1、模擬電子技術課程設計報告 題目名稱： 熱釋電傳感器報警電路 姓 名： 劉勝利 學 號： 150712163 班 級： 15電本六班 指導教師： 王愛樂 成 績： 山西工程技術學院信息工程與自動化系模擬電子技術基礎課程設計任務書學生姓名劉勝利專業電氣工程及其自動化指導教師姓名王愛樂類別學號150712163班級15電氣本職稱副教授山西工程技術學院1、 設計題目 熱釋電傳感器報警電路2、 設計任務：1.有人接近時，熱釋電傳感器報警電路發出報警，無人接近時不報警。2.白天不起作用，晚上自動工作。三、設計報告： 1、格式要求 頁面：A4，上下左右頁邊距2.0厘米。 題目：小二黑體加粗；大標題：三號黑體

2、加粗；小標題：小四黑體加粗；正文：五號宋體。 頁碼：底部居中。 2、報告內容：1. 封面 2. 內容提要3. 正文1) 原理概述；2) 電路設計；3） 元器件及參數選擇；4） 仿真結果分析 ;5） 電路仿真軟件介紹。6） 參考文獻四、進度安排第十五、十六周152017.5.29 6. 1日下達課程設計任務書： 明確課程設計的具體要求和應完成的設計任務，學生對課程設計所需各個步驟有個總體把握。搜集、整理和研究資料：針對題目本身涉及內容，通過書籍、文獻、網絡等手段查閱相關資料。在學習借鑒類似課題研究成果同時，提出自己的設計思路和方法。2017.6.2擬定設計方案：進行方案的論證及選擇。162017

3、.6.56.6日電路原理圖繪制、計算并初步確定電路參數。2017.6.76.8日用電路仿真軟件對所設計電路仿真測試。2017.6.9日課程設計報告的撰寫。并進行設計的答辯，給出課程設計成績簽 字 欄設計工作起止日期： 2017年5月29日至2017年6月9日教師審核指導教師（簽字）日期 年 月 日-摘要報警器作為防盜的一種手段一直廣受人們的歡迎。本次設計的報警電路為紅外傳感報警電路，達到在夜晚自動工作且有人靠近時自動報警，無人靠近時不報警的功能。根據實際操作所遇到的問題，也做了相應的修改。本次實驗模擬設計了熱釋電傳感器報警器。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

4、。在設計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，都往CD4011與非門芯片輸入高電平，此時CD4011芯片輸出低電平觸發555定時器，使輸出一個高電平，點亮LED燈。經過分析，準備，調試后，本次的電路設計達到了課程設計的要求。關鍵詞：報警器 紅外 信號處理 1-目 錄前 言1第一章 設計要求與內容21.1 熱釋電傳感器報警器設計要求：21.2 系統設計方案選擇21.2.1 方案一21.2.2 方案二31.2.3 方案三4第二章 系統組成及工作原理52.1 系統組成52.1.1 光敏電阻與熱敏電阻52.1.2 與非門電路52.1.3 LED報警電路62.2 工作原

5、理6第三章 元件選擇與參數計算73.1 相關原理及計算73.1.1 光敏電阻73.1.2 熱敏電阻83.1.3 CD4011與非門芯片10第四章 實驗、調試與分析124.1 焊萬用板124.2 系統調試124.2.1仿真調試124.2.2焊接問題134.2.3 電路調試13第五章 結論15參考文獻16附錄一17附錄二18附錄三19前 言防盜報警系統是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發生突發事件，就能通過聲光報警信號在安保控制中心準確顯示出事地點，便于迅速采取應急措施。本次設計一種利用接收人體紅外輻射進行工作的報警電路，能夠在夜晚自動工作。它具有結構小巧、工作可靠、性能穩定且價格底廉等優

