大，这个电流的增大，使VT8的集电极电压不断下降，同时通过C9将影响到VT7的基极电压，VT7基极电流的减小，又反过来使VT8的基极电流进一步增大，这个正反馈的过程非常快，马上VT8进入导通状态，由于VT8的导通，经C9耦合，使VT7迅速截止，接下来的过程同VT7导通时的过程一样，如此反复，多谐振荡器得以工作。这个振荡信号经R17，经VT6放大后，驱动红外发射管发射红外信号。（2）红外线接收电路的设计与分析

由于该系统是利用红外发射管通过发射的接收来工作的.所以应该配较高的性能的红外线接收电路。

红外发

射电路发

送的红外

线信号被

D3接收

后，送入

VT2基极，进行入放大，经放大后的红外线信号，经C5耦合后，送入VT1进行再次放大，经两级放大后，接收到的红外线信号已足够强，经C4耦后送入由D1、D2组成的倍压整流电路进行整流，C7滤波后形成一个直流控制电压，这个直流控制电压信号足够强，大于CW1的稳压电压，因此CW1击穿，电流流经VT5的基极，VT5饱和导通，集电极输出低电平信号；当发射过来的红外线信号被人挡住时，D3将无法接收到红外线信号，倍压整流电路无信号输出，原充在C7两端的电荷经R12进行放电，此时CW1阻断，电流极小，VT5截止，其集电极输出高电

平，这个高电平信号送入后续逻辑处理电路，就可以判断为有人进入，从而作出相应的操作。

3）红外防盗报警系统的控制电路的设计

系统的控制电路主要是通过4个与非门构成的CD4011以及NE555定时器共同完成的,把输出信号通过报警电路发出报警声音。

（1）集成电路4011的引脚及其功能特点

4011集成电路是由4个与非门所构成组合成的一个逻辑组合集成电路，它在电路的转换上有着重要的作用。以下就是

4011的引脚图及其内部功能图 2.15

图2.15 4011的引脚与内部结构图

（2）红外报警系统的控制部分的总体设计

上电时，正电源经C3、R1向C3充电，由于C3两端刚上电时电压为0，因此电源电压全部加在R1上，CD4011的13脚获得一个高电平信号，而在红外线发射与接收器间没有人挡住时，CD4011的8、9脚为低电平信号输入，因此CD4011的12脚也为高电平，与非门的两个输入口全为高电平时，其11脚输出为低电平，经R6耦合，送入1、2脚，经反相后在3脚输出高电平信号，这个高电平信号一方面经R7，使报警电路不工作，另一方面经R8，使13脚保持高电平，系统处于

稳定状态。当红外线信号被挡住时，8、9脚输入一个高电平信号，反相后10脚变为低电平信号输出，由于12脚与10脚相连，因此11脚马上输出为高电平，送入1脚后，使3脚输出为低电平，这个低电平一路经R7，开启报警电路，另一方面经R8，使13脚为低电平，13为低电平后，报警信号就被锁定，这时即使接收电路又收到了红外线信号，12脚变为高电平，由于13脚已为低电平，所以也无法关断报警，直到人为按下复位键后，将13脚强拉为高电平，这样就可以关断报警，重新进入布防守候状态。

4)报警电路的设计

(1）报警集成电路介绍

正电源、触发端、信号端和地。有的还需要接入振荡电阻，而这个电阻一般都直接焊在音乐集成电路的线路板上，对于该类电路的应用设计只需要为她提供电源（一般为3V左右），就可以在信号端输出所需要的音乐信号了。最基本的应用电路为：

对于有触发端的电路设计一般有两种启动方式：

1、通过电子开关控制报警集成电路的供电，从而控制报警集成电路是否工作。

这种方式的电路设计，必须把触发端直接和正电源端相接，这样只要一向音乐集成电路供电，其触发端便得到一个触发信号，启动电路工作，这种方式只要一直保证向音乐集成电路供电，她便会反复地演凑；

2、 向触发端送入触发信号。

这种方式的电路设计要求让音乐集成电路始终接入电源，而通过外电路向其送入触发信号，从而启动电路工作。这种方式每触发一次完成后便停止工作，当要求其连续工作时，必须在一个循环结束时，向其触发端送入触发信号才能进入下一个循环周期。

