红外线感应电子门铃

红外线感应电子门铃 1 上传声明:1.本文档为个人课程设计所整理，借鉴的朋友请尽可能阅读全文，因为我未必全对(要知道百度文库里的其他几篇类似文档，错误很多很多，我也是从那几篇那里修改过来的，不敢保证全改对了。对了，我真的改了很多，有一大半吧)。再次重复，请通看全文，很可能我做的东西部是你的题目要求的东西。2.原理图可用，PCB图没问题，实物做出来了，效果是:红外发射管正前方X米范围内有障碍物能反射红外光的话，蜂鸣器响。X可由调节电位器改变，在0.1米到2米之间都能实现。3.最最重要的一点，文档里的原理图上，有一个电阻是我调板子的时候，临时换的，是的，只有一个电阻可能不正确，那个电阻具体阻值忘了多少了，更遗憾的是，具体是哪个电阻我也忘了。应该是R15/R16/R17中的一个，阻值可以自己试，1K以上300K以下。(很可能是R16，实物交上去了，忘了是哪个了)。祝您成功～以下为正文: 摘 要 本设计的红外线感应电子门铃，可在来客距房门一定距离时发出提示信号，以告知主人“有客来访”。该门铃还可兼作报警器用，能监视特定区域内有无人或其他物体接近，并在有人或这其他物体接近时发出警报。该红外线感应电子门铃电路由红外线发射电路、红外线接收电路、译码鉴频电路、提示(警报)电路等组成。当人进入感应的区域内，即可发出报警声同时提示灯亮，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合的铃声和报警。 本设计部分概述了红外辐射的知识、反射式红外传感器的结构和工作原理。利用反射式红外传感器设计了一种主动式红外报警电路,了该电路的功能和工作原理。反射式红外传感器具有很多的优点,在人们生活、安全、警戒等装置中应用较广。 关键词:红外线 反射式 感应门铃 1 2 第一章 绪论 1.1课题来源和意义 红外线(Infrared rays)也是一种光线，由于它的波长比红色光还长，超出了人眼可以识别的范围，所以我们看不见它。红外线由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射。通常把波长为0.75,1000μm的光都称为红外线，并可以按照波长继续细分为三部分，即近红外线，波长为0.75,1.50μm之间;中红外线，波长为1.50,6.0μm之间;远红外线，波长为6.0,l000μm 之间。红外对射的特点是不影响周边环境、不干扰其它设备，红外线是一种光线，但又不同于普通可见光，它不会被察觉有了它不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面，过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的。使用红外线做信号载波的优点很多:成本低、传播范围和方向可以控制(不会穿过墙壁，对隔壁家的电视造成影响)、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各个技术领域中。 所谓感应式门铃是针对传统的按键门铃而讲的。传统的门铃都为按键门铃，正常使用寿命为一年(按20次/天)。而红外线感应式门铃，刚好可以取代人们按传统门铃的按钮的动作。直接由红外线感应触发门铃响起，节约了每年换按钮的成本，环保，美观。亦可作为警报作用。极大推到了人们的智能水平。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃不断被研究并生产流入市场。 本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体反射回来的红外线信号原理设计出来的红外线感应门铃。内容广泛，灵活应用。课题利用NE567、NE741芯片，以及红外线发射管、红外接收管等设计而成的典型电路。电路设计简单，能够应用到很多领域，有较高的实用价值，可以起到提醒的作用。 2 3 1.2 课题研究背景 该感应门铃能探测到从红外线发射管发出的红外线，当人进入反射区域内，红外线被人体反射回来，被红外线接收管收到后，经过电路处理，从而发出音频信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合的提醒门铃和报警功能。可以说这个设计是一个价格低廉，安全可靠的报警系统。 红外遥控电路功耗低，可靠性高，相互干扰小，已在现代生活中得到广泛的应用，例如红外线加热、红外线医疗器械、红外线通讯、红外线摄像、红外线遥控等，红外线遥控只是红外线众多应用中的一部分，目前在家用电器中广泛应用的彩电遥控器、录像机遥控器，VCD机遥控器、高保真音响遥控器等，都采用了红外线遥控，它使这些家用电器的控制变得十分简单、方便。 1.3 课题研究内容 课题通过对红外反射感应系统的设计和分析，用NE567通用音调译码器、红外线发射接收电路、NE741运放、三极管等器件设计电路。可以监测到一定范围内人体(包括其他物体)的运动，并发出音频信号。熟悉Altium Designer软件的应用，并且应用Altium Designer完成软件画出原理图至手工制作电路板的过程，制作完成实物并且调试、展示功能。