1、 目 錄1緒論.11.1 前言.11.2 整體電路的設計思路12設計內容及要求.12.1設計任務及要求.12.2總體方案設計22.3主要器件介紹.23單元電路設計及工作原理分析83.1紅外線發射電路.83.2 紅外線接收電路.83.3單穩態觸發電路.83.4多諧振蕩電路.103.5功率放大電路.104軟件的設計.125安裝調試156系統功能指標參數.157設計總結.168參考文獻.179.1總電路圖.179.2總電路圖的仿真圖191 緒論1.1 前言隨著我國社會和經濟的發展，百姓的收入水平不斷提高，私有財產的迅速積聚，從而使得安全與健康成為富裕起來的人們最為關注的兩大熱點，家庭安全保障首當其沖

2、，此為防盜產品風火而起的第一機會點；各地政府對安全問題的高度重視，以及為創建文明城市、花園城市、改善城市形象吸引投資等政府行為需要，出臺拆除金屬防盜網的政策，為此，對保障安全的防盜產品有很好的發展前景。紅外線報警器用途非常廣泛，不僅可以用于私家的住宅、車輛的安全防盜，也可以用于企事業單位廠房、貴重物品等防盜，省去了過去的大量金屬電網等等它的設計對于安全防盜是非常有必要的。紅外線防盜不僅設計比較簡單，其適用范圍還非常的廣泛，防盜效果比較好，安全準確，所以它的設計顯得比較重要。1.2 整體電路的設計思路 紅外線報警器研究的是防盜報警系統，如何運用簡單的電子元件實現報警功能。整體電路設計思路：紅外線

3、發射器由IC1（NE555組成的多諧振蕩器）R1、R2、C3等元件組成振蕩頻率為38kHZ的多諧振蕩器，VL是紅外線發射探頭，其38kHZ高頻信號由它向外輻射。VDL是紅外線接收探頭，它與IC2（NE555）組成紅外線接收、整形和放大電路，放大后的紅外線信號變成電脈沖信號。IC3（NE555組成的單穩態觸發器）及周圍元器件組成報警執行電路。當VDL接收VL輻射的紅外光束，紅外線接收專用前置放大集成電路IC2的信號輸出端7腳為低電平。VT為截止狀態，IC3的2腳為高電平，3腳為低電平輸出，因此后面的電路不會工作。當有人擋住紅外光時，在擋住的瞬間C×2060輸出端腳即轉為高電平，從而使T

4、1導通單穩態電路開始工作，使得揚聲器發出聲音報警，大約36秒后,IC3置位使3腳又轉為低電平，報警聲停。當紅外線又被擋住時，報警電路再次工作。2 設計內容及要求2.1 設計任務及要求設計任務：設計紅外線報警器電路設計要求：（1） 設計一個較簡易的紅外線報警器，本電路廣泛適用于各種報警場合。（2） 當有人遮擋住紅外線時，報警器發出響亮的報警聲，聲音持續一分鐘左右。如果紅外線再次被遮擋，再次報警。（3） 設計紅外線發射、接收電路（包括信號的整流和放大）單穩態電路。（4） 完成總的電路圖和仿真圖。2.2 總體方案設計紅外線報警器的報警原理：通過紅外線被遮擋發出一定的報警聲。紅外線的發射的發射裝置是一

5、個由NE555組成的多謝振蕩電路，紅外線的接收裝置由一片專門用來接收紅外線的集成芯片C×2060A構成并對信號進行整流和放大，再通過一個三極管T決定信號是否輸入后面的單穩態電路，多諧振蕩電路的輸出信號驅動揚聲器發聲，單穩態電路還控制報警聲的長短。 圖2.1系統結構2.3主要器件介紹設計當中運用到的元件以及其功能簡介：元件清單如表2-1元件名稱數量元件名稱數量NE555芯片3塊C×2060A1塊電阻12個電容11個三極管1個蜂鳴器1個干電池4節導線若干開關1個運算放大器1個1、555的內部結構： 圖2.2 555的內部結構圖555為8腳封裝的器件，其各引腳的名稱和作用如下：表