(2）报警电路的设计

我们在设计这部分电路时，将报警集成电路设计成通过电子开关控制报警集成电路的供电，从而控制报警集成电路是否工作的这种方式。

当检测到有人进入布防区域后，逻辑控制单元输出低电平信号，语音电路工作后，输出音频信号，同时进行功率放大，放大后驱动喇叭发出报警声

四、系统调试与结果

5)元件安装焊接及系统调试

(1）元件安装的基本要求与原则

制造电子产品，可靠性与安全是二个重要因素,而零件的安装对于保证产品的安全可靠是至关重要的。任何疏忽都可能造成整机工作失常，甚至导致更为严

47k 10 μR 1

R 2 C 1 47k

重的后果。元件安装时我们要保证导通与绝缘的电器性能、保证机械强度、抱着那个传热的要求和安装时接地与屏蔽要充分利用。为达到产品的可靠与安全，安装时应遵循一些基本的要求与原则。

⑴元件安装的基本要求

①保证导通与绝缘的电气特性，电气连接的通与断是安装的核心这里所说的通与断，不仅是安装后简单的使用万用表测试的结果，而且要考虑在振动，长期工作，湿度等自然条件变化的环境中，都能保证通者恒通，断者恒断。

②保证机械强度，电子产品在使用过程中，不可避免的需要运输和搬动，会发生各种有意或无意达到振动，冲击，如果机械安装不够牢固，电气连接不够可靠，都有可能因为加速度的瞬间受力使装置受到损害。

③保证传热的要求，在安装中，必须考虑某些零部件在传热，电磁方面的要求。

④安装时接地与屏蔽要充分利用，接地与屏蔽一是消除外办对产品的电磁干扰，

二是消除产品对外办的电碰干扰，三是减少产品内部的相互电磁干扰。

⑵安装元件时应注意以下原则：

①为避免因元器件发热而减弱铜箔对基板的附着力，并防止元器件的裸露部分同印制导线短路，安装时元器件应离开面板约1～2mm。

②装配时，应该先安装那些需要机械固定元器件，在此装置中如稳压管、中心芯片插座。

③各种元器件的安装,应该使它们的标记(用色码或字符标注的数值,精度等)朝上面或易于是辨认的方向,并注意标记的读书方向一致 (从左到右或从上到下)。

④在安装元件时应与焊接同步进行操作。

(2）焊接注意的基本事项

在电子制作过程中，焊接工作是必不可少的。它不但要求将元件固定在电路板上，而且要求焊点必须牢固、圆滑，所以焊接技术的好坏直接影响到电子制作的成功与否，因此焊接技术是每一个电子制作爱好者必须掌握的基本功，焊接时的要点和注意事项有下面几点：

1．电烙铁的选择：电烙铁的功率应由焊接点的大小决定，焊点的面积大，焊点的散热速度也快，所以选用的电烙铁功率也应该大些。一般电烙铁的功率有20W、25W、30W、35W、50W 等等。在制作过程中选用30W左右的功率比较合适。电烙铁经过长时间使用后，烙铁头部会生成一层氧化物，这时它就不容易吃锡，这时可以用锉刀锉掉氧化层，将烙铁通电后等烙铁头部微热时插入松香，涂上焊锡即可继续使用，新买来的电烙铁也必须先上锡然后才能使用。

2．焊锡和助焊剂：选用低熔点的焊锡丝和没有腐蚀性的助焊剂，比如松香，不宜采用工业焊锡和有腐蚀性的酸性焊油，最好采用含有松香的焊锡丝，使用起来非常方便。

3．焊接方法：元件必须清洁和镀锡，电子元件保存在空气中，由于氧化的作用，元件引脚上附有一层氧化膜，同时还有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，并且立即涂上一层焊锡（俗称搪锡），然后再进行焊接。经过上述处理后元件容易焊牢，不容易出现虚焊现象。焊接时应掌握焊接的温度和焊接的时间，使电烙铁的温度高于焊锡的温度，但也不能太高，以烙铁头接触松香刚刚冒烟为好。焊接时间太短，焊点的温度过低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，反之焊接时间过长，焊锡容易流淌，并且容易使元件过热损坏元件。同样地，要掌握焊接点的上锡数量，焊接点上的焊锡数量不能太少，太少了焊接不牢，机械强度也太差。而太多容易造成外观一大堆而内部未接通。焊锡应该刚好将焊接点上的元件引脚全部浸没，轮廓隐约可见为好。最后，要注意烙铁和焊接点的位置，有些人在焊接时，一般将电烙铁在焊接处来回移动或者用力挤压，这种方法是错误的。正确的方法是用电烙铁的搪锡面去接触焊接点，这样传热面积大，焊接速度快。