掌握红外线发光二极管和红外线接收二极管的工作原理，理解芯片NE567和NE741芯片的工作方式。熟悉做板的方法和焊接的技术。正确调试出电路的实物功能。 1.4 设计在国内外研究现状 报警系统以维护社会公共安全为目的，运用安全防范产品和其它相关产品所构成的入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、停车场管理系统、防爆安全检查系统等，或由这些系统为子系统组合或集成的电子系统或网络。报警系统与人们的生活息息相关，随着经济的发展，人民生活水平的提高，报警系统更成为了构建社会治安防控体系、维护社会稳定的重要内容，并受到社会广泛的关注。在国内，报警安防产业正在快速发展，具体表现在:应用领域越来越广;需求点增多;普通家庭对安全产品需求的提高，应急体系、平安社会、平安城市、科技强警等政府项目促进了安防市场的升温。入侵报警系统是安全防范系统的重要组成部分，主要是利用传感器技术和电子信息技术 3 4 探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为、处理报警信息、发出报警信息的电子系统或网络。 随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。 第二章 系统设计 2.1系统 输出音频振荡信 号发射红外光 接收红外光 音频译码器器工 作 音频电路输出 扬声器工作 图2-1 本方案的基本原理框架图 4 5 (1) 输出振荡信号: 接通电源后，红外线发射管发射红外光，电路等待反射红外光;振荡源由译码器本身产生 (2) 接收红外光: 当红外光反射回来后，红外线接收管接收红外光; (3) 放大电路工作: NE741放大接收到的包括与发射信号同频的各种信号; (4) 音频译码器工作: NE567片开始工作，当检测到与中心频率相同的信号时，8脚动作，输出低电平; (5) 提示电路工作: 动作信号通发出后，直接可以吸收一定的电流，使指示灯亮、有源蜂鸣器发出提示音.2.2传感器概述 2.2.1 红外线传感器 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 2.2.2 红外线传感器的特点 红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外辐射是由于物体(固体、液体、和气体)内部分子的转动及振动而产生的。这类振动过程是物体受热而引起的，只是在绝对零度(,273.16?)时，一切物体的分子才会停止运动。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外传感器 利用红外辐射与物质相互作用所称呈现的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现的电学效应。 红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高， 5 6 响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗;利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报;采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。 2.2.3 主要特性 , 高灵敏度:400?C/750?F或 250?C / 480 ?F , 红外光谱: 1至 3 µm , 由自监测功能实现数字式控制 , 无需光学调整 , 使用维护方便 , 专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中 , 设有空气吹扫装置和水冷却系统 , 提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆 2.3 NE567芯片 2.3.1 NE567概述 NE567 是一种高稳定 性的锁相环音频泽码器集 成芯片，其内部由鉴相器、 电流控制震荡器、直流放大 器、低通滤波器等电路组 成，主要用于振荡、调制、 解调、和遥控编、译码电路。 NE567是567音频译码器 系列的低端产品，是飞利 6 7 浦公司推出的面向消费级的性价比很高的产品，NE567与常见的LM567、 CA567等芯片功能一致， 图2-2 LM567内部原理 可以互换。 NE567的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的 窄频带内的输入音调时，开关就接通。换句话说NE567可做精密的音调控制开关。 同时其8脚作为兼容逻辑低电平输出脚，能吸收多大达100mA的电流，足以使LED、 蜂鸣器等低电流器件工作。 NE567作为通用音调译码器，当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关， 电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用 外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。 