红外报警系统专业课程设计.doc

广州大学
物电与电子工程学院
光信息专业课程设计报告

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摘要：
本文概述了红外发射和接受基本原理和特点，简介了74LS00、74LS74、74LS75、LM358和555芯片功能应用，并简介了其应用于红外防盗报警系统设计方案，并对其进行了调试及性能分析。
核心词：
防盗 报警 红外

一、前言：
红外发射管是由红外发光二级管矩构成发光体，用红外辐射效率高材料（惯用砷化镓）制成PN结，正向偏压向PN结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830～950nm。LED是英文Light Emitting Diode简称，体现是正温度系数，电流越大温度越高，温度越高电流越大，LED红外灯功率和电流大小关于，但正向电流超过最大额定值时，红外灯发射功率反而下降。
红外发射管（红外线灯管）可广泛用于红外摄像机、音频输出等红外引用产品中，其里面晶片功率大小普通决定发射距离，但红外监控摄像机效果又与红外灯角度，灯组多少，机板，镜头等关于。红外摄像机设计距离较近就用角度较大IR发射管，并且还要跟镜头视角相配合;20米以上必要用台湾正型12mil以上晶片，日本也行。由于市场无序竞争，厂家标榜照射距离和实际可视距离概念不清，大某些小红外摄像机生产商为了减少生产成本大量采用国产及台湾10mil、8mil晶片，甚至散型晶圆封装（涉及封装厂IR发射管不良品）做正型红外灯来装配摄像机。建议打长距离顾客还是用正型晶片封装IR发射管，如台湾鼎元、光磊（鼎元相对衰减慢、夜视清晰）。
　 红外接受管，红外接受电路普通被厂家集成在一种元件中，成为一体化红外接受头。 内部电路涉及红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定水平，而无论红外发射器和接受器距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 高低电平，还原出发射端信号波形。 　　
红外接受头种类诸多，引脚定义也不相似，普通均有三个引脚，涉及供电脚，接地和信号输出脚。依照发射端调制载波不同应选用相应解调频率接受头。
运用红外发射、接受特性可以应用于信号传播，本设计就是简介红外信号触发报警系统，从而实现防盗功能。
二、设计方案：
电路中由发射和接受某些构成，发射某些由555芯片、电阻器R1、电位器R2、电容CAP和红外发射管构成。接受某些由电阻器R1、R2、R4、R8、R9，电位器R3、R7，电容C1、C2,芯片74LS175、74LS74、74LS00、555、LM358，三极管9014，红外接受1838，蜂鸣器，复位开关构成。
当红外接受和发射正对没障碍物时，74LS1754脚电位为低，2脚输出电压为低，蜂鸣器不响。
当红外接受和发射正对有障碍物通过时，红外接受产生一种脉冲，74LS1754脚电位由低变高，然后变低，2脚输出电压被锁存为高，蜂鸣器响。
当按下复位开关，蜂鸣器关闭。
发射电路:

接受电路：

三、理论计算：
器件功能参数：
1、 红外发射二极管
惯用红外发光二极管（如SE303.PH303)，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流普通不大于20mA。为了适应不同工作电压，回路中经常串有限流电阻。 　　
发射红外线去控制相应受控装置时，其控制距离与发射功率成正比。为了增长红外线控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，由于脉动光（调制光）有效传送距离与脉冲峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增长红外光发射距离。提高Ip办法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲宽度T，某些彩电红外遥控器，其红外发光管工作脉冲占空比约为1/3-1/4；某些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管发射距离大大增长。常用红外发光二极管，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脉冲电压。 　　
用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应红外光一电转换元件，如红外接受二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接受配对二极管。

2、1838红外接受头
1　红外信号收发系统典型电路如图1所示，红外接受电路普通被厂家集成在一种元件中，成为一体化红外接受头。 　　
2内部电路涉及红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号， 　　
3　然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定水平，而无论红外发射器和接受器距离远近。交流 　　
4　信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出 　　
5高低电平，还原出发射端信号波形。注意输出高低电平和发射端是反相，这样目是为了提高接受敏捷度。 　　
6　一体化红外接受头，如图2所示： 　　

