......編號：<傳感器應用技術>實訓論文說明書題目：紅外感應門鈴設計院〔系：信息與通信學院專業：電子信息工程學生__學號：指導李秀東、胡機秀、童有為、王守華2012......摘要本設計的紅外線感應電子門鈴,可在來客距房門一定距離時發出音頻信號,以告知主人"有客來訪"。該門鈴還可兼作報警器用。電路能探測人體發出的紅外線,該紅外線感應電子門鈴電路由紅外線發射電路、紅外線接收電路、低頻振蕩器、音頻振蕩器和音頻輸出電路等組成。當人進入感應的區域內,即可發出鈴聲或者報警聲,適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合的鈴聲和報警。概述了紅外輻射的知識、反射式紅外傳感器的結構和工作原理。利用反射式紅外傳感器設計了一種被動式紅外報警電路,分析了該電路的功能和工作原理。反射式紅外傳感器具有很多的優點,在人們生活、安全、警戒等裝置中應用較廣。關鍵字：紅外線反射式感應門鈴AbstractThedesignoftheinfraredsensorelectronicdoorbellcanbeacertaindistancevisitorsfromthedooranaudiblesignaltoinformthemasterwhenguestsarecoming.ThedoorbellcanalsodoubleasalarmUsed.Thecircuitcandetecttheinfraredissuedbythebody,theinfraredsensorelectronicdoorbellcircuitbytheinfraredtransmittercircuit,infraredreceivercircuit,low-frequencyoscillator,audiooscillator,andtheaudiooutputcircuitcomposition.Whenpeopleintotheinductionarea,youcansendtheringtoneoralarmsoundforringtonesandalarmsinhomes,offices,warehouses,laboratoriesandotherimportantoccasions.Anoverviewofthestructureandworkingprincipleoftheinfraredradiationofknowledge,reflectiveinfraredsensor.Usereflectiveinfraredsensordesignedapassiveinfraredalarmcircuit,thecircuitfunctionsandworkingprinciple.Reflectiveinfraredsensorhasmanyadvantages,widelyusedinpeople'slives,safety,andwarningdevices.Keyword:Infraredreflectivesensordoorbell..目錄1緒論11.1課題來源的意義11.2課題研究背景11.3課題研究內容22系統設計22.1系統方案22.2傳感器概述32.2.1紅外線傳感器32.2.2紅外線傳感器的特點32.2.3主要特性42.3LM567芯片42.3.1LM567概述42.3.2芯片特點42.3.3電氣特性52.3.4典型電路52.4紅外線對射管63電路設計73.1電路的原理圖73.2電路的組成部分73.3電路的工作原理74電路原理圖、PCB板圖的設計94.1使用相關軟件的介紹94.2如何繪制原理圖94.3PCB板的生成94.4Protel使用常見問題114.5做板114.5.1焊接124.5.2組裝124.6調試、結果135總結14參考文獻15謝辭16附錄一17..1緒論1.1課題來源的意義紅外線<Infraredrays>也是一種光線,由于它的波長比紅色光還長,超出了人眼可以識別的范圍,所以我們看不見它。紅外線由德國科學家霍胥爾于1800年發現,又稱為紅外熱輻射。