2.3.2 芯片特点 , 可调宽从0%到14% , 对假信号抗干扰 , 高稳定的中心频率 , 电源电压5V--15V , 宽信号输出与噪声的高抑制 , 用外接电阻20比1频率范围 , 中心频率调节从0.01Hz到500KHz , 逻辑兼容输出具有吸收100mA电流吸收能力 2.3.3 电气特性 , 1脚输出滤波 , 2脚回路滤波 , 3脚数据输入端 , 4脚正电源 , 5脚接定时电阻 , 6脚接定时电容 , 7脚接地 , 8脚数据输出端 7 8 1输出滤波8输出 72相移检波回路滤波地 VCO36输入定时电容 相位检波45V定时电阻 图2-3 NE567管脚图 2.3.4 典型电路 图2-4 NE567典型应用电路 此典型电路利用了NE567接收到相同频率的红外信号后8脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。IC1是红外接收头，它接收发射器发出的红外信号，其中心频率与发射器载波频率f0相同，经IC1解调后，在输出端OUT输出频率为f1的方波信号。我们将NE567的中心频率调到与发射器中“与非”门1、2振荡频率相同，即使f2= f1。则当发射器发射信号时，NE567便开始工作，?脚由高电平变为低电平，利用这个变化的电平便可去控制各种对象。利用此电路，我们可以做成遥控开关，遥控家里的各种家用电器。本设计用作门铃触发信号。 8 9 2.4 NE741运算放大器 2.4.1 NE741概述 NE741(单运放)是高增益运算放大器，广泛应用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。该类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。NE741相比其他741系列运放如LM741完全相同，且相对廉价，很适合本次课程设计的要求。 2.4.2 NE741芯片引脚和工作说明 图2-5 NE741管脚图 芯片引脚和工作说明: 1脚和5脚为偏置(调零端) 2脚为正向输入端 3脚为反向输入端 4脚接地 6脚为输出 7脚接电源 8脚空脚 。 9 10 图2-6 NE567低功耗放大电路 NE741运算放大器有反相输入端(,)和同向输入端(+).如将同箱输入端接地，反向输入端加信号，则输出信号和输入信号反相，一般运算放大器的开环放大倍数非常高，加入负反馈可限制放大，使其稳定，频率特性得到改善。 2.4.3 NE741运算放大器放大倍数: 采用反相放大，其输入输出关系为: 其中，Uo为6脚输出，R1、R2为偏置电阻。 2.5 红外线对射管 红外对射管:红外对射管由红外发射管和红外接收管两部分组成。红外发射管在外加电压的情况下可以产生出红外线。红外线是一种光线，具有普通光的性质，但又不同于普通可见光，它不会被察觉。红外线具有可以光速直线传播、强度可调、可以通过光学透镜聚焦、可以被不透明物体遮挡等等诸多优点。红外接收管是与发射管配对的特制二极管，它可以接收到红外发射管发射出的红外线，并产生微小的光电流，可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。使用中，经常配对出现，当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面。 10 11 图2-7左右图分别为常见的红外发射管和接收管 红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指的是发光管和接收管彼此相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离;反射式指发光管与接受管并列一起，平时接收管始终无光照，只有在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。本次设计的是运用反射方式的红外对射管。 11 12 第三章 设计实现 3.1电路设计 3.1.1 电路原理图 图3-1红外感应电子门铃电路原理图 3.1.2 原理图模块分析 (1)红外发射模块: 12 13 图3-2 红外感应电子门铃发射模块 如图，主动式红外感应电子门铃的红外发射部分主要由发射电路和震荡源组成。NE567(图中以LM567代替，下同)的5脚和6脚为内部压控震荡器的外偏置脚，外偏置的电阻和电容决定了其内部压控振荡器震荡的中心频率。 我们直接以该振荡器作为振荡源，作为红外发射的信号源。从5脚引出发射的信号源，接到图中三极管的基极，用以控制D5发射红外信号的频率，最终发射中心频率稳定的红外信号。 发射的频率由5脚的频率决定的好处是能免去发射源电路，无需再增加震荡电路，同时由于发射红外信号的中心频率和译码器的中心频率相同，将大大提高信号译码的效率和准确性。同时，由于精简了电路，免去了发射源的振荡电路，接收译码时将不再需要专门调节译码中心频率。设计合理简单，经实践，电路功能正常，达到设计要求。 (2)红外接收放大模块: 13 14 图3-3 红外感应电子门铃接收发射模块 红外感应电子门铃的红外接收放大模块如图图3-3所示，该部分电路主要由NE741(图中以LM741代替，下同)和红外接收管组成。D6接收到红外信号，则R16左端产生微弱的同频信号，由于该同频信号过于微弱，需经放大后输送给译码电路。 NE741的2脚输入接收管接收到的微弱信号，经反相放大后，由6脚输出放大后的红外信号。由于红外一切非绝对零度的物体都自发发射红外线，故此时接收放大的信号含有包括与发射信号同频的无限多个频率的红外信号。 (3)译码及提示模块: 图3-4 红外感应电子门铃译码及提示模块电路图 14 15 译码及提示模块由音频译码器NE567及其外置电路、LED发光二极管、有源蜂 鸣器等组成。接收放大模块输出放大后的接收信号接入音频译码器NE567的3脚， NE567内部相位检波、移相检波及压控振荡器等工作，若输入信号含有其带宽带频 率成分时，则8脚输出低电平信号。其工作过程类似于一个频率开关电路，当接收 到一定频率范围内的信号时，8脚输出低电平信号，否则8脚置高电平。由于发射 部分信号的频率源和NE567内部振荡频率的中心频率相同，因此接收时NE567能 快速锁频，译码能快速完成。 由于8脚具有约100mA的电流吸收能力，该电流大于蜂鸣器及发光二极管工作 电流，因此本设计直接将提示灯即发光二极管和有源蜂鸣器负极接NE567的8脚， 蜂鸣器正极通过限流电阻接电源，构成如图所示的提示电路。当接收到与发射信号 同频的信号后，8脚输出低电平，此时LED亮，有源蜂鸣器发出提示音，提示主人 “有客来访”或者作为其他报警器用。 3.2 整体工作过程 发射部分发射向门前与 NE567振荡中心同频信号 无客来访时，不作任何动作; 当有客来访时，发射的红外 信号经由“客”反射置接收 部分 接收部分接收到反射的红外 信号，锁定与振荡中心频率 同频的信号，使NE567的8 脚输出低电平 8脚变低后，提示灯点亮， 同时蜂鸣器响，提示主人“有 客来访” 15 16 3.3 设计结果 本次设计实现的红外感应电子门铃，在红外发射管前方一定距离内有人时，能正确发出提示信号。检测距离及动作反应情况如下: 白天测试结果 L 10 20 30 40 50 60 70 80 90 结果 正常提正常提正常提正常提正常提正常提不能正不能正不能正 示 示 示 示 示 示 常提示 常提示 常提示 注:L为门铃前方即红外发射管正前方距离，单位CM，下同 夜晚测试结果 L 10 20 30 40 50 60 70 80 90 结果 正常提正常提正常提正常提正常提正常提正常提正常提不能正 示 示 示 示 示 示 示 示 常提示 经测试，该设计白天及夜晚均可正常工作，单正常提示距离有差别。白天正常提示距离比夜晚要短。分析原因可能是白天环境的红外信号成分更复杂，强大更大，译码相对夜晚困难。 由于供电电路使用的是10V左右电压，相对较高，因此在“无客来访”时蜂鸣器可能会有轻微的响音，产生错误提示。可以增加限流电阻的阻值加以限制该错误提示发生的情况。 16 17 与致谢 本次设计一开始时觉得很新鲜，所以我很积极，课题下来一段时间后，我完成了第一版本，被动式门铃设计，结果很不理想，所以我选择放弃这一个版本方案，接下来就准备做主动式红外线感应门铃的设计。还有，就是之前觉得吧，课程设计只是对大学所学知识的单纯总结，只要有点专业基础就会很简单，但现在才发现课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高，同时学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，而自己需要学习的东西还有很多。 在课程设计过程中，我也上网查阅了许多资料，掌握了科技文献的检索方法，大大提高了自己获得新知识，新信息的能力。我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。反过来，分析调试过中的得失，能加深对理论的理解。我也将许多遗忘的知识又给温习了。通过这次设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 本课题在选题及研究过程中得到陈老师悉心指导和同学的热心帮助。陈老师为我指点迷津，帮助我开拓思路使我可以顺利完成设计。同时也得到了同班同学一定的器件支持，再次一并致谢～ 17 18 附件一: 红外感应电子门铃原理图及PCB图: 18 19 附件二: 元器件清单 器件编号 器件类型 数量 器件编号 器件类型 型号 数量 R17 4.7K 1 T2 NE741 1 电阻 NE741运 算放大器 R12 500 1 T3 NE567 1 电位器 音频译码 器 T1 S9014 1 BE1 1 三极管 有源蜂鸣通用 器 D5 1 D4 1 红外发射通用 发光二极通用 管 管 D6 1 R18 10K 1 红外接收通用 电位器 管 19 20 C5 10uF 1 C12 104 2 电容 电容 R14 100K 1 C10 1uF 1 电阻 电容 R16 100 R11 1K 1 电阻 电阻 C9 104 1 R19 10K 1 电容 电阻 20