多功能防盗报警器的设计与实现说明书--学位论文

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1、xx技术师范学院毕业设计说明书（论文）多功能防盗报警器的设计与实现序 言随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋于复杂，因此作为社会的基本单元安全防范问题就显得更为重要。信息技术的普及和发展，红外线技术得到了迅猛的发展。红外线控制技术已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面,在家用电器控制、安全防范等各个方面都得到了广泛的应用。红外线具有隐蔽性，在要防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装

2、置中得到了广泛的应用。本毕业设计所做的是多功能防盗报警器的设计与实现，主要包括红外报警、触摸报警、光控报警及倾斜报警。其工作原理是：红外报警电路是由红外发射电路发出40KHz的方波，通过红外接收管把信号送到放大整形、锁相电路，再经延时送到报警执行电路；触摸报警电路仅由三极管和电阻组成；光控与倾斜报警电路是结合在一起的，当有光照射到光敏电阻的时候，电阻值迅速减小，使电路输出一个高电平送到后面延时、执行电路，实现报警功能；倾斜报警部分只是把水银开关串接在光控报警的接地线上，只要水银开关断开，光控电路断路，不能再输出低电平，对后面电路就相当于输出了一个高电平，使电路执行报警。传统的机械式家居防卫在实

3、际使用中暴露出一些明显的隐患，成本高,制作难、耗电量大,现在的电子式防盗报警器解决了这些问题,所以很受各个家庭的欢迎。第1章 概述1. 1多功能防盗报警器的实物图本次设计的所做的多功能防盗报警器实物如图1-1。图1-1 多功能防盗报警器实物图1.2电路原理当有人通过红外区的时候，遮挡了红外信号，使得红外接收头收不到信号，经放大整形与锁相环电路输出一个低电平，送到延时与执行电路，就能实现执行报警功能；当有人触摸到防盗的物品时候，电路也能执行报警；当电路中的光敏电阻受到光照时，电阻阻值会迅速下降，电路就能执行报警；如果电路倾斜时，水银开关断开，电路也会执行报警。根据设计要求，本系统可由以下5个模块

4、组成：（1）红外报警电路；（2）触摸报警电路；（3）光控及倾斜报警电路；（4）报警延时电路；（5）报警执行电路，原理框图如图1-2所示。图1-2 多功能防盗报警电路总框图1.3电路的设计方案方案1：电路都是由分立元件构成，用555时基集成芯片组成红外发射电路，红外接收电路由COMS六反相器CD4069与锁相环集成块LM567组成，光控与延时电路也是由555时基芯片构成；方案2：电路的红外发射、接收与延时电路都由芯片89C52和外围元件构成，用软件控制红外的发射、接收与定时。 本次设计采用方案1，系统由纯硬件电路组成，工作稳定，电路简单，性价比高，而使用单片机开发成本会比较高。第2章 报警电路

5、2.1触摸报警电路触摸报警电路只是由简单的二个分立元件组成的1，如图2-1所示。图2-1 触摸报警电路当手碰到触摸点时给三极管的基极输入一个电压，其实只是一个杂波电压，使三极管进入饱和状态，在这一瞬间输出一个低电平，送到后面延时与执行电路达到报警功能。2.2光控及倾斜报警电路 2.2.1 555时基芯片的简介555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。555芯片的外部引脚如图2-2，外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。它是由上、下两个电压比较器、三个5k电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成

6、，内部电路如图2-3。当Vco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：(1) 当触发输入端TL输入电压低于1/3VCC而阈值输入端电压大于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

7、低电平。图2-2 555芯片外部引脚图2-3 555定时器的外引线排列图和内部原理框图从上面的结论，可列出表2-1。表2-1 555芯片功能表输入输出THTL/RDQ放电管状态00导通2/3VCC1/3VCC1保持不变保持不变2/3VCC1/3VCC10导通2/3VCC1/3VCC11截止选用555时基电路的原因：(1) 555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能兼容为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成电路的应用范围。(2) 该电路采用单电源。双极型555的电压范围为4.5V15V；而CMOS型的电源适应范围更宽，为2V18V。这样，它就可以和模

8、拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一个电源。(3) 555可独立构成一个定时电路，且精确度高。(4) 555的最大输出电流达200mA，带负载能力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载。2.2.2光敏电阻的相关知识光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很

9、高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。如图2-4所示就是一种常用的一种型号。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换9。图2-4 光敏电阻的外型图2.2.3电路原理(1)光控电路原理 光控电路主要由555时基集