通常把波長為0.75～1000μm的光都稱為紅外線,并可以按照波長繼續細分為三部分,即近紅外線,波長為0.75～1.50μm之間；中紅外線,波長為1.50～6.0μm之間；遠紅外線,波長為6.0～l000μm之間。紅外對射的特點是不影響周邊環境、不干擾其它設備,紅外線是一種光線,但又不同于普通可見光,它不會被察覺有了它不僅大大提高了勞動生產率,降低了成本,而且減輕了人們的勞動強度,改善了勞動條件。可以使用一對紅外線發射與接收的裝置,構成紅外線的對射系統,稱為主動式紅外線應用系統。當紅外線收、發裝置之間的隱形光路被阻擋時,接收裝置可以立即察覺到,發出警示信號。利用這種對射系統,可以很方便地構建各種隱蔽的防盜警戒布控,還可以用于各種設備的安全防護或者自動控制方面,過探測特定空間中,一定波長范圍內紅外光線的位置移動,識別空間范圍內是否有移動人體存在,達到安全警戒或者自動控制的目的。使用紅外線做信號載波的優點很多：成本低、傳播范圍和方向可以控制〔不會穿過墻壁,對隔壁家的電視造成影響、不產生電磁輻射干擾,也不受干擾等等。因此被廣泛地應用在各個技術領域中。所謂感應式門鈴是針對傳統的按鍵門鈴而講的。傳統的門鈴都為按鍵門鈴,正常使用壽命為一年〔按20次/天。而紅外線感應式門鈴,剛好可以取代人們按傳統門鈴的按鈕的動作。直接由紅外線感應觸發門鈴響起,節約了每年換按鈕的成本,環保,美觀。亦可作為警報作用。極大推到了人們的智能水平。隨著微電子技術、無線技術和網絡技術的飛速發展以及人們生活水平的大幅度提高,更廉價、功能更多、性能更好的無線遙控音樂門鈴不斷被研究并生產流入市場。本設計是在指導老師給定課題的基礎上經過分析利用紅外線傳感器探測人體反射回來的紅外線信號原理設計出來的紅外線感應門鈴。內容廣泛,靈活應用。課題利用LM567、LM741芯片,以及紅外線傳感器原理設計而成的典型電路。電路設計簡單,能夠應用到很多領域,有較高的實用價值,可以起到提醒的作用。1.2課題研究背景該感應門鈴能探測到從紅外線發射管發出的紅外線,當人進入對射區域內,紅外線被人體反射回來,被紅外線接收管收不到后,經過電路處理,從而發出音頻信號,適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合的提醒門鈴和報警功能。可以說這個設計是一個價格低廉,安全可靠的報警系統。紅外遙控電路功耗低,可靠性高,相互干擾小,已在現代生活中得到廣泛的應用,例如紅外線加熱、紅外線醫療器械、紅外線通訊、紅外線攝像、紅外線遙控等,紅外線遙控只是紅外線眾多應用中的一部分,目前在家用電器中廣泛應用的彩電遙控器、錄像機遙控器,VCD機遙控器、高保真音響遙控器等,都采用了紅外線遙控,它使這些家用電器的控制變得十分簡單、方便。1.3課題研究內容課題通過對紅外反射感應系統的設計和分析,用LM567通用音調譯碼器、紅外線發射接收裝置、LM741、三極管等器件設計電路。可以監測到一定范圍內人體的運動,并發出音頻信號。熟悉Protel99se軟件的應用,并且應用Protel99se軟件畫出原理圖以及制作電路板,制作實物并且調試、展示功能。掌握紅外線發光二極管和紅外線接收二極管的工作原理,理解芯片LM567和LM741芯片的工作方式。熟悉做板的方法和焊接的技術。正確調試出電路的實物功能。2系統設計2.1系統方案輸出振蕩信號發射紅外光輸出振蕩信號發射紅外光接收紅外光音頻、低頻振蕩器工作音頻電路輸出揚聲器工作圖2-1本方案的基本原理框架圖輸出振蕩信號：接通電源后,紅外線發射管發射紅外光,電路等待對射紅外光；接收紅外光：當紅外光對射后,紅外線接收管接收紅外光；音頻、低頻振蕩器工作：LM567和LM741芯片開始工作,發出音頻信號；音頻電路工作：信號通過音頻電路接收,經三極管放大信號然后輸出信號,揚聲器開始工作,發出聲音。2.2傳感器概述紅外線傳感器紅外線傳感器包括光學系統、檢測元件和轉換電路。光學系統按結構不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高,電阻發生變化,通過轉換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件,通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器的特點紅外線又稱紅外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。