6、勢，應用前景廣闊。這里所設計的被動式紅外報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關、遙測等領域。其特點有：1不需要用紅外線或電磁波等發射源。2靈敏度高、控制范圍大。3隱蔽性好，可流動安裝。第一章 設計要求與內容1.1 熱釋電傳感器報警器設計要求：1、 有人接近時，熱釋電傳感器報警電路發出報警，無人接近時不報警。2、 白天不起作用，晚上自動工作。1.2 系統設計方案選擇1.2.1 方案一 圖 1.1 方案一

7、電路圖檢測電路由檢測、放大、比較電路、驅動電路等組成。最終將信號轉化為發光二極管亮的光信號或蜂鳴器響的聲信號。雖然仿真沒有問題，但是在實際操作中，電路的靈敏度非常低，常常不能夠感知到人的靠近，所以也失去了作為報警電路的功能，所以在咨詢老師后，將電路圖做了改進。1.2.2 方案二本方案是經過搜尋資料之后得到的二電路，熱釋電傳感器信號經過2個運放濾波放大之后，通過與非門控制輸出低電平（仿真時用電位器代替了光敏電阻），觸發555芯片輸出高電平使蜂鳴器報警。本電路基本滿足了所需的要求，但是本次實驗是用熱敏電阻代替熱釋電傳感器， 信號量已不需再放大；蜂鳴器也未加載驅動，這些都需要改進。 圖 1.2 方案

8、二電路圖1.2.3 方案三 圖1.3 方案三電路圖通過咨詢老師，用熱敏電阻取代熱釋電傳感器，以達到設計目的。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（由于仿真限制，圖中以電阻相近的電位器代替）。在設計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，都往CD4011與非門芯片輸入高電平，此時CD4011芯片輸出低電平觸發555定時器，使輸出一個高電平，點亮LED燈。經老師改進將555單穩態電路去掉，直接接電阻與LED燈，不僅能達到效果，更節約了成本。通過討論，我們決定使用方案三。第二章 系統組成及工作原理2.1 系統組成 本電路由三個部分組成：

9、光敏電阻與熱敏電阻、與非門以及LED報警電路。2.1.1 光敏電阻與熱敏電阻圖2.1 光敏熱敏電阻電路光敏電阻的的阻值范圍比較大，探測到有光源的時候電阻值只有幾百歐，探測不到光源時阻值可達到45到65千歐。熱敏電阻在常溫狀態下阻值約為18千歐，溫度越高阻值越小。2.1.2 與非門電路 圖2.2 與非門電路與非門的作用是當它的兩個輸入管腳同時輸入高電平時，與非門芯片輸出一個低電平。2.1.3 LED報警電路LDE燈前接一限流電阻，最后點亮LED燈，達到報警效果。2.2 工作原理在現實操作中我們采用了CD4011與非門，與非門的輸入假定分別為A.B腳，A腳接入的是熱敏電阻與其相對應串聯的電阻間的電

10、壓（VCC-熱敏電阻-A腳輸出電壓-分壓電阻-接地），在正常溫度即室溫條件下（25C。），熱敏電阻的阻值為16.7千歐左右，當溫度升到足夠高時，熱敏電阻阻值可以降到幾十歐甚至更小，通過熱敏電阻阻值的改變，控制著A腳的輸入電壓。通過串聯一個20千歐的電阻，當熱敏電阻阻值變小時分壓也變小，從電路圖可知可以從中間輸出一個高電平到A腳；光敏電阻原理也相同，只是串聯的位置相反（VCC-分壓電阻-B腳輸出電壓-光敏電阻-接地）。B腳輸入的是光敏電阻兩端的電壓，白天光敏電子阻值小，輸入電壓小，但是到了晚上，光敏電阻阻值可以變到45-65千歐。通過串聯一個2千歐的電阻，當光敏電阻感受不到光源時電阻變大，以實現