4．焊接后的检查：焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。

对于不同的器件，焊接时的具体操作一般不同。焊接一般元件时，将插好元件的印制板焊接面朝上，左手拿焊锡丝，右手持电烙铁，把烙铁头贴着元件的引线加热，使焊锡丝在高温下熔化，沿着引线下流动，直至充满焊孔并覆盖引线周围的金属部分。然后撤去焊锡丝，并沿着引线向上提拉烙铁头，形成像水滴一样

光亮的焊点。焊接速度要快，一般不超过3s，以免损坏元件；焊接晶体管等器件时，可用镊子或尖嘴钳夹住管脚进行焊接，因镊子和钳子具有散热作用，可以保护器件；焊接集成电路时。双列直插式集成电路块的管脚之间距离只有25mil，焊点过大，会造成相邻管脚短路。应采用尖头电烙铁，快速焊接。电烙铁温度不能太高，焊接时间不能太长，否则，会烧坏集成块并使印制板上的导电铜箔脱离，所以焊接时一定要特别细心。

(3）系统调试与分析

应输出5V直流稳定的电压，接通电源在对该部分电路进行实行调试时，V

CC

后电源指示灯亮，正常发光，在开始时系统自动通过复位电容实现开机瞬时自动复位，不需要人进行干扰。更能体现系统的自动性。

1）首先对电源部分进行调试。先将整流、滤波部分元件焊上，然后接上电源变压器，用交流档测变压器输出电压为12.7V，再用直流档测整流滤波后的电压为直流12V左右，正常，接上三端稳压后再测其输出电压，为稳定的5.04V，这些数据说明电源部全全部工作正常；

2）发射部分的调试。接通发射部分的电源，用万用表测量VT7脚的基极电压，为-0.4V，这说明电路已起振，工作正常。

3）红外接收部分的调试。将红外发射部分与接收部分对齐，测量CD4011的8脚电压，为0.4V，然后用手挡住红外线，这时电压变为4.8V，这说明红外部分电路工作正常。

4）报警电路的调试。用一导线将VT3的发射极与集电极短接，这时听到了响亮的110警车报警声。

5）组装与报警输出使用。

五、主要元器件与设备

集成电路：CD4011一个555两个，74LS112一只，电解电容10uf一只，电解电容47uf两只，红外对管两队，三极管9012两只，三极管9013三只，发光二级管红两只，绿一只，按键一个，电阻：47k的两只，4.7k的一只，10k的四只，180欧两只，130欧两只，33K两只，扬声器一个，万用板一块，瓷电电容

0.01uf两只。

六、课程设计体会与建议

通过这次对数字抢答器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA软件Multisim10实现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到了较大的提高。

安排这次课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。

作为整个学习体系的有机组成部分，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性的应用与实际设计工作中，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。

对我们电子信息专业的本科生说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

综上所述，课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道理科，给我许多道理，给我很多的思维，给了我莫大的空间。

我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计

七、参考文献

红外对管

红外线简介

在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。

红外线发射管

红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。EG：红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。

红外对管说明

红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称。

光敏接收管

光敏接收管

它是一个具有光敏特征的PN结，属于光敏二极管，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流（暗电流）。此时光敏管不导通。当光照时，饱和反向漏电流马上增加，形成光电流，在一定的范围内它随入射光强度的变化而增大。

红外线接收管

红外线接收管

功能与光敏接收管相似只是不受可见光的干扰，感光面积大，灵敏度高，属于光敏二极管，一般只对红外线有反应。

红外线接收头

红外线接收头

就是在红外线接收管的基础上增加了对微弱信号进行放大的处理的电路，类似开关电路，接收到红外信号给出高电平（接近工作电压），无红

外信号低电平（约0.4）

1、红外发光管的检测方法与正确使用

管子的极性不能搞错，通常较长的引脚为正极，另一脚为负极。如果从引脚长度上无法辨识（比如已剪短引脚的），可以通过测量其正反向电阻确定之。测得正向电阻较小时，黑表笔所接的引脚即为正极。

通过测量红外发光二极管的正反向电阻，还可以在很大程度上推测其性能的优劣。以500型万用表R×1k档为例，如果测得正向电阻值大于20kΩ，就存在老化的嫌疑；如果接近于零，则应报废。如果反向电阻只有数千欧姆，甚至接近于零，则管子必坏无疑；它的反向电阻愈大，表明其漏电流愈小，质量愈佳。