10、成电路接成典型无稳态工作方式(电路原理图如图2-5所示) 11,光敏电阻RL与可变电阻器RP构成光控触发回路。当RL无光照射时，呈高电阻状态，RL与RP的分压点即555型时基集成电路的4脚电位较低，若小于0.4V，555时基集成电路被强行制复位，电路不振荡。若打开抽屉、文件柜等，室内为、光线照射到RL上时，RL受光激发，电阻值迅速下降，分压点电位升高，当大于0.4V时（少数时基电路为大于1V），强制复位被解除，电路立即产生振荡，将信号送到延时电路与报警执行电路，也可以在3脚接一个扬声器就能报警，此电路可以单独使用。图2-5 光控报警原理图(2)倾斜电路原理倾斜报警电路只是在原有的光控电路上加上

11、了一个水银开关，如图2-6所示，只要电路倾斜，就会使水银开关断掉，555芯片的1脚就与地断开，电路不能再输出低电平，3脚就没有输出，就相当于与后面延时电路断开，这样就使延时电路的输入端变为高电平，电路就能执行报警。图2-6 倾斜报警电路2.3红外报警电路 2.3.1红外的基本知识红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射。红外线是人眼看不见的光，是一种电磁波。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.761000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.753.0m之间；中红外线，波长为3.06.0m之间；远红外线，波长为6.0l00

12、0m 之间。实际上，目前在工业或民用的红外线的光谱都集中在0.761.60m的近红外2。1、基本驱动方式红外发光二极管是一种电流驱动器件。使用红外发光二极管获得近红外线是相当简便的。红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外线。基本的驱动方式有恒定直流电流驱动、脉动直流电流驱动等。(1) 恒定支流电流驱动方式驱动电路及驱动原理如图2-7（a）、（b）所示。（a） （b）图2-7 红外发光二极管的恒定直流电流驱动在图2-7（a）中，U为驱动电压，R为限流电阻，驱动电流IF=（U-UF）/R，式中UF是红外发光二极管的正向压降。由于

13、是直流电流驱动，其驱动电流也就是正向平均工作电流。因此，实际工作电流不要超过器件参数给定的正向工作电流数值。由于是恒定直流电流驱动，红外发光二极管发出的也是光强恒定的红外光，如图2-7（b）所示。这种驱动方式常用于简单红外控制电路。（2） 脉冲直流电流驱动方式驱动电路及驱动原理如图2-8（a）、（b）所示。（a） （b）图2-8 红外发光二极管的脉冲直流电流驱动在图2-8（a）中，驱动电压U为脉冲电压，所以发光二极管的驱动电流也为脉冲电流。红外光的有效传送距离正比于驱动峰值功率，而峰值功率又与所加驱动峰值电流成正比，所以，为了提高红外光的传输距离，应加大驱动峰值电流。红外发光二极管参数中给出的

14、工作电流是指平均工作电流。当用脉冲电流驱动时，其驱动电流的平均值只要不超过参数给出的工作电流即可。因此，可在保持脉冲电流周期T0不变的情况下，减小脉冲电流的上平顶宽度Td来减小平均工作电流，而采用减小限流电阻R的方法，提高峰值电流。这样，就可以在保持平均工作电流不变的情况下，提高峰值工作电流。红外发光二极管直流平均工作电流IF与峰值工作电流Ip之间有下列关系式： （式21）式中，T0/Td为脉冲电流的空度比。可见，空度比较大，允许的峰值电流也越大。例如：红外遥控中常用的小功率红外发光二极管的参数中，IF=100mA，若驱动脉冲电流的空度比T0/Td=25，则峰值电流Ip=100=200mA，达

15、IF的50倍。图2-8（b）用图示法画出脉冲电流驱动的原理，可见，在脉冲驱动电流的驱动下，红外发光二极管发出是同频率的脉冲红外光。2、红外接收系统为了提高红外线的发射效率,常采用脉冲方式发射,图2-9给出了单通道红外遥控开关电路的组成框图2。图2-9 红外接收系统框图2.3.2红外发射电路1、红外发射管简介常用的红外发光二极管（如SE303PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m ），为不可见光。管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。红外发光二极管一般是配对使用的，如与红外发射管SE303配对的红外接收管是PH302。发射管的导通电流为30mA 50mA，发射功率为1mW 2.5 mW。接收管的导通电流为5mA 1O