11、此時輸入電壓達到高電平的要求。只有當溫度上升（熱敏電阻阻值減小）同時又是黑夜（光敏電阻阻值增大）的時候，與非門的兩個輸入端同時輸入了高電平，也就只有這個時候，與非門才會輸出一個低電平。最后通過限流電阻，點亮LED燈，達到報警效果。第三章 元件選擇與參數計算 3.1 相關原理及計算3.1.1 光敏電阻圖3.1 光敏電阻結構通常由光敏層、玻璃基片（或樹枝防潮膜）和電極等組成的。特性光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。作用與應用廣泛應用于各種自動控制電路（如自

12、動照明燈控制電路、自動報警電路等）、家用電器（如電視機中的亮度自動調節,照相機的自動曝光控制等）及各種測量儀器中。光敏電阻主要參數有：1. 亮電阻(k）：指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。2. 暗電阻(M)：指光敏電阻器在無光照射（黑暗環境）時的電阻值。3. 最高工作電壓(V)：指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓4. 亮電流：指光敏電阻器在規定的外加電壓下受到光照射時所通過的電流。5. 暗電流(mA)：指在無光照射時，光敏電阻器在規定的外加電壓下通過的電流。6. 時間常數（s）：指光敏電阻器從光照躍變開始到穩定亮電流的63時所需的時間。在實踐電路圖中，光敏電阻電路輸出的電壓為：3.1

13、.2 熱敏電阻圖3.2 熱敏電阻NTC熱敏電阻是指具有負溫度系數的熱敏電阻。是使用單一高純度材料、具有接近理論密度結構的高性能陶瓷。因此，在實現小型化的同時，還具有電阻值、溫度特性波動小、對各種溫度變化響應快的特點，可進行高靈敏度、高精度的檢測。NTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻,它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的減小。 NTC熱敏電阻是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝制造而成的. 這些金屬氧化物材料都具有半導體性質，因為在導電方式上完全類似鍺、硅等半導體材料.溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數目

14、增加，所以電阻值降低. NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O1000000歐姆，溫度系數-2%-6.5%。NTC熱敏電阻器可NTC熱敏電阻器廣泛用于測溫、控溫、溫度補償等方面。 NTC熱敏電阻根據其用途的不同分為: 功率型NTC熱敏電阻補償型NTC熱敏電阻和測溫型NTC熱敏電阻。零功率電阻值 RT（） :RT指在規定溫度 T 時，采用引起電阻值變化相對于總的測量誤差來說可以忽略不計的測量功率測得的電阻值。 電阻溫度特性熱敏電阻的電阻溫度特性可近似地用下式表示： R=R0 exp B(1/T-1/T0)電阻溫度系數所謂電阻溫度系數()，是指在任意溫度下溫度變化1C(K)時的零負載電阻變化率

15、。電阻溫度系數()與B值的關系，可將微分得到。所以，當輸出電壓為2.5v時，熱敏電阻阻值為2K左右，溫度為400攝氏度左右。3.1.3 CD4011與非門芯片圖3.3 CD4011引腳圖 圖3.4 CD4011原理圖 表一邏輯表達式：Y=A.B 真值表 A=Y.BXYQ動作 00?禁止 011設定 100重置 11不變 無 (1)當X=0、Y=0時，將使兩個NAND門之輸出均為1，違反觸發器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。(2)當X=0、Y=1時，由于X=1導致NAND-A的輸出為”1”，使得NAND-B的兩個輸入均為”1”，因此NAND-B的輸出為”0”，如真值表第二列。(3)當X=1、

16、Y=0時，由于Y=0導致NAND-B的輸出為”1”，使得NAND-1的兩個輸入均為”1，因此NAND-A的輸出為”0”，如真值表第三列。(4)當X=1、Y=1時，因為一個”1不影響NAND門的輸出，所以兩個NAND門的輸出均不改變狀態，如真值表第四列。管腳功能：1A ：數據輸入端 2A：數據輸入端 3A：數據輸入端 4A：數據輸入端1B ：數據輸入端 2B：數據輸入端3B：數據輸入端4B：數據輸入端1Y： 數據輸出端2Y：數據輸出端3Y：數據輸出端4Y：數據輸出端VDD：電源正VSS： 地VDD電壓范圍：0.5V to 18功耗：雙列普通封裝 700mW 小型封裝 500mW工作溫度范圍：CD