2、红外线对管的判断方法

人们习惯把红外线发射管和红外线接收管称为红外对管。红外对管的外形与普通圆形的发光二极管类似。初接触红外对管者，较难区分发射管和接收管。

1）.用三用表测量识别可用500型或其他型号指针式三用表的Rxlk电阻挡，测量红外对管的极间电阻，以判别红外对管。

判据一：在红外对管的端部不受光线照射的条件下调换表笔测量，发射管的正向电阻小，反向电阻大，且黑表笔接正极(长引脚)时，电阻小的(1k—20k)是发射管。正反向电阻都很大的是接收管。

判据二：黑表笔接负极(短引脚)时电阻大的是发射管，电阻小并且三用表指针随着光线强弱变化时，指针摆动的是接收管。注：（1）黑表笔接正极，红表笔接负极时测量正向电阻。（ 2）电阻大是指三用表指针基本不动。

2）通电试验方法判别

用一只发光二极管和—只电阻与被测的对管串联，如图2所示。图中电阻起限流作用，阻值取220欧－－510欧。LED发光二极管用来显示被测红外管的工作状态。用遥控器(电视机遥控器等)对着被测管按下遥控器的任意键，LED亮时，被测管是红外接收管。不亮则是红外发射管。

测量红外发光二极管在发射器电路上的工作电压和工作电流，可以简便地判定其工作善如何。测量管子两端的工作电压时，静态下（即没有按键按下时）通常为零，而动态下（即按下某一按键时）将跳变为一个较小的电压值，因遥控系统的编码方式、驱动电路的结构以及工作电源电压的不同，该电压值通常在 0.07～0.4V之间，而且表笔还应微微颤抖。当使用数字式万用表测量时，其测量值将普遍高于指针式万用表测得的数值，通常在0.1～0.8V之间。如果出现静态时表针颤抖而动态时不抖、静态下和

动态下都颤抖、静态下和动态下均不颤抖，以及动态电压与静态电压无明显差别等现象，可判定红外发光二极管工作异常，倘若驱动放大电路正常，则多为红外发光二极管损坏。

红外发光二极管应保持清洁、完好状态，尤其是其前端的球面形发射部分既不能存在脏垢之类的污染物，更不能受到摩擦损伤，否则，从管芯发出的红外光将产生反射及散射现象，直接影响到红外光的传播，轻者可能降低遥控的灵敏度，缩减控制距离，重者可能产生失灵，甚至遥控失效。

红外发光二极管在工作过程中其各项参数均不得超过极限值，因此在代换选型时应当注意原装管子的型号和参数，不可随意更换。另外，也不可任意变更红外发光二极管的限流电阻。由于红外光波长的范围相当宽，故红外发光二极管必须与红外接收二极管配对使用，否则将影响遥控的灵敏度，甚至造成失控。因此在代换选型时，要务必关注其所辐射红外光信号的波长参数。

红外发光二极管封装材料的硬度较低，它的耐高温性能更差，为避免损坏，焊点应当昼远离引脚的根部，焊接温度也不能太高，焊接时间更不宜过长，最好用金属镊子夹住引脚的根部，以帮助散热。引脚弯折开关的定型应当在焊接之前完成，焊接期间管体与引脚均不得受力。

3、红外线接收头

采用小型设计、内屏蔽模块封装，可以做红外线解码实验，红外线遥控器等等。配合遥控器完成遥控解码及红外遥控实验。在红外遥控系统中作为接收元件广泛应用于1、视听器材（如VCD、DVD、DVB、TV等） 2、家庭器材（如冷气机，电风扇、电灯等）3、红外线摇控（如玩具等）金属封装红外线接收管,适用于各类光电转换的自控仪器,传感器.各类光电检测器的信号光源.根据驱动方式可获得稳定光.脉冲光,缓变光.常用于控制,报警等方面.持点;采用反射功能的结构形式,光功率较强,低驱动电压,易与晶体管电路匹配.结构坚固耐震.可靠性高.金属玻璃封装器件,耐磨耐温性好.

接收器对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便，如图7所示。

①脉冲信号输出接，直接接单片机的IO 口。

② GND接系统的地线（0V）；

③ Vcc接系统的电源正极（+5V）；