紅外輻射是由于物體〔固體、液體、和氣體內部分子的轉動及振動而產生的。這類振動過程是物體受熱而引起的,只是在絕對零度〔﹣273.16℃時,一切物體的分子才會停止運動。任何物質,只要它本身具有一定的溫度,都能輻射紅外線。紅外傳感器利用紅外輻射與物質相互作用所稱呈現的物理效應探測紅外輻射的傳感器,多數情況下是利用這種相互作用所呈現的電學效應。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸,因而不存在摩擦,并且有靈敏度高,響應快等優點。紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量,氣體成分分析和無損探傷,在醫學、軍事、空間技術和環境工程等領域得到廣泛應用。例如采用紅外線傳感器遠距離測量人體表面溫度的熱像圖,可以發現溫度異常的部位,及時對疾病進行診斷治療；利用人造衛星上的紅外線傳感器對地球云層進行監視,可實現大范圍的天氣預報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發動機的過熱情況等。主要特性高靈敏度：400°C/750°F或250°C/480°F紅外光譜：1至3μm由自監測功能實現數字式控制無需光學調整使用維護方便專為鋼鐵工業惡劣的工作環境設計,光電子電路放置于重型外殼中設有空氣吹掃裝置和水冷卻系統提供連接器和帶有不銹鋼辮型編織保護層的電纜2.3LM567芯片LM567概述LM567是一種高穩定性的鎖相環音頻澤碼器集成芯片,其內部由鑒相器、電流控制震蕩器、直流放大器、低通濾波器等電路組成,主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路,芯片采用8腳雙列直插塑封。 LM567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關,當其接收到一個位于所選定的窄頻帶內的輸入音調時,開關就接通。換句話說LM567可做精密的音調控制開關。 LM567作為通用音調譯碼器,當輸入信號于通帶內時提圖2-2LM567內部原理供飽和晶體管對地開關,電路由I與Q檢波器構成,由電壓控制振蕩器驅動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。圖2-2LM567內部原理芯片特點可調寬從0%到14%對假信號抗干擾高穩定的中心頻率電源電壓5V--15V寬信號輸出與噪聲的高抑制用外接電阻20比1頻率范圍中心頻率調節從0.01Hz到500KHz邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流吸收能力電氣特性1腳輸出濾波2腳回路濾波3腳數據輸入端4腳正電源5腳接定時電阻6腳接定時電容7腳接地8腳數據輸出端2-3LM567管腳圖典型電路圖2-4LM567典型應用電路此典型電路利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后8腳電壓由高變低這一特性,來形成對控制對象的控制。IC1是紅外接收頭,它接收發射器發出的紅外信號,其中心頻率與發射器載波頻率f0相同,經IC1解調后,在輸出端OUT輸出頻率為f1的方波信號。我們將LM567的中心頻率調到與發射器中"與非"門1、2振蕩頻率相同,即使f2=f1。則當發射器發射信號時,LM567便開始工作,⑧腳由高電平變為低電平,利用這個變化的電平便可去控制各種對象。利用此電路,我們可以做成遙控開關,遙控家里的各種家用電器。2.4紅外線對射管紅外對射管：紅外對射管由紅外發射管和紅外接收管兩部分組成。紅外發射管在外加電壓的情況下可以產生出紅外線。紅外線是一種光線,具有普通光的性質,但又不同于普通可見光,它不會被察覺。紅外線具有可以光速直線傳播、強度可調、可以通過光學透鏡聚焦、可以被不透明物體遮擋等等諸多優點。