6、2-2 555的引腳功能表引腳序號符號功能GND接地端TL低電平觸發端Q電路的輸出端/RD復位端，低電平有效V_C電壓控制端TH高觸發端DIS放電端VCC正電源端，其電壓范圍為：516V表2-3 NE555功能表輸入輸入輸入輸出輸出THTL/RDQ放電管狀態××00導通>2/3Vcc>1/3Vcc10導通<2/3Vcc>1/3Vcc1保持不變保持不變>2/3Vcc>1/3Vcc10導通<2/3Vcc<1/3Vcc11截止555組件接上適當R、C定時元件和連線，可構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器等電路。在外加輸入信號的

7、作用下，NE555的功能如表2-2所示，其中×表示任意狀態。 NE555的功能有：（1）只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。（2）它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯閘配合。（3）其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。（4）它的計時精確度高、溫度穩定度佳，且價格便宜。參數功能特性：供應電壓4.5-18V：供應電流3-6mA：輸出電流225mA（max）：上升/下降時間100ms。2、C×2060A芯片這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz 與測距超聲波頻率40kHz 較

8、為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實驗證明，其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變C1 的大小，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。R1和C1控制CX20106A內部的放大增益，R2 控制帶通濾波器的中心頻率。一般取R1=4.7 ，C1=1F。其余元件按圖4 取值。US_R1 為超聲波接收頭，當收到超聲波時產生一個下降沿，接到單片機的外部中斷INT0 上。當超聲波接收頭接收到40kHz 方波信號時，將會將此信號通過CX20106A 驅動放大送入單片機的外部中斷0 口。單片機在得到外部中斷0 的中斷請求后，會轉入外部中斷0 的中斷服務程序進行處理，在移動機器人的避障工作中，可以在中斷

9、服務程序設定需要單片機處理的最短距離，比如0.5m。對于距離大于0.5 m 的障礙物，可以不做處理直接跳出中斷服務程序；對于距離小于或等于0.5M。（1）特性C×2060A是日本索尼公司生產的彩電專用紅外遙控接收器，采用單列8腳直插式，超小型封裝，+5V供電。（2）內部方框圖圖2-3 C×2060A芯片表2-4 引腳功能與維修數據腳位序號符 號功 能直流電壓（V）對地電阻（k）備注開機待機紅筆接地黑筆接地IN紅外信號輸入端1.51.2513.24.2C1增益調節端1.41.515.19.8C2檢波端2.212513.210.1GND接地端0000fo帶通濾波器調整端1.11

10、.215.110.2C3積分端1.01.215.510.1OUT信號輸出端2.83.513.69.2電壓有波動Vcc電源端5.05.04.03.81腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。 2腳：該腳與地之間連接RC串聯網絡，它們是負反饋串聯網絡的一個組成部分，改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。但C1的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數為R1=4.7，C1=1F。 3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度

11、高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數為3.3f。 4腳：接地端。 5腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時，f042kHz，若取R=220k，則中心頻率f038kHz。 6腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為22k，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產生下降。 8腳：電源正極，4.55V。3、LM386芯片 LM386是一種音頻集成功放，具有自身

12、功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。 LM386是1.5W的音頻功率放大器，最大可以到2W，可以不接多少元件就可以工作，比如直流下，第2,4腳接地，3腳輸入信號，第5腳接個隔直電容輸出到喇叭，第6腳接電源+就可以工作！交流整流的供電時，1,8腳間接個10uF的電容LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。 特性：靜態功耗低，約為4mA，可用電池供電，工作電壓范圍寬，4-12V或5-18V；外圍元減少；電壓增益可調，20-200，低失真度。 圖2-4 LM386芯片2腳為反向輸入端3腳為同向輸入端4腳為接地端5腳為輸出端

13、6腳為電源端7腳為旁路端3腳和8腳為電壓增益設定端3 單元電路設計及工作原理分析3.1紅外線發射電路紅外線發射器由IC1，R1，C3等元件組成振蕩頻率為40KHZ的多諧振蕩器，VL是紅外線的發射探頭，此裝置輻射出40KHZ的高頻信號。3.2 紅外線接收電路VDL是紅外線的接收探頭，它與IC2組成紅外線接收、整形和放大電路，放大后的紅光外線信號變成電脈沖信號。當VDL接收VL輻射的紅外光束時，紅外線接收專用前置放大集成電路IC2 的信號輸出端7腳為低電平。CX 20106A集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波。其總放大增益80db。這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收

