熱釋電傳感器報(bào)警器設(shè)計(jì)模電課設(shè)報(bào)告

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1、摘要 隨著近幾年我國電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多原先的高端電子產(chǎn)品也逐漸步入人們的生活?，F(xiàn)在低廉的價(jià)格熱釋電紅外傳感器得到了很大的普及。原本用于感應(yīng)門的熱釋電紅外傳感器也進(jìn)入了人們的生活安全保障中。 本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)計(jì)了熱釋電傳感器報(bào)警器。由于熱釋電傳感器專業(yè)芯片無法購得，故采用熱敏電阻替代。熱敏電阻感受到的溫度越高其電阻越小，光敏電阻感受到了光亮越少電阻越大。在設(shè)計(jì)的電路中通過分壓使熱敏電阻阻值小到一定程度，光敏電阻阻值大到一定程度時(shí)，都往CD4011與非門芯片輸入高電平，此時(shí)CD4011芯片輸出低電平觸發(fā)555定時(shí)器，使輸出一個(gè)高電平，點(diǎn)亮LED燈。 經(jīng)過分析，準(zhǔn)備，調(diào)試后，本次的電路設(shè)計(jì)

2、達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的要求。 關(guān)鍵字：熱敏、光敏、報(bào)警、555 目錄 第一章 系統(tǒng)組成及工作原理 1 1.1 熱釋電傳感器報(bào)警器設(shè)計(jì)要求： 1 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 1 1.2.1方案一： 1 1.2.2方案二 2 第二章 電路設(shè)計(jì) 3 2.1光敏電路 3 2.2熱敏電路 3 2.3與非門電路 4 2.4 NE555單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路 4 2.5 報(bào)警電路 5 第四章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試 8 第五章 結(jié)論 9 參考文獻(xiàn) 10 附錄一 元件清單 11 12

3、 第一章 系統(tǒng)組成及工作原理 1.1 熱釋電傳感器報(bào)警器設(shè)計(jì)要求 （1）可實(shí)現(xiàn)非法入侵報(bào)警； （2）使用光敏電阻控制，白天不報(bào)警，晚上自動(dòng)開始工作； （3）當(dāng)有人靠近時(shí)報(bào)警，熱釋電傳感器報(bào)警，沒有人靠近時(shí)不報(bào)警 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇 1.2.1方案一： 熱釋電傳感器傳感器報(bào)警電路主要由信號(hào)探測電路、開關(guān)電路、信號(hào)控制電路和報(bào)警電路等幾部分組成。其系統(tǒng)框圖如圖1.2.1所示。 信號(hào)探測電路 NE555集成電路 與非門電路 光控電路 報(bào)警電路 圖1.2.1 系統(tǒng)框圖 該方案使用熱釋電傳感器作熱控

4、，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，其可視為一1mV，1Hz的小電源，經(jīng)過二級(jí)放大及二極管得到一低電平觸發(fā)555電路使LED發(fā)光，但在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)在沒有專業(yè)芯片過濾放大的情況下，熱釋電傳感器受干擾嚴(yán)重，且無法達(dá)到放大效果，故棄置不用。 1.2.2方案二 光敏電路：此電路主要由一個(gè)定值電阻（2k）及光敏電阻組成，兩個(gè)電阻串聯(lián)接于5V直流穩(wěn)壓電源上（順序依次為VCC-定值電阻-A腳輸出電壓-光敏電阻-接地），在兩個(gè)電阻中間接與門芯片的輸入端A端。 熱敏電路：此電路主要由一個(gè)定值電阻（10k）及熱敏電阻組成，兩個(gè)電阻串聯(lián)接于5V直流穩(wěn)壓電源上（順序依次為VCC-熱敏電阻-B腳輸出電壓-定值電阻-接地）

5、，在兩個(gè)電阻之間接與門芯片的另一個(gè)輸入端B端。 與非門電路：此電路主要有一個(gè)與門芯片74LS08和一個(gè)非門芯片74LS04組成。 NE555集成電路：其主要由一個(gè)芯片及電容、電阻組成，電容與電阻并聯(lián)起到一個(gè)延時(shí)作用，延長LED燈亮的時(shí)間。 報(bào)警電路：主要組成部分為LED燈，三極管，以及電阻。從NE555中輸出的信號(hào)可經(jīng)三極管放大，而電阻的高阻值則保證LED燈正常工作。 NE555集成電路 與非門電路 光敏電路 報(bào)警電路 熱敏電路 圖1.2.2 整體方框圖 方案二是方案一的改版。使用熱敏電阻及實(shí)驗(yàn)電源代替熱釋電傳感器，并加入

6、了光控。本電路分為三個(gè)部分：熱敏電阻和光敏電阻的壓降電路（仿真時(shí)用R1電位器代替熱敏電阻、用R4電位器代替光敏電阻）、與非門控制電路和555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，不需要放大且易于調(diào)控，實(shí)用度高于一，故選擇此方案。 第二章 電路設(shè)計(jì) 2.1光敏電路 圖2.1 光敏電路 光敏電阻器又稱光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測 量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。 通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)

7、，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子— 空穴對，增強(qiáng)導(dǎo)電能力。 2.2熱敏電路 圖2.2 熱敏電路圖 是對溫度特別敏感的阻抗體根據(jù)溫度變化阻值也變大的半導(dǎo)體。 熱敏電阻是金屬氧化物的種類，在高溫下烤出來的高品質(zhì)陶瓷半導(dǎo)體，適用于常溫。 因?yàn)樾螤钚?，特性穩(wěn)定，高感應(yīng)部件，所以一般用于家電及產(chǎn)業(yè)機(jī)械溫度感應(yīng)器或溫度補(bǔ)償用部品。 其輸出電壓為 （式2-3） 所以，當(dāng)溫度升高，熱敏電阻的阻值降低時(shí)，其兩端電壓減小。 2.3 與非門電路 圖2.3 與非門電路 74LS08是2輸入四正[與門]集成電路芯片。當(dāng)且僅當(dāng)兩個(gè)輸入端

