光电探测与信号处理课程设计报告主动式红外报警器设计

光电探测与信号处理课程设计报告主动式红外报警器设计

指导老师：常大定包佳琪

姓名：郎海涛

学号：080105021122

班级：光信0802班

同组者：蒋晓光田佳蔡沛峰

目录

一、设计要求背景指标 (1)

1.1设计要求 (1)

1.2设计背景 (1)

1.3参数指标 (1)

二、设计原理 (2)

三、系统设计 (3)

3.1电路设计总体方案 (3)

3.2局部电路功能分析 (3)

3.2.1整流桥电路 (3)

3.2.2稳压电路 (4)

3.2.3红外发射电路 (4)

3.2.3报警执行电路 (6)

3.2.4三极管反相电路 (8)

四、设计总结 (10)

4.1优缺点 (10)

4.2改进方法 (10)

五、心得体会 (10)

六、参考文献 (10)

七、附录 (11)

7.1 电路设计原理图 (11)

7.2 总原理图 (11)

7.3接收报警电路PCB图 (12)

7.4元器件清单 (12)

一、设计要求背景指标

1.1设计要求

设计主动式红外报警器，该报警器的特点是：当有人经过监控区的主要通道、靠近监控区或破门而入时（即挡住红外线时），即能发出较洪亮的报警声，并延长一段时间才会停止。如果此人仍然在此位置左右移动，则报警声仍然持续发出。

1.2设计背景

随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们自身的安防意识也在逐渐增强。红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。

自己亲手制作一个红外报警器不仅有实用性而且也是很有意义的一件事情，同时本次实验设计注重报警原理的理解，以便今后自己在电路领域的学习和开发打下基础，提高自己的动手能力和设计能力，培养创新能力，丰富自己的理论知识，做到理论和实践相结合。本次设计的重要意义还在于对电子器件内部结构和工作状态做更进一步的了解。此次设计更进一步了解基本电路的设计流程，提高自己的设计理念，丰富自己的理论知识，巩固所学知识，使自己的动手动脑能力有更进一步提高，为自己今后的学习和工作打好基础，为自己的专业技能打好基础。

1.3参数指标

红外线发射器由IC2（NE555）、R1、R2、C3等元件组成振荡频率为40kHz

的多谐振荡器。VLS是红外线发射探头，其40kHz高频信号由它向外辐射，形成红外线光束。VDL是红外线接收探头，它与IC3 (CX20106A)组成红外线接收、整形和放大电路，放大后的红外线信号变成电脉冲信号。IC4及其外围元器件组成报警执行电路，一旦其2脚为低电平，电路立即翻转，信号输出端3脚立即转为

高电平输出，同时具有延时功能。平时，VDL接收到VDL辐射的红外光束。红外线接收专用前置放大集成电路（它的特点是灵敏度高、不用电感谐振线圈）IC3的信号输出端7脚为低电平，VT1呈截止状态，IC4的2脚为高电平，3脚为低电平输出，因此后续电路均不会工作，无报警声发出。当有人经过防盗物的主要通道、进人房门或靠近防盗物时，挡了一下红外光线，在挡住的瞬间，IC3的7脚立即转为高电平，从而使VTl饱和导通，2脚立即为低电平，故IC4翻转，3脚为高电平，K得电吸合，接通模拟声报警专用集成电路IC5的电源，扬声器B L就发出响亮的警报声。与此同时，IC4进人延时阶段，约经过2min（计算公式为t=1.1R9*C8）时间后，IC4置位，使3脚又转为低电平，报警声停止。如果这时红外线又被挡住，电路会再次工作。（IC1选用CW7806或LM7806集成电路；IC2，IC4均选用555时基集成电路；IC3选用CX20106或KA2184集成电路；IC 5选用KD -9561四声模拟声集成电路。）

二、设计原理

主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成。接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。

主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过监控区到达接收机，构成了一条警戒线。

正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。

目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。

三、系统设计

3.1电路设计总体方案

图 1 电路设计总体方案

3.2局部电路功能分析

3.2.1整流桥电路

图 2 整流桥电路

整流桥对1,2端输入的12V交流电进行整流，从而有利于后面的稳压管稳压。

3.2.2稳压电路

图 3 稳压电路

直接采用芯片稳压，LM7806将电压稳定在6V直流电压上，由1端输入，3端输出。

3.2.3红外发射电路

图4红外发射电路

红外线发射器由NE555、R1、R2、C3等元件组成振荡频率为40kHz的多谐振荡器。VL是红外线发射探头，其40kHz高频信号由它向外辐射，形成红外线光束。R1，R2，C3分别为多谐振振荡器定时电阻和定时电容。

