主动式红外报警器设计

光电探测与信号处理程设计报告主动式红外报警器设计

专业光电信息工程

学号************

学生姓名廖承润

指导教师常大定王静

组员李文广吕伟熊煜

1、红外报警器概述 (3)

2、设计方案 (3)

2.1、发射部分设计方案 (3)

2.1.1、红外发光二极管 (3)

2.1.2、555定时器 (4)

2.2、接收部分设计方案 (6)

2.2.1、红外接收管 (6)

2.2.2、UA741运算放大器 (6)

3、电路图设计及其原理 (8)

3.1、发射部分原理图 (8)

3.1.1、发射部分原理图详细分析 (8)

3.1.2、发射部分原理图参数计算 (9)

3.1.3、发射部分PCB图 (9)

3.2、接收部分原理图 (10)

3.2.1、接收部分原理图详细分析 (10)

3.2.2、接收部分原理图参数计算 (11)

3.2.3、接收部分PCB图 (11)

4、总结 (11)

参考文献 (12)

1、红外报警器概述

此红外线报警器工作原理：在需要防范的区域里安装好探测器报警器后，如果如有物体遮住接收板从放射板发射的信号，接收板也就是探测器就立即发出报警信号，蜂鸣器就会响起。从而产生报警的效果。

并且，设计题目要求采用集成块运算放大器uA741，定时器555，红外发射管SE303，红外接收管PH302，三极管，蜂鸣器，极性电容，电阻等电器元件来设计。

2、设计方案

按照题目设计要求，红外报警器分为两部分，分别是发射信号部分和接收信号部分。总的设计方案只这样的，发射部分发射红外光对射到接收部分的红外接收管那里，接收部分经过对接收转换得到的信号进行放大整流、滤波处理，最后的电压信号再驱动蜂鸣器不响。如果有什么东西阻挡了红外光，接收部分就没有接收到信号，蜂鸣器就启动报警。

经过了大量查阅文献和资料，整理分析得出以下各部分的设计方案：

2.1、发射部分设计方案

通过阅读文献，首先对发射部分需要的元器件要有一定的了解。

2.1.1、红外发光二极管

常用的红外发光二极管（如SE303·PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93μm ）。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。

发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度т，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲中空比约为1/4~1/3；一些电气

产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。常见的红外发光二极管，其功率分为小功率（1mW~10mW）、中功率(20mW~50mW)和大功率(50mW~100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。

2.1.2、555定时器

（1）定时器的组成和功能

555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。按其工艺分双极型和CMOS型两类，其应用非常广泛。

555定时器它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5KΩ电阻的分压器而构成。其内部组成框图：

方案二：设计一个用555定时器构成的多谐振荡电路来驱动发射管，这个方案只是用简单的电路就可以实现不同频率的可以改变占空比的的高低电平输出，再用来驱动发射管。

综合分析考虑得到，方案二更加适合课程设计的要求，并且方案二更加方便调试。

2.2、接收部分设计方案

通过阅读文献，首先对接收部分需要的元器件要有一定的了解。

2.2.1、红外接收管

红外接收管即光敏二极管，光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此，光敏二极管工作时应加上反向电压。接受二极管加上反向电压，当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1 * 10-8 -- 1X10 -9A(称为暗电流)，此时相当于二极管截止;当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对O 这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。

2.2.2、UA741运算放大器

uA741单运放是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。

uA741芯片引脚和工作说明：

1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚

741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压＋Vdc与－Vdc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压＋Vdc 或小于负电源电压－Vdc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压＋Vdc至－Vdc之范围，其值会等于＋Vdc或－Vdc。

一般运算放大器输出电压均具有如下图特性曲线，输出电压于到达＋Vdc和－Vdc后会呈现饱和现象。

UA741运算放大器的应用——反相放大电路

反相放大电路之接法下图，同样是使用负反馈电路方式作动，只是此时信号由反相端输入，故会得到与输入端反相之输出，当输入电压V1增大时会使得输出电压Vo下降。此电路可以得到(R1/R2)倍的输出，当a点电位为0V时，其输出电流如式(1)为V1/R2，则