8、均輸入高電平時(shí)，輸出端才輸出高電平。 74LS04是6非門(反相器)集成電路芯片，他的工作電壓5V，內(nèi)部含有6個(gè)反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0。 2.4NE555單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路 圖2.4 555NE555單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路 NE555時(shí)基電路的報(bào)警電路的作用是通過555時(shí)基電路來確定設(shè)計(jì)所需的報(bào)警聲。具體原理及其部分參數(shù)的確定是當(dāng)前的信號(hào)經(jīng)過三極管進(jìn)入時(shí)基電路，作用于此電路，而這時(shí)報(bào)警電路就開始工作，從而達(dá)到報(bào)警的目的。 2.5 報(bào)警電路 當(dāng)NE555管腳通過控制輸出高低高平，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的放光和熄滅。電源采用5V電壓驅(qū)動(dòng)NE555集成電

9、路及報(bào)警電路。 第三章電路仿真 圖3.1 電路仿真圖 本電路分為三個(gè)部分組成：由熱敏電阻和光敏電阻組成的壓降電路，與非門控制電路（由74LS04和74LS08組成與非門）和555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。 由于在用multisim軟件仿真時(shí)，無法引入相關(guān)光學(xué)和熱學(xué)元件，所以仿真時(shí)用電位器R1代替熱敏電阻、用電位器R2代替光敏電阻。 當(dāng)光敏電阻及熱敏電阻阻值發(fā)生變化時(shí)，在仿真中改變相應(yīng)滑動(dòng)變阻器，可用仿真萬用表觀察到與非門輸入端變化。當(dāng)兩端電壓皆大于2.5V時(shí)，可在輸出端測出0電平，LED發(fā)光。

10、 圖3.2仿真成功時(shí)輸入端1的電壓 圖3.3仿真成功時(shí)輸入端2的電壓 圖3.4仿真成功時(shí)輸出端的電壓 第四章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試 1. 找到需要的原件，按照電路焊到板上后，接上5V實(shí)驗(yàn)室電源，人靠近，LED未亮，便認(rèn)為不夠靈敏，將手指放在透鏡上，LED依然未亮。 2. 斷開放大電路輸出端，直接加電壓，LED亮，隨調(diào)大放大倍數(shù)，LED依然未亮。 3. 多次調(diào)大放大倍數(shù)，感應(yīng)時(shí)LED依然未亮，上網(wǎng)查詢發(fā)現(xiàn)需要專業(yè)芯片，決定更換電路。 4. 找到需要的原件，按照電路焊到板上后，接上5V實(shí)驗(yàn)室電源，遮住光敏電阻，加熱熱敏電阻，LED未亮，遂測非門輸出端，發(fā)現(xiàn)為高電平，再測與

11、門輸入端，發(fā)現(xiàn)熱控部分電壓不足，于是減小熱控部分固定電阻，將20KΩ改為10KΩ，燈亮。 5. 去掉遮光布，使光敏電阻暴露于光下，燈未滅，再測與門輸入端，發(fā)現(xiàn)光控部分電壓不足，于是加大光控部分固定電阻，分別使用2,5,10,20KΩ，但效果不明顯，于是決定交換光敏電阻與固定電阻位置，情況得到改觀，但依然不明顯。 6. 警報(bào)燈亮燈時(shí)間不夠快。這個(gè)是555芯片本身性質(zhì)所帶來的結(jié)果。經(jīng)過多次調(diào)整了電容和電阻的數(shù)據(jù)，使其工作時(shí)間接近理想。 7. 至此實(shí)驗(yàn)結(jié)束，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。僅存在感光不靈敏的問題。 第五章 結(jié)論 5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 打開電源開關(guān)之后，L

12、ED僅在高溫，黑暗兩項(xiàng)條件都達(dá)成使發(fā)光，當(dāng)任意一項(xiàng)不再滿足后，小燈依然持續(xù)亮1~2秒后熄滅。 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 本次課設(shè)雖然最后成功了，人靠近LED燈就會(huì)發(fā)出警報(bào)，但是極度不靈敏了，要距離很近且時(shí)間很長才會(huì)觸發(fā)報(bào)警，這與熱敏電阻的特性及固定電阻大小有關(guān)，可將固定電阻換為電位計(jì)，這樣既可調(diào)整電路工作溫度。但因時(shí)間因素并未實(shí)現(xiàn)。 另一方面，在條件允許下，可將熱敏電阻電路換為熱釋電傳感器及菲捏爾透鏡組成的紅外感應(yīng)電路，發(fā)出信號(hào)經(jīng)過放大變?yōu)?.5V，這樣亦可觸發(fā)報(bào)警電路，且靈敏程度遠(yuǎn)高于該方案，這也是本次課設(shè)的原方案，苦于條件不足無法實(shí)現(xiàn)。 參考

13、文獻(xiàn) [1].王元慶．新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7 [2].王振紅.張常年.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.3 [3].劉篤仁.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003. [4].王遠(yuǎn).模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998 附錄一 元件清單 光敏電阻CDS 一個(gè) NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

14、 一個(gè) 74LS08N 一個(gè) 74L S04N 一個(gè) 555計(jì)時(shí)器 一個(gè) 10uf電容 一個(gè) 0.1uf電容

15、 一個(gè) 10千歐電阻 三個(gè) 100歐電阻 一個(gè) 2千歐電阻 一個(gè) 9014三極管 一個(gè)