图2 红外接受头 　　
红外接受头种类诸多，引脚定义也不相似，普通均有三个引脚，涉及供电脚，接地和信号输出脚。依照发射端调制 　　
载波不同应选用相应解调频率接受头。 　　
红外接受头内部放大器增益很大，很容易引起干扰，因而在接受头供电脚上须加上滤波电容，普通在22uf以上。

3、74LS175
175 为四上升沿D 触发器，当清除端（CR ）为低电平时，输出端Q 为低电平。
在时钟（CP）上升沿作用下，Q 与数据端（D）相一致。
当CP 为高电平或低电平时，D 对Q 没有影响。
引脚图：

逻辑图：

4、74LS74
在TTL电路中，比较典型d触发器电路有74ls74。74ls74是一种边沿触发器数字电路器件，每个器件中包括两个相似、互相独立边沿触发d触发器电路。
逻辑图及引脚图：

5、74LS00
74LS00为四个二输入与非门，其逻辑引脚图为：

6、555芯片
555 定期器是一种模仿和数字功能相结合中规模集成器件。普通用双极性工艺制作称为 555，用 CMOS 工艺制作称为 7555，除单定期器外，尚有相应双定期器 556/7556。555 定期器电源电压范畴宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模仿电路电平兼容。 555 定期器成本低，性能可靠，只需要外接几种电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定期器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
逻辑图，引脚图如下：

7、 LM358
LM358 内部涉及有两个独立、高增益、内部频率补偿双运算放大器，适合于电源电压范畴很宽单电源使用，也合用于双电源工作模式，在推荐工作条件下，电源电流与电源电压无关。它使用范畴涉及传感放大器、直流增益模块和其她所有可用单电源供电使用运算放大器场合。
引脚图为：

8.9014
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要器件，她最重要功能是电流放大和开关作用，三极管顾名思义具备三个电极。本设计中用于电流放大。
9014是一种低电压，大电流，小信号NPN型三极管。
特性：
集电极漏电流ICBO VCB=60V,IE=0 100 nA
发射极漏电流IEBO VBE=5V,IC=0 100 nA
集电极、发射极击穿电压BVCEO IC=1mA,IB=0 50 V
发射极、基极击穿电压BVEBO IE=10μA,IC=0 5 V
集电极、基极击穿电压BVCBO IC=100μA,IE=0 60 V

9、 电位器R3、R7
R3用于变化震荡频率，变化CP时钟脉冲输入。
R7用于变化滞回比较器电路参照电平。
构造特点：电位器电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，变化动触点在电阻体上位置，则变化了动触点与任一种固定端之间电阻值，从而变化了电压与电流大小。

成果分析：
电路接5V电压，红外发射管与接受管正对，在没有障碍物状况下，蜂鸣器不响，用障碍物通过它们之间，蜂鸣器响。按下复位开关，蜂鸣器停止。

结论：
本文设计红外报警系统实现了防盗功能，内容涉及红外发射和接受、震荡电路、放大电路、滞回比较器、锁存电路等诸多方面知识，整个报警系统设计完毕后达到了预期效果，系统工作稳定，不浮现误报状况。但由于专业知识有限，设计中尚有不少局限性之处。但愿日后有所进步。通过设计有如下几点收获：
1、 通过本次设计理解到红外工作特性，学会了各种芯片用法与功能。
2、 学会了综合应用D触发器、分频电路、多谐震荡器、CP时钟脉冲源、滞回比较器等单元电路。
3、 学会了简朴数字系统实验调试及故障排除办法。
4、 复习了MULTISIM使用。
5、 巩固了模仿电路、数字电路知识。

四、 参照文献
1. 吴正光，郑颜 《电子技术实验仿真与实践》 科学出版社
2. 华成英，童诗白 《模仿电子技术基本》 高等教诲出版社
3. 阎石 《数字电子技术基本》 高等教诲出版社