红外线报警器电子技术课程设计剖析

课程设计(论文)

题 目 名 称 红外线报警器

课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 刘思思

学 号 1341203056

系 、专 业 电气工程系13级测控班

指 导 教 师 吴德广

2015年 06 月 15 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业 题目名称 13测控 学生姓名 红外线报警器 刘思思 学 号 设计时间 1341203056 2015．5．22 2015．6．15 电工电子实课程名称 电子技术课程设计 课程编号 121202306 设计地点 验分室 创新实验室 一、课程设计（论文）目的 通过课程设计，使学生加巩固和加深对电子电路基本知识的理解，学会查寻资料、方案设计、方案比较，以及单元电路设计计算等环节，及系统电路的构成。进一步提高学生综合运用所学知识的能力，提高分析解决实际问题的能力。锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，通过此综合训练,为以后毕业设计打下一定的基础。 二、已知技术参数和条件 用中小规模集成芯片设计并制作红外线报警器 1、具有报警功能。 2、外设有感应红外线装置。 3、在感应到红外线时发光二极管亮。 4、放大电路把输入的信号放大。 5、感应到红外线后转化成电信号，同时发出电报警信号。 6、秒脉冲由555多谐振荡器给出。 三、任务和要求 1.按学校规定的格式编写设计论文。 2.论文主要内容有：①课题名称。②设计任务和要求。③方案选择与论证。④方案的原理框图，系统电路图，以及运行说明；单元电路设计与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。⑤用protuse或其它仿真软件对设计电路仿真调试。对调试中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；测试、记录、整理与结果分析。⑥收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。 注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 胡宴如 主编.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社.2011年 张克农 主编.《数字电子技术. 高教出版社出版.第一版.2010年 彭介华 主编.《电子技术课程设计指导》.高教出版社出版.第一版.2002年 《电子电工实验指导书》 电子电工实验室可以提供的主要仪器设备： 示波器 型号规格VP-5220、电子学习机 型号规格WL-V、万用表 MF10；以及分立元件、或中规模集成芯片。 五、进度安排 2015年5月 11日- 12日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求 2015年5月 13日：总体方案设计，方案比较，选定方案； 2015年5月14日- 18日：单元电路设计，参数计算，元器件选择，电路图； 2015年5月19日20日：系统调试改进 2015年5月21日：整理撰写设计论文； 2015年5月22日：答辩 六、教研室审批意见 设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。 教研室主任（签字）： 2015年4月28日 七|、主管教学主任意见 符合课程设计要求 主管主任（签字）： 2015年4月29日 八、备注 指导教师（签字）： 学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名 刘思思 学 号 1341203056 系 电气工程系 专业班级 13测控 题目名称 红外线报警器 课程名称 电子技术课程设计 一、学生自我总结

在整个课程设计的过程中，让我学会了很多，无论做什么是都要有细心与耐心，所以要善于多加练习，熟悉所有可能出现的错误，使自己的整个设计过程都无懈可击，从而让自己的实验水平更加进步，享受成功那一刻的喜悦。此次课程设计当中让我收获了许多，是我真正有机会接触到实物设计，将所学的只是运用起来，更加深入的掌握了各种元器件的基本原理，还锻炼了自己的动手思考能力，培养了自己的科学态度，试一次不可多得的时间机会。本次的课程设计大大的增强了我们的团队合作精神，培养了我们的思考和细心严谨的作风，综上所诉，这次的课程设计给我们上了一堂很有意义的课，在很大程度上提高了我们的综合素质，让我对所学专业更有信心。 学生签名：刘思思 2015年 06月 15日 二、指导教师评定 评分项目 权 重 单项成绩 指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

平时成绩 30 40 论文 30 答辩 综合成绩

摘要

红外线防盗报警器目前市场上已有成型产品，且市场较为成熟。由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干扰能力强。红外线传感器分主动式和被动式两种，主动式设计方案简单，但成本较高，从成本考虑，本课题通过介绍热释红外传感器的工作原理，给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。这种电路红外线传感器应用于报警系统中，从而能够实现防盗报警功能。

该报警器能探测人体发出的红外线，有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器和报警指示电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。 关键词：红外线、防盗报警器、proteus仿真

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………Ⅰ

一 概 述 …………………………………………………………………………… 1

1.1课题背景 …………………………………………………………………………1 1.2主要设计思想 ……………………………………………………………………2

二 方案设计与论证…………………………………………………………………2

2.1红外和普通报警器较 ……………………………………………………………2 2.2报警器的选择 ……………………………………………………………………3

三 单元电路设计与参数计算……………………………………………………3

3.1主控制器模块 ……………………………………………………………………3 3.2红外输出模块 ……………………………………………………………………5 3.3报警模块 …………………………………………………………………………5

四 总原理图及元器件清单………………………………………………………7

4.1总原理图 …………………………………………………………………………7 4.2元件清单 …………………………………………………………………………8

五 安装与调试 ……………………………………………………………………9

5.1电路仿真软件介绍 ………………………………………………………………9 5.2电路功能仿真验证与布局布线 …………………………………………………10

六 结论 ………………………………………………………………………………12 七 心得体会…………………………………………………………………………12 八 参考文献…………………………………………………………………………12

