紅外線報警器的設計與制作(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 電。由于充電回路等效電阻很小，所以充電很快，電容 C迅速被充到交流電壓的最大值 Huma。此時二極管的電壓始終小于或等 于 0，故二極管均截止，電容不可能放電，故輸出電壓恒為 Huma。 綜上所述，交流電通過整流、濾波可以變成直流電，這就是一般穩壓電源的基本原理。 穩壓電路 LM317 是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路。 LM317的輸入最同電壓為30多伏，輸出電壓 。 LM317有三個引腳，一個輸入一個輸出一個電壓調節。輸入引腳輸入正電壓 ,輸出引腳接負載 , 電壓調節引腳一個引腳接電阻 (200左右 )在輸出引腳 ,另一個接可調電阻 (幾 K)接于地。 輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。 圖 35 穩壓電路圖 典型線性調整率 %，典型負載調整率 %。 80dB 紋波抑制比，輸出短路保護，過流、過熱保護，調整管安全工作區保護，標準三端晶體管封裝。穩壓電路的原理圖如圖 35所示。當外部電容應用于任何集成電路穩壓時，有時必須加保護二極管以防止電容在低電流點向穩壓器放電， LM317的引腳如圖 36所示。 電氣信息工程 學院 畢業設計 第 8 頁 圖 36 LM317引腳 如圖 36所示 1腳為調節腳、 2腳為輸出腳、 3腳為輸入腳，其中 2腳與散熱片的表面是連接的。 電源指示電路是由一個發光二極管構 成，利用發光二極管的發光作用，指示電路的工作情況，當發光時說明電路正常工作，不發光時說明電路不工作，如果電路電流過大會把發光二極管燒毀這是就可以檢查電源電路是否用開路或者短路的情況。電源指示電路如圖 35所示。 放大電路的設計 反相交流放大器 此放大器可代替晶體管進行交流放大 ,可用于擴音機前置放大等 ,電路無需調試。 圖 37 反相交流放大器 放大器采用單電源供電 ,由 R R2組成 21 U+偏置 ,C1是消振電容。如圖 37所示：放大器電壓放大倍數 Av 僅由外接電阻 I、 Rf 決定 : RiRfAv ?? 。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數值 ,Av=10。此電路輸入電阻為 I。一般情況下先取 I 與信號源內阻相等 ,然后根據要求的放大倍數在選定 Rf。 Co和 Ci為耦合電容。 電氣信息工程 學院 畢業設計 第 9 頁 同相交流放大器 同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的 R R2組成21U+分壓電路 ,通過 R3對運放進行偏置。電路的 電壓放大倍數 Av也僅由外接電阻決定 :41 RRfAv ??,電路輸入電阻為R R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆，如圖 38示。 圖 38 同相交流放大器 3. 3 比較器電路設計 單限比較器只能檢測一個電平，若要檢測 Ai 是否處于 U1 和 U2 兩個電平之間，則需采用雙限電壓比較器（又稱窗口比較器）。雙限電壓比較器常用于工業系統控制中，當被監測的對象（如溫度、液位）超出要求時的范圍時，便可以發出指示信號。 當去掉運放的反饋電阻時 ,或者說反饋電阻趨于無窮大 時 (即開環狀態 ),理論上認為運放的開環放大倍數也為無窮大 (實際上是很大 ,如 LM324 運放開環放大倍數為 100dB，既 10萬倍 )。此時運放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（ V+），就是低電平（ V或接地）。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，運放輸出低電平。當 AiU2U1 時， A2 輸出+Co(sat),A1輸出為 Co(sat)，故二極管 VD2導通， VD1截止， Co則近似等于 + Co(sat)；當 AiU1U2時， A2輸出為 Co(sat)， A1輸出為 + Co(sat)，二極管 VD2截止， VD1導通，Co也近似等于 + Co(sat)；只有當 U1AiU2時， A1和 A2的輸出均為 Co(sat)，二極管 VD1,VD2都截止， Co為 0。