14、器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz 與測距超聲波頻率40kHz 較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實驗證明，其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變C1 的大小，可改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。R1 和C1 控制CX20106A內部的放大增益，R2 控制帶通濾波器的中心頻率。一般取R1=4.7 ，C1=1F。其余元件按圖4 取值。US_R1 為超聲波接收頭，當收到超聲波時產生一個下降沿，接到單片機的外部中斷INT0 上。當超聲波接收頭接收到40kHz 方波信號時，將會將此信號通過CX20106A 驅動放大送入單片機的外部中斷0 口。單片機在得到外部中斷0 的中斷請求后，

15、會轉入外部中斷0 的中斷服務程序進行處理，在移動機器人的避障工作中，可以在中斷服務程序設定需要單片機處理的最短距離，比如0.5m。對于距離大于0.5 m 的障礙物，可以不做處理直接跳出中斷服務程序；對于距離小于或等于0.5M.3.3單穩態觸發電路電路的輸出狀態僅一種穩定的狀態，而另一個狀態為暫態，當外界觸發使輸出進入暫態后其經過一個短暫的時間后輸出又回到了穩態。沒有觸發信號時Vi處于高電平（Vi>Vcc/3），如果接通電源后Q=0，Vo=0,T導通，電容通過放電三極管T放電，使Vc=0,Vo保持低電平不變。如果接通電源后Q=1，放電三極管T就會截止，電源通過電阻R向電容C充電，當Vc上升

16、到2Vcc/3時，由于R=0，S=1，鎖存器置0，Vo為低電平。此時放電三極管T導通，電容C放電，Vo保持低電平不變。因此，電容通電后在沒有觸發信號時，電路只有一種穩定狀態Vo=0。若觸發輸入端施加觸發信號（Vi<Vcc/3），電路的輸出狀態由低電平跳變為高電平，電路進入暫穩態，放電三極管T截止。此后電容C充電，當C充電至Vc=2Vcc/3時，電路的輸出電壓Vo有高電平翻轉為低電平，同時T導通，于是電容C放電，電路返回為穩定狀態。 圖3.1 單穩態觸發電路 電路參數：R9=1M C6=33µF C7=0.01µF Vcc=512V電容C6的充電時間Tw=1.1R9C6

17、 單穩態延時時間，即為報警時間，大約一分鐘。3.4多諧振蕩電路當接通電源Vcc時，電容C被充電，當Vc上升到2Vcc/3時，使Vo為低電平，同時放電三極管T導通，此時電容C通過R11和T放電，Vc下降。當Vc下降到Vcc/3時，Vo翻轉為高電平。電容C放電所需時間為Tpl=R11C20.7R11C當放電結束時，T截止，Vcc將通過R10、R11向電容C充電，Vc由Vcc/3上升到2Vccc/3所需時間為Tph=(R10+R11)C20.7(R10+R11)C 當Vc上升到2Vcc/3時，電路又翻轉為帶電平。由于555定時器內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振

18、蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。 圖3.2 NE555構成的多諧振蕩電路 電路參數：R10=5.1K R2=5.1K C8=0.01uF C9=0.01uF 充電時間：T1=0.7（R10+R11）C 放電時間：T2=0.7R11C3.5 功率放大電路 功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。要求放大電路有足夠大的輸出功率。這樣的放大電路統稱為功率放大電路。功率放大電路的主要特點是：（1）電路的輸出功率大；（2）希望電路損耗小，所以要求電路的效率高；（3）因為功率放大電路的工作信號都比較大，很容易產生信號失真，所以要求電路的非線性失真小；功率放大電路的特殊問題：放大電路的作用是

19、將放大后的信號輸出，并驅動執行機構完成特定的工作，執行機構通常稱為電路的負載。不同的負載有不同的功率，放大器要驅動負載必須輸出相應的功率。能夠向負載提供足夠輸出功率的電路稱為功率放大器，簡稱功放。電壓放大器的任務是放大輸入電壓，而功率放大電路是放大輸入功率。功放電路在工作過程中，不僅追求輸出高電壓，而且要追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。因此，功率放大電路中包含一系列在電壓放大電路中所沒出現過的特殊問題，這些問題是：（1）盡量大的輸出功率為了實現盡量大的輸出功率，要求功放管的電壓和電流都要有足夠大的輸出幅度，因此極管往往工作在極限的狀態下。（2）允許適當的非線性失真工作在大信號極