17、4011BM -55 - +125 CD4011BC -40 - +第四章 實驗、調試與分析4.1 焊萬用板步驟一：排線根據所設計的電路圖先在空白紙上排線，盡量避免過多的跳線和短路問題。使整個版面看上去干凈漂亮。步驟二：焊接左手拿焊絲，右手握烙鐵烙鐵頭靠在兩焊件的連接處，加熱整個焊件全體，時間大約為12秒鐘。焊錫絲從烙鐵對面接觸焊件，當焊絲熔化一定量后，立即向左上45方向移開焊絲，最后移開烙鐵。步驟三：檢查將所有的元器件按電路圖焊接好后，將萬用表打到蜂鳴檔，用兩端筆頭檢查電路是否有短路和斷路的情況，并及時予以修正4.2 系統調試4.2.1仿真調試1用方案一時，由于在用軟件仿真時，無法在引入相關

18、光學元件，如，熱釋電紅外傳感器，故用直流電源與交流電源串聯代替，再用按鍵開關模擬傳感器發出的信號。綜合考慮人的移動速度和菲涅爾透鏡的作用，交流輸入信號設置為1Hz,1mV.。2采用方案三時，由于光敏和熱敏電阻也無法引入，故用相應的電位器代替。通過改變電位器的值來模擬熱敏電阻和光敏電阻在受熱和受光照時阻值的變化以達到相同的效果。4.2.2焊接問題1. 由于個人焊接技術的問題，在潑錫時使兩條電路之出現了短接的情況。另外在有的地方加熱過久，使板上的銅片脫落，為之后的焊接帶來了少量的麻煩。再者，排線時任然有部分情況未考慮，使跳線的情況增加。2. 初期使用運放的時候沒有逐級排查錯誤，焊完了電路板才發現有

19、不通的地方，此時排查錯誤工作量增大，改正難度更大。4.2.3 電路調試 在實際操作過程中，由于方案二的電路過于復雜，且缺少相應的元器件，所以我們并沒有采用方案二來做實物。方案一：1剛開始時，我們焊了方案一的電路。接入電源后人靠近時，LED燈并沒有亮起來，便以為是感應信號太微弱了，用手靠近，還是沒有報警。2. 用萬用表測試第一級放大信號，由于信號很微弱，萬用表明顯精度不夠，遂用電子示波器測試信號輸出，測試結果大概在10mv左右，第二級信號并沒有放大，便對第二級進行了檢查改進，增大了放大倍數，但結果并沒有理想中的順利，報警LED燈成了常亮，便又減少了第二級的放大倍數，但感應時報警燈還是未亮。3進過

20、詢問后才知道，熱釋電傳感器需要特定的芯片進行調整，由于知識的限制，故沒有對電路圖再進行改變。4多次測試無果之后，我們決定換做方案三，采用熱敏電阻和光敏電阻的阻值變化引起差分放大電路的電壓變化，從而獲取一個瞬時信號，觸發報警電路。方案三：1將電路接入電源，電阻遮光加熱后，用萬用表測量與非門輸入與輸出的電壓值，以及LDE兩端的電壓值，發現與計算值相近。2.方案三的電路正常工作時，拿手靠近電路時，燈亮報警電路工作。手離開后，燈滅，報警電路不工作。將黑膠布拿走后，無論手靠近或離開，燈不亮，報警電路不工作。3. 雖然電路基本達到設計要求，但多次試驗后發現，電路本身靈敏度不高，偶爾會有失效的情況，但由于時間限制，也沒有再做改進。4老師在檢查后提出，去掉555芯片，在二極管前接一個限流電阻同樣可以達到相同的效果，且更節約成本