其電壓傳輸特性如圖 310示。 如圖 39使用兩個運放組成一個電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ組成分壓電路，為 運放 A1設定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ組成分壓電路，為運放 A2設定比較電平 U2。輸入電壓 U1同時加到 A1的正輸入端和 A2的負輸入端之間，當 Ai U1時，運放 A1輸出高電平；電氣信息工程 學院 畢業設計 第 10 頁 當 Ai U2時，運放 A2輸出高電平。運放 A A2只要有一個輸出高電平， 晶體管 BG1就會導通，發光二極管 LED就會點亮。 圖 39 雙限電壓比較器 雙限電壓比較器的電壓傳輸特性如圖 310示。 圖 310 雙限電壓比較器的電壓傳輸特性 若選擇 U1U2，則當輸入電壓 Ai越出 [U2， U1]區間范圍時， LED點亮，這便是一個電壓雙限指示器。若選擇 U2 U1，則當輸入電壓在 [U2， U1]區間范圍時， LED 點亮，這是一個“窗口”電壓指示器。 此電路與各類傳感器配合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。 通過以上對電路的分析與設計，最終完成了 5V電源 的設計，也了解了 LM317芯片的功能與作用和橋式整流二極管的工作原理與整流過程。通過對 LM324 集成運算放大器性能和特點的分析，從各個方面了解了 LM324 集成運算放大器以及 LM324 構成的同相放器、反相放大器和電壓雙限比較器的原理并且以此運用在整機電路的設計中以發揮出良好的效果。 電氣信息工程 學院 畢業設計 第 11 頁 第四章 整機電路及工作原理 通過對電路的分析設計完成了整機電路的總體設計原理圖如附錄 1 所示其中包括電源部分和報警電路部分，電源部分主要是通過對交流電的變壓、整流、濾波、穩壓輸出一個 +5V的直流電壓為后面的報警電路的正常工作提供電壓；報警電 路主要是由熱釋電紅外傳感器、LM324集成運算放大器、發光二極管、電阻電容構成。傳感器主要的工作就是把采集到的人體紅外線轉換成電壓信號，由于此時的電壓比較微弱所以要經過 LM324的放大后的電壓輸入到電壓比較器進行比較來控制相應的發光二極管指示燈工作。下面是報警電路的工作流程與及電路的參數計算過程 : 在電路中采用 KP506B型熱釋電人體紅外線傳感器，當人體進入該傳感器的監視范圍時，傳感器就會產生一個交流電壓（幅度約為 1mV），該電壓的頻率與人體的移動速度有關。在正常行走速度下，其頻率約為 6Hz。電路中， R C C5 構成退耦電路， R1 為傳感器的負債， C2為濾波電容，以濾掉高頻干擾信號。傳感器的輸出信號加到運算放大器 A1的同相端，A1構成同相輸入式放大電路，其放大倍數取決于 R4和 R2，其大小為 : Auf1 = 1121820211241 ???? RR A1放大后的信號經電容 C6耦合至放大器 A2反相輸入端， A2構成反相輸入式放大電路。電阻 R R7將 A2同相端偏置于電源電壓的一半 ,A2的增益取決于 R R5，其大小為 Auf2 = 42472 0 0058 ????? RR 因此，傳感器信號經兩級運放總共放大了 Auf1 Auf2 =112 錯誤 !未指定書簽。 （ 42）=4704倍，當傳感器產生一個幅度為 1mV 交流信號時， A2 的理論輸出值為 。 A3 和A4構成雙限電壓比較器， A3的參考電位為 : U3 = 224747 4722 ?? ? 5 =3V A4的參考電位為 : U4 = 224747 4722 ?? ? 5 錯誤 !未指定書簽。 =2V 在傳感器無信號 輸出時， A1靜態輸出電壓為 ～ 1V 之間； A2 在靜態時，由于同相端電位為 ，其直流輸出電平為 。由于 UBUA,故 A3輸出低電平， A4輸出低電平。因此，在靜態時， LED1和 LED2均不發光。 當人體進入監視范圍時，雙限比較器的輸入發生變化，當人體進入時 U33V,因此 A3