简易光控防盗报警电路设计.doc

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1、郑州轻工业学院课程设计说明书题目： 简易光控防盗报警电路 姓 名： 院 （系）： 电气工程及其自动化 专业班级： 电气12-02 学 号： 指导教师： 孙君曼 成 绩： 时间： 2014 年 02 月 16 日至 2014 年 06 月 10 日 郑州轻工业学院课程设计任务书题目 简易光控防盗报警电路 专业 电气12级 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习protel软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 要求电路能够通过感应装置，检测出是否有物体接近所要保护的财产。2. 要求电路当判定有物体接近时

2、，能够通过声光形式报警。3. 要求电路当发出警报一段时间后，能够自动喷洒出麻醉剂。4. 要求电路可以根据需要，调节喷洒出麻醉剂的等待时间。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月4康华光，电子技术基础，高教出版社，20035查阅相关电子设计内容科技期刊等文献资料及浏览相关网站完 成 期 限： 2014年6月18日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2014 年 2月 16日摘要热释电模块是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释

3、电红外传感器，实现电路对人体或物体的感应；和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关，将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大和时间延迟。声光报警电路的功能是当有人体或物体接近防盗报警电路时，通过声音和显示信号提示主人。自动喷洒电路的功能是当声光报警一段时间之后自动喷洒麻醉剂来保护财产。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压，该电路也可采用电池供电，但需要注意的问题是选择合适电池的指标参数与电路相匹配。u 简易光控防盗报警电路的功能要求u 电路原理图u 简易光控防盗报警电路的基本组成及工作原理u 所用元件清单列表u 集成电路引脚图和功能表关键词：热释电，防盗报警，NE555，D触发器，继

4、电器，麻醉剂目录第一章 报警电路的应用1第一节 前言和发展前景1第二节 设计思路1第二章 电路的组成与工作原理2第一节 设计要求2第二节 简易光控防盗报警电路的组成框图2第三节 工作原理3一、热释电模块3二、声光报警模块3三、麻醉剂喷射控制模块4四、电源模块5第三章 元器件功能及其清单6第一节 各元器件功能6一、555定时器6二、BISS00018三、74HC7410四、CD406911五、继电器11第二节 元器件清单12第四章. 总结13致 谢14参考文献15简易光控防盗报警电路第一章 报警电路的应用第一节 前言和发展前景目前，人们越来越富裕，家里面贵重的东西也随之增加了不少，与此同时偷盗者

5、的偷盗技艺也越来越精湛，使越来越多的人每年蒙受了巨大的经济财产损失。人们对自己所处环境的安全性提出了越来越高的要求,尤其是在家居安全方面。因此一些经济实用的专用家庭防盗报警系统是非常必要的。就目前市面上装备主要有压力出发时防盗报警器、开关电子防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。所以作为新一代的智能家居安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用，小区安全防范系统建设也已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中了。第二节 设计思路本课程设计主要有两种思路： 一、采用被动式红外感应防盗报警器的工作逻辑是感应装置自己感应非法入侵物体自身的红外线，然后向下一个系统报告信

6、号，形成一个报警程序，向下一个系统提出入侵信号。 二、采用主动式红外线感应防盗报警，它的工作逻辑是通过自己自带的器件发出红外线信号然后自己接受，如果有非法入侵，就会隔断它的接受信号使自己的程序报警，向下一个系统提出入侵信号。 经过认真的比较和思考，我觉得第二种设计思路在使用器材上可程序的介绍上要简单实用很多，但是在系统的安全性和可靠性上第一种方案要胜出不少，特别是在作为一个报警器这一方面，系统的安全性可靠性是最最重要的，因此，我决定采用第一种设计方案。第二章 电路的组成与工作原理第一节 设计要求1.要求电路能够通过感应装置，检测出是有物体接近所要保护的财产。2.要求电路当判定有物体接近时，能过

7、通过声光形式报警。3.要求电路当发出警报一段时间T后，能够自动喷洒出麻醉剂。4.要求电路可以根据需要，调节喷洒出麻醉剂的等待时间T。第二节 简易光控防盗报警电路的组成框图简易光控防盗报警电路的总体框架图如图2-1所示。它由热释电红外传感器、BISS0001电路，声光报警模块、麻醉剂喷射控制模块和电源模块5部分构成的。声光报警模块BISS0001电路处理热释电红外传感器麻醉剂喷射控制模块电源模块图2-1 简易光控报警防盗报警电路的总体框图热释电红外传感器的功能是实现电路对人体或物体的感应；BISS0001构成的热释电模块是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它和少量外接元器件构成被动式的热释

8、电红外开关，将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大和时间延迟。声光报警电路的功能是当有人体或物体接近防盗报警电路时，通过声音和显示信号提示主人。麻醉剂喷射控制模块的功能是当声光报警一段时间之后自动喷洒麻醉剂来保护财产。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。第三节 工作原理一、热释电模块图2-2 热释电模块如图2-2，红外热释电传感器输出电信号的幅度和频率主要决定于目标人体的温度、探测区域背景、人体与传感器的距离、人体移动的速度、光学透镜系统的焦距和它的设计方式。输出信号波形电压峰峰值约为1 mV。其中BISS0001 的运算放大器OP1 作为热释电红外传感器的前置放大。由C3 耦合给