一.概述 1.1课题背景

近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。

报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，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广大用户和专业人士的欢迎。

红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声先报警器…其外，可用红外报警器原理，控制各种电器的运行。

红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。但人们对她的研究仍然延续，时不时出现的新发明新应用，带给我们惊讶与感叹，人类对这座宝藏的开发还远远不够，红外产业还有广阔的扩张空间！

红外应用产品种类繁多，非一篇文章所能描述，本文仅选择红外热像、红外摄像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的领域做介绍。

由于红外温度传感器在实现远距离控温及无接触测温等方面的优势，使其产量每年以10％的速度增长。在1996年至1997年间，其产量从15.5万只增长到23万只；总销售额也从2.3亿美元增长到3亿美元。2006年，市场销售总额将达到5.576亿美元，总产量将超过48.9万只。

对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。虽然欧美很多工业国家加工业广泛，但其市场以趋向饱和；而在中国以及拉美一些新兴国家和地区，随着

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其经济的复苏与发展，各国各地区纷纷加强工业化建设，加工厂不断增多，红外传感器在该区域的销量每年以2％～5％的速度增长，并且其市场销量还处于增长趋势。

1.2主要设计思想

现有的部分报警器，比如接触式的只有当接触到时才会发出报警声，那样会影响事件的处理时间，造成一定的损失和伤害。

我们的主要设计是利用红外发射装置和红外接受装置，当报警器所在区域正常时，报警器的红外接受装置可以正常接收红外发射装置发出的红外信号，报警器就不进行报警。当有外来物体遮挡住红外发射装置发出点红外信号时，那么红外接受装置就不能正常接受，因此报警器就会通过蜂鸣器发出报警的声音。

基于数字电路和模拟电路的红外报警器与传统报警器相比，具有新颖性、独创性和先进性。它不仅能作为常规的电子产品和科研实验室用，而且可以通过软件编程的方法使红红外报警器输出报警信号，具有较高的性价比。

红外报警器采用数字控制，具有一下明显优势：

1.采用先进的智能控制策略和控制方法，体现出报警系统到达高度智能化，性能更加完美。

2.系统升级方便，控制比较灵活，只需修改控制算法，而不必改动硬件线路。 3. 提高控制系统的可靠性，更容易实现标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用相同的控制板，而只需对软件控制部分做一些调整便可。 4.系统电压输出的一致性比较好，成本低廉，方便量产。

二.方案设计与论证

2.1 红外和普通报警器的比较

1.红外报警器

红外报警器采用的是红外接收器和红外发射器，接收红外信号针对性强，不易受外界环境的影响，如温度、湿度等几乎不会对红外报警器产生大的影响。

红外报警器的接收部分为红外接收器，其他的物理、化学等信号均对红外接收器不产生任何影响，只接收红外信号，即体现了红外接收器的专一性。

红外报警器的发射部分是红外发射器，只发出红外信号，方便接收部分接收，同时

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也具有稳定性，不易受其他外界环境的干扰。

红外报警器的在它的监测范围内，红外接收部分一旦检测不到发射部分发出的红外信号，就会通过蜂鸣器报警，报警的及时性很高。

2.一般报警器

一般报警器主要是机械报警器，机械报警器最常见的是接触式，只有接触到报警器才会发出报警信号，而且机械式报警器容易受外界环境的影响。例如温度、湿度、酸碱度的影响，使报警器的报警性能变差，酸碱度可以影响报警器的使用寿命，容易造成资源浪费和环境污染。

红外报警器利用数字电路和模拟电路进行控制和输出信号，可以保证控制的精确度和输出信号的准确性。机械报警器由人工控制，容易产生各方面的误差。

一般报警器当有物体接触到时才会发出报警信号，这样会延迟报警时间，使报警不能发挥它本身的时效性，可能造成一定的损失。

2.2 报警器的选择

由以上红外报警器和普通报警器的优劣势和报警的及时性的比较，我们可以很清楚地看到红外报警器的优势所在，因此我们选择红外报警器进行设计，充分结合时代发展的趋势，也体现了当代时代科技的发展。

三.单元电路设计与参数计算 3.1 主控制器模块

方案的主要控制模块是由555芯片控制,如图1—1

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

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图1—1

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 2脚：低触发端TR。 3脚：输出端Vo

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。 6脚：高触发端TH。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

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8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1—1示。

555定时器的功能表

清零端 高触发端TH 低触发端TR Q 0 1 1 1 1 × 0 1 0 1 × 1 0 0 1 表1—1

0 放电管T 导通 功能 直接清零 x 保持上一状态 保持上一状态 1 1 0 截止 截止 导通 置1 置1 清零 3.2 红外输出模块

红外输出模块主要由三个三极管和有一个光电发射管组成。三极管的主要作用是将产生的信号放大，使光电发射部分发出的信号可以被正常接收。光电发射器，通过电流后会导通，发射出红外信号，如图1—2。