20、限狀態下的三極管，不可避免的會產生非線性失真，而且同一個三極管，輸出公率愈大，非線性失真愈嚴重，功放管的非線性失真和輸出功率是一對矛盾。在不同的應用場合處理這對矛盾的方法不同。（3）功放管的散熱在功率放大器中，因功放管的集電極電流較大，所以，所以功放管的集電極將消耗大量的功率，使功放管的集電極溫度升高。為了保護功放管不會因溫度太高而損壞，必須采取適當的措施對功放管進行散熱。 圖3.3 音頻功率放大電路 參數如下：C10=0.05uF C11=250uF R12=10K Rl=8 P=0.125W LM386芯片 Vcc=2.4V 輸入波形的幅值是4.024 計算公式：Pom=Vcc ²

21、;/32 ½Rl Pom=0.125W Rl=8 Vcc=2.4V Vim=Vcc/8 ½Av Vcc=2.4V Vim=4.024振蕩電路產生的微弱信號經LM386芯片構成的集成功率放大電路放大20倍驅動P=0.125W、Rl=8的揚聲器發出報警聲，通過RW調節揚聲器的音量。4 軟件的設計本次調試主要使用protues仿真。Protues軟件介紹Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點是：1.實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合

22、。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等2.支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、ARM7系列以及各種外圍芯片。3.提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境，如Kei

23、l C51。4.具有強大的原理圖繪制功能。5.PCB設計以及自動布線。革命性的特點 1.互動的電路仿真 用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 2.仿真處理器及其外圍電路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發環境。Protus仿真1、打開Proteus的集成環境，點擊文件，新建設計，根據元件明細表中的元件，點擊P，進入工作界

24、面。2、在keywords中輸入所找的元件名單，然后點擊右下角的OK，元件被添加了。3、依次放好元件，使元件擺放美觀。4、連接電路，在需要連接的元件接線處，點擊左鍵，移動鼠標，可看到導線的出現，再在導線的另一端在另一個元件的端點處點擊，從而連接了電路。protues仿真圖見附9.2實驗調節：在Proteus環境版面中點擊左下角，如圖所示 點擊，系統開始運行，如有出錯，則系統將報錯，點擊報錯處，查找出錯原因，予以改正，當蜂鳴器響時，此調試已經成功。1. 單穩態電路仿真點擊后，再點擊電路中左下角開關（輸入低電平），單穩態觸發器仿真測試圖如下圖：圖5.1 單穩態觸發器仿真測試圖可見示波器黃色波形為輸

25、入的低電平，綠色波形為u1的輸出。2. 多諧振蕩器仿真經過仿真可知u2輸出為方波，如圖5.2： 圖5.2多諧振蕩器仿真測試圖5 安裝調試原理了解后，進行安裝之前，首先要運用所學知識用萬用表對發下來的元器件進行校對檢驗，確保電路的元器件都是好的，再對焊接板進行元器件整體布局，以達到線路整潔，布局美觀。接下來就要進行焊接，整個焊接的過程是需要耐心的，尤其是在高溫下使用電烙鐵需格外小心，避免燙傷灼傷。盡量減少兩條線路的共同焊接處，防止焊接不當造成不必要的短路與斷路，最后將接地與接輸入正極的電線引出，便于后期的調試與檢查。第一次調試時，接入電源，蜂鳴器作響，檢查電路后發現自己不經意間將第二個555的4

26、腳與電源正極相接；還有第一個555的2腳與6，7腳相接了，致使電路出現故障。重新焊接后再次對電路進行檢查，有無虛焊漏焊的地方，用萬用表檢查了各器件的好壞，并且講各器件的引腳剪掉，避免較長相互接觸，造成不必要的短接。 最后電路接通后，用手擋住紅外線時，蜂鳴器作響時間大約為36秒，36秒后蜂鳴器不響，再次擋住紅外線時，蜂鳴器再次發出響聲，電路調試成功。6 系統功能指標參數系統的功能：運用紅外線的發射電路、接收電路、單穩態電路、多諧振蕩電路、音頻功率放大電路組成一個具有報警功能的紅外線報警電路。其用途非常廣泛，它可直接安裝在房門、保險柜和防盜物上進行探盜報警，也可安裝在樓道等小偷必經之路進行探盜報警。安裝時注意位置（高度、隱蔽性等）選擇，并且紅外線收、發頭應正對探測區域來人或來物最靈敏，最可靠部位。該報警器有效探測距離可達到25m。  參數指標：本電路用到12個電阻，11個電容，3個NE555，C×2060A芯片1片、 LM386芯片1片、蜂鳴器1個。 其參數大小見表6-1