9、运算放大器OP2 进行第二级放大。再经由电压比较器COP1 和COP2 构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，然后经2引脚输出信号。此电路红外开关使用不可重复触发工作方式。图中R3可以调节放大器增益的大小，使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R13和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R11和C8的大小调整 。二、声光报警模块声光报警电路（如图2-3），它主要由多谐振荡电路、音频振荡电路及稳压电路组成。当红外热释电传感器探测到物体靠近时，经信号处理，第2引脚立即跳变为高电平，555芯片被置位导通，开始震荡，发光二极管LED点亮并开

10、始闪烁，扬声器发出类似警车笛声。图2-3 声光报警电路三、麻醉剂喷射控制模块图2-4 麻醉剂喷射控制模块如图2-4，由D触发器74HC74组成的T触发器电路。初始时由开关S1接地清零，使9引脚输出为低电平，右半部分不工作，当热释电模块探测到信号，并输出一个高电平延迟一段时间，然后变为低电平，出现一个下跳沿，经反向器U2给触发器提供一个上升沿，从而触发使9引脚翻转变为高电平，右半部分开始工作。该图的右半部分为麻醉剂开关电路。由于电磁阀通过的是大电流、大功率，而直流电源一般无法提供很大的电流和功率，因此电磁阀需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。而一般74HC74的输出电流无法驱动继电

11、器，因此需要加入电流放大电路。由三极管构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路，其中R6为限流电阻，防止输入电流过大烧毁在极管。Q1为共发射极电路，当输出端2Q为高电平时，三极管导通饱和，将输入电流放大；当输出端2Q输出低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接Q1的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，麻醉剂喷洒出；当无电流驱动时，开关断开，电磁阀不通电，没有麻醉剂喷洒出，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护。同时电路中加入发光二极管D2作为显示电路，显示是否有麻醉剂喷洒出。四、电源模块图2-5 电源电路电源电路如图2-5，,电路直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波

12、电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换为5V的直流电压。电路中的变压器采用常规的铁心变压器，型号为YJH-BYQ571435。整流电路四个二极管型号为1N400，C10、C11、C13和C14完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成芯片LM7805来实现。第三章 元器件功能及其清单第一节 各元器件功能一、555定时器内部结构及引脚功能555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路，由于这种特殊的地位，故555定时电路在报警电路、控制电路得到了广泛的应用。下图六为555的内部电路，从图3-1可以看出，其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻构成，由于比较器电路是一个模拟

13、器，而触发器电路为数字电路，故其为混合器件。图3-1 555的内部电路555为一8脚封装的器件，其各引脚的名称和作用如下：1脚GND,接地脚2脚TL,低电平触发端3脚Q,电路的输出端4脚/RD,复位端，低电平有效5脚V_C,电压控制端6脚TH,阈值输入端7脚DIS，放电端8脚VCC,电源电压端，其电压范围为：318V555的功能描述上图中当V_C不外接电压时，三个电阻对电源电压进行分压，每个电阻上的压降为1/3VCC,则两个比较器的同相端的输出电压分别为：1/3CC,2/3VCC。从图上可以看出，其555的工作可分为下列3种情况加以讨论：1.当触发输入端TL输入电压低于1/3VCC而阈值输入端

14、电压大于2/3VCC时,其下面比较器输出为高电平，触发器输出高电平；2.当触发输入端TL输入电压高于1/3VCC，而阈值输入端电压小于2/3VCC时,其两个比较器输出皆为低电平，触发器输出保持不变；3.当触发输入端TL输入电压高于1/3VCC而阈值输入端电压大于2/3VCC时,其上面比较器输出为高电平，触发器输出低电平。详细情况见下列表格：输入输出THTL/RDQ放电管状态00导通2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC1保持不变保持不变2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC11截止555的应用1、单稳类电路 作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检

15、测等。 2、双稳类电路 作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。 3、无稳类电路 作用：方波输出 ，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。图3-2 555管脚图二、BISS0001BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 图3-3 BISS0001封装和内部框图功能叙述CMOS数模混合专用集成电路。具有独立的高输入阻

16、抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理。双向鉴幅器，可有效抑制干扰。内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调解范围宽。内置参考电压。工作电压范围2V6V。采用16脚DIP和SOP封装。BISS0001如图3-3是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。以下图3-4所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 不可重复触发工作方式下的波形。图3-4 不可重复触发工作方式下各点的波形首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大

17、，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产

18、生的各种干扰。BISS0001管脚功能引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-

19、运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端三、74HC7474HC74是一款高速CMOS器件如图3-5，74HC74引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC74遵循JEDEC标准no.7A。74HC74是双路D型上升沿触发器，带独立的数据（D）输入、时钟（CP）输入、设置（SD）和复位（RD）输入、以及互补的Q和Q输出。设置和复位为异步低电平有效，且不依赖于时钟输入。74HC