3.3 报警模块

报警模块主要是由蜂鸣报警器和其他一些元件组成。蜂鸣报警器相当于一个声音放大器，当红外接收器接收不到红外发射器发出的红外信号时，那么接收器将接收不到红外信号这一事件转化为电信号输出，经过放大器的放大作用放大，传输给蜂鸣报警器，蜂鸣报警器将这一电信号转化为声音信号，发出报警的声音，如图1—3。

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图1—2

R17BUZ1C141nFBUZZER9v22kC161nFC151nFR16100kA41R152.1kQ42N1711 图1—3 TLC3702 6

四.总原理图及原器件清单 4.1总原理图

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如图1—4

电路中振荡频率f=1.443(R1+R2),发射器的工作电压为直流+9V，整机工作电流为10mA左右。

D1为光电接收原件。D1接收到发射器的红外脉动光信号后转换成电信号，并经A1、A2、A3三级放大，A4输出恒定的高电平，其电平信号接近工作电压。D1为接收指示灯，如有遮挡，D1接收不到红外光信号，A4输出电平变低；D2指示灯亮。A4输出的电平信号由低变高从而触发报警系统的接口电路。电路中C13、R15为短暂信号滤波电路。接收器的集成电路选用低噪低漂运算放大器，电阻选用误差小的金属膜电阻。电容的漏电尽可能小。

4.2方案元件清单

元件名称 电阻

数量 17 8

参数 备注

电容 光电发射元件 光电接收元件 二极管 16 1 1 2 D1 D2 VD1 VD2 Q1~Q3F放大 Q4输出 三极管 4 Q1 Q2 Q3 Q4 放大器 蜂鸣器 555芯片 4 1 1 表1—2

A1 A2 A3 A4 BUZ1 555触发器 五．安装与调试

5.1 电路仿真软件介绍

Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与

外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真三合一的设计平台其处理器模型8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 1、原理布图

2、PCB自动或人工布线 3、SPICE电路仿真 革命性的特点 1.互动的电路仿真

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

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2.仿真处理器及其外围电路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型

上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境.

1.Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

2.Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

3.除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

4.Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 Proteus是单片机课堂教学的先进助手。

Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

5.2电路功能仿真验证与布局布线

仿真结果如图1-5通过对电路的分析完成了电路的初步设计，但也不能看见电路的具体的设计功能，这时就需要对电路进行模拟仿真以观察电路的性能参数，打开proteus软件在软件里连好仿真图，点击仿真按钮，观察电路的现象是否符合设计要求，如果不符合设计要求就要检查修改知道完成设计要求。

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图1—5仿真结果

六．结论

本课程设计是红外报警器，由于本身知识水平以及时间有限，在本次设计中的某些问题可能设想不够周全。比如，电路所用器件过多，软件还有待优化等等，或许还有很多问题还没有发现，希望老师给予指出。

作为一个初学者，从想法的产生，到想法在理论上的可行性，以及到最后的设计完成，无不需要突破种种困难，但是我都一一挺了过来。虽然过程很艰苦，但是当做完以后心里是无法言以表达的激动。它对我以后的设计思想、设计方法、设计过程都将会产生深远的影响。学会查阅资料是我在这次设计中的最大收获，毕竟一个人的知识水平有限，而资料在设计中的作用可以说是举足轻重。不断地收集和查阅资料使我知识面不断拓宽，为以后也打下了良好的基础。通过设计，使我对一个产品的设计过程有了全面的了解，设计过程中出现的许多困难也使我自己不断完善。

七．心得与体会

知道题目时自己没有什么思路和头绪，就只知道一味的查资料，可问题也相继而来，按照网上电路根本就不能成功，后来经过指导老师的提醒，才找准自己的方向，不能盲目的急于求成，这样是没有效果的，要明确自己的目标，并为之奋斗。通过此次的课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方向和动手能力方面有了质的飞跃。

八．参考文献

[1]胡宴如 主编 《模拟电子技术基础》 高等教育出版社，2011年

[2]张克农 主编 《数字电子技术基础》 高等教育出版社，第一版2010年 [3]康华光 电子技术基础 模拟部分[M]（第五版）北京：高等教育出版社，2006.28～43

[4] 姚福安．电子电路设计与实践[M]．济南：山东科学技术出版社， [5] 金大庆 红外线报警器的简易设计 [J]电子了望，2007.8～54

[6]孙余凯 模拟电路基础与技能实训教程[M]．北京：电子工业出版社，2006.7～55

[7]杨洋．电子电路设计与制作[M]．北京：科学出版社，2005.9～33

[8]李万臣．模拟电子技术基础实验与课程设计[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.12～47

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致谢

本设计能够顺利的完成得到了院系领导老师的大力支持和帮助，尤其是我的指导老师吴德广老师，在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为我为我指导。设计过程中，聂老师一并帮我分析遇到的种种困难。一直支持，鼓励我要有解决问题的信心，才使设计得以顺利的完成。在开发的同时，和同学们之间的相互探讨也使我获益匪浅。在此，对他们表示由衷的感谢！

电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，再加上我水平有限，所以本设计肯定存在许多不尽如人意的地方，欢迎广大老师和同学批评指正。

最后，要感谢电气系所有老师，他们精心的栽培为我以后的学习工作打下了坚实的基础。

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