NE555多谐振器的输出脉冲信号周期为：

T=0.7*R1*C3+1.39*R2*C3

因为f=40kHz，所以R1=R2=20k，C3=56PF。R3为红外二极管的拉电阻，取100Ω。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

主要特点：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

NE555功能介绍如图

图5 NE555 引脚功能

图 6 NE555内部电路方框图

3.2.3报警执行电路

CX20106是广泛用于彩色电视机红外线遥控接收的前置放大器。由于功能强，性能优越，成本低，故已在各种红外线遥控系统中得到广泛的应用。

CX20106由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。其中的电平自动控制电路ABLC 可以保证在输入弱信号时前置放大器有较高增益，在输入强信号时前置放大器不会过载，可以保证在一定遥控距离（约10m ）内工作可靠。其内部设置的滤波器中心频率f 0由其5脚外接电阻调节，范围可从30KHz －60KHz 。

CX20106的工作过程大致如下：其中的前置放大器将外接红外光敏二极管或三极管产生的脉冲电压进行放大，电压增益约77-79dB 。然后将信号送限幅放大器，使其变为矩形脉冲，再由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，由检波器滤掉载频检出指令信号，再经整形后，由７脚输出指令信号。实际上，CX20106的功能用一句话概括，就是当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的红外光信号时，其输出端７脚就输出低电平。

CX20106的主要参数如下： 1. 源电压典型值为5，最大17V 2. 电源电流1.1-2.5mA(典型值为1.8mA) 3. 输出低电平

02V

图 7 报警执行电路

4. 电压增益77-79Db

5. 输入阻抗27 k Ω

6. 滤波器中心频率30kHz －60kHz

7. 允许功耗0.8W

CX20106A 的管脚注释：

l 脚：红外信号输入端，接红外接收管VDL 。

2脚：该脚与GND 之间连接RC 串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R 或减小C ，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C 的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，选用参数为R4=4.7Ω，C4=3.3μF 。

3脚：该脚与GND 之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，参数为3.3μF 。

4脚：接地端。

5脚：该脚与电源端VCC 接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200k Ω时，fn ≈42kHz ，若取R=220k Ω，则中心频率f0≈38kHz 。

6脚： 该脚与GND 之间接入一个积分电容，标准值为330pF

，如果该电容取

图 8 CX20106A 内部电路图

得太大，会使探测距离变短。

7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为22kΩ，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降。

8脚：电源正极，4.5V～5V。

3.2.4三极管反相电路

图9三极管反相电路

用三极管9013将基极和集电极的电位反相，即在截止状态和饱和导通状态下的两种情况。且三极管也起增益放大的作用。R6，R7，R8均为偏置电阻，分别取值为10k，5.1k，10k。

3.2.5延时控制电路

图10 延时控制电路

R9,C8分别为延时电阻和延时电容，延时长度T=R9*C8*1.1，R9=1M，C8=100UF，即延时大约两分钟。为防止该NE555被反相电动势击穿，则并联保护二极管VD5。（JDQ为继电器）

3.2.5报警发声电路

图11 报警器发生电路

IC5选用KD -9561四声模拟声集成电路，SEL1,SEL1不接，则发出报警声，R10=240k以符合芯片要求。BL选用YD100 -1型8Ω,0.5W电动扬声器，由该KD-9761和三极管8050驱动。

四、设计总结

4.1优缺点

该探测系统设计比较稳定，将实际应用中的一些因素考虑进去，如稳压整流电路等，但也因为考虑因素比较多使整个电路比较繁杂，实际制作过程中电路比较臃肿而繁杂。

4.2改进方法

可以将根据现实需要去掉一些对电路影响不大因素的校正电路，或者用更多集成芯片代替各个电路。

五、心得体会

通过此次设计，我熟悉了光电探测电路的设计，以及在设计中应该考虑到的种种因素，也熟悉了软件的应用。在设计中也明白了无论设计电路还是考虑各个影响因素，还有绘制电路图耐心和细心都是不可缺少的。

在此也谢谢包老师和常老师的指导。

六、参考文献

[1] 黄继昌等编著．实用报警电路．人民邮电出版社，2005

[2] 胡斌编著．电子线路快速识图．福建科学技术出版社，2005

[3] 胡斌编著．图表细说元器件及实用电路．电子工业出版社，2005

[4] 张爱民等编著．怎样选用电子元器件．中国电力出版社，2005

[5] 吴英才、林华清．热释电红外传感器在防盗系统中的应用．传感器技术, 2002

[6] 黄继昌、乔苏文、张海贵等．实用报警电路[M ]．北京人民邮电出版社, 2005

七、附录

7.1 电路设计原理图

图12 电路设计原理图7.2 总原理图

图13 总原理图

7.3接收报警电路PCB 图

7.4元器件清单

图 14 接受报警电路PCB 图