20、74数据输入口的信息在时钟脉冲的上升沿传输到Q口。为了获得预想中的结果，D输入必须在时钟脉冲上升沿来临之前，保持稳定一段就绪时间。 图3-5 74HC74封装和功能表四、CD4069 CD4069如图3-6由六个COS/MOS反相器电路组成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。 图3-6 CD4069引脚功能图五、继电器继电器是一种用途广泛的产品，广泛应用于家电产品，如空调器、彩电、冰箱、洗衣机等；也应用于工业自动化控制和仪表。由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继

21、电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器仍得以广泛应用。本设计采用TN2-5V继电器。第二节 元器件清单元件名称元件符号元件规格元件数量电阻R1, R2, R3, R4, R5, R6,R7, R8, R9, R10, R11,R12, R14, R15, R16,R17,R18, R19, R2020K,47K,10K,1M,2M,1K, 47K,1K,10K,1M,1M,1K, 10K,50K,1.5K,500,10K,1K, 1.5K19电容C1, C2, C3, C4, C5, C6,C7, C8, C9, C11, C12, C130.1uF,0.01uF, 10uF

22、, 0.1uF, 0.01uF, 47uF,0.1uF,0.001uF, 0.01uF,10uF, 0.01uF, 47uF12C10, C14470uF, 10uF2二极管D1IN41381LEDD2, D4JYX-52整流桥Bridge11N400*41开关S11继电器K1TN2-5V1喇叭MK1120851变压器T1YJH-BYQ5714351稳压管LM7805IN47331555U41CD4096U2174HC74U11BISS0001U31热释电原件BF1RE200B1可变电阻R131M1第四章. 总结这一周的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦，天气炎热，加之机房里有时候又

23、不开空调，故在上机画图时真是艰熬，坐下来才一会会，就全身湿透，但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。通过我们不懈的努力与切实追求，终于做完了课程设计。因为这是第一次做课程设计，所以刚拿到这个题目的时候心里一点底都没有，但是通过查阅一些资料和同学的帮助，脑海里才渐渐的有了一个大概的轮廓，思路才逐渐清晰。了解了制作一个好的电子电路是多么的不容易，是那么的枯燥、无味，同时也要掌握很多知识，这让我感到平时知识积累的重要性，更懂得学习的重要性，并学会了如何去查阅一些资料和利用资料。上学期和本学期我们分别开设了模拟电路与数字电路课，这两门学科都属于电子电路范畴，与我们的专业也都有联系，且都是理论方面的指

24、示。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期暨模电、数电刚学完之际，紧接着来一次电子电路课程设计是很及时、很必要的。这样不仅能加深我们对电子电路的任职，而且还及时、真正的做到了学以致用。在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。首先是学习用Altium Designer画图，因为以前没有学习过，所以这次花了两天的时间才基本上掌握了Altium Designer的一些简单操作。其次就是一些集成芯片的作用不太明白，如：BISS0001、NE555，但通过复习课本和查阅相关资终于搞明白了这些芯片的作用及功能。再有就是麻醉剂电路不

25、知如何去设计，只有通过上网或上图书馆查资料去寻求答案，最后功夫不负有心人，也终于让我找到了。通过这次课程设计，得到了一次理论和实践的结合，是平时学习积累的施展，加深了对电子技术的喜爱和了解，但是也暴露了很多了自己的问题，比如很多器件不懂得其功能和原理，所以走了很多弯路，达不到简便的目的。希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！致 谢本次课程设计不仅让我学到了很多知识，提高了我对学习资料的搜集能力，同样重要的是让我感受到有太多的人在给予我帮助，我对帮助我的人表示感谢。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因。在此期间，我

26、不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。对于一个只停留在课本上的我来说，由于经验的匮乏和知识面的狭窄，在许多地方考虑的不是很周全很详细，如果没有老师的指导与帮助，想要完成这个电路设计将是非常困难的。 其次，在课程设计的过程中，我要感谢帮助过我的同学，他们十分热心的帮助我，帮助我度过一个又一个的难关，也为我解决了不少我不太明白的难题，真挚的感谢你们。总之，我能顺利的完成这次课程设计要感谢老师的悉心的指导和同学的热心帮助，没有你们的点拨我不可能搞成这次设计，是你们的指导才让我的设计更加完善合理，并让我从中学到很多实践知识，谢谢你们！参考文献1.何小艇，电子系统设计，浙江大学

27、出版社，2001年6月2.姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月3.王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4.李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5.康华光，电子技术基础，高教出版社，20036陈尔绍，实用声光控制电子装置制作精选200例，人民邮电出版社，19997张庆双，电子元器件的选用与检测，机械工业出版社，2002年8月8陈明义，电子技术课程设计实用教程，中南大学出版社，2002年9孟贵华，电子元器件选用入门，机械工业出版社，2004年6月10石磊，Altium Designer电路设计，清华大学出版社，2009年11月15