紅外接收管是與發射管配對的特制二極管,它可以接收到紅外發射管發射出的紅外線,并產生微小的光電流,可以使用一對紅外線發射與接收的裝置,構成紅外線的對射系統,稱為主動式紅外線應用系統。使用中,經常配對出現,當紅外線收、發裝置之間的隱形光路被阻擋時,接收裝置可以立即察覺到,發出警示信號。利用這種對射系統,可以很方便地構建各種隱蔽的防盜警戒布控,還可以用于各種設備的安全防護或者自動控制方面。紅外線發射與接收的方式有兩種,其一是直射式,其二是反射式。直射式指的是發光管和接收管彼此相對安放在發射與受控物的兩端,中間相距一定距離；反射式指發光管與接受管并列一起,平時接收管始終無光照,只有在發光管發出的紅外光線遇到反射物時,接收管收到反射回來的紅外光線才工作。本次設計的是運用對射方式的紅外對射管。3電路設計3.1電路的原理圖圖3-1紅外感應門鈴原理圖3.2電路的組成部分該紅外線對射式電子門鈴電路由紅外線發射電路、紅外線接收電路、集成運放電路、音頻振蕩器和音頻輸出電路等組成,如圖3-1所示。電路中,紅外線發射電路:由紅外發射管〔紅外線發光二極管D1、驅動晶體管VT1內電路及有關外圍元器件組成；紅外線接收電路:紅外接收管〔紅外線光敏晶體管VD2；信號放大由集成電路LM741和電阻器R5、R4,電容器C1、C2等組成；音頻振蕩器由LM567內部的或非門D3與D4和電阻器R6、電容器C5等組成；音頻輸出電路由放大晶體管V3、電阻器R7和揚聲器BL等組成。3.3電路的工作原理VD1發射紅外線,VD2接收紅外信號。LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設定端,一般通過調整其外接可變電阻W改變捕捉的中心頻率。圖中紅外載波信號來自LM567的第5角,也即載波信號與捕捉中心頻率一致,能夠極大的提高抗干擾特性。當接收到的紅外載波信號和捕捉中心頻率一致時,說明不是干擾,LM567的第8角輸出低電平。1、LM567輸出部分與普通數字IC等有所不同,其內部是一個集電極開路的NPN型三極管,使用時,⑧腳與正電源間必須接一電阻或者其它負載,才能保證IC譯碼后輸出低電平。

2、實驗表明：LM567接通電源瞬間,⑧腳會輸出一低電平脈沖。因此,用于作遙控器譯碼控制時,應在輸出端后加裝RC積分延時電路,以免每次斷電后,重新復電時產生誤動作。

3、LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設定端,一般通過調整其外接可變電阻W改變頻率,經筆者實驗發現,當W阻值變為0Ω或無限大時,⑧腳電平狀態即使無信號輸入時也會變為低電平,因此,在調整W時,不能使其短路或開路。

4、LM567的工作電壓對譯碼器的中心頻率有所影響,故最好采用穩壓供電。

5、LM567②腳外接電容決定著鎖相環捕捉帶寬,容量越小,捕捉帶寬越寬,但使用時,不可為增大捕捉帶寬而一味減小電容容量,否則,不但會降低抗干擾能力,嚴重時還會出現誤觸發現象,降低整機的可靠性。當VD2接收不到VD1發射出的信號,D2發光,輸出端U2<LM567>的8腳輸出高電平。本電路的最大持點是紅外線發射部分不設專門的信號發生電路,而是直接從接收部分的檢測電路U2的5腳引人信號,此信號是U2鎖相音頻譯碼器的鎖相中心頻率,這樣既簡化了線路和調試工作,又防止了周圍環境變化和元件參數變化對收發頻率造成的差異,實現了紅外線發射與接收工作頻率的同步自動跟蹤,使電路的穩定性和抗干擾能力大大加強。例如：LM567的輸入端3腳為固定的高電平,它的輸出端8腳輸出高電平。LM567通過外接電阻R6及電容C3將其內部壓控振蕩器的振蕩頻率能夠為100Hz,作為譯碼器的選頻頻率。接通電源后,LM567的6腳輸出振蕩信號,該信號經三極管V1放大后,驅動紅外發射管VD1向空間發射一定距離的紅外光。在房門前無人〔VD1的前方無障礙物時,光敏晶體管VD2接收到對射信號,LM567的8腳輸出低電平,音頻振蕩器和低頻振蕩器均不工作,揚聲器Been不發聲。當有人靠進房門時,VD1發射的紅外光信號將被人體反射回來,使VD2接收不到紅外線信號。當紅外線接收管VD2接收不到紅外對射信號后該信號直接由3腳輸入LM567,經過譯碼后由8腳輸出高電平。信號經過三極管VT2放大后,通過揚聲器Been發出"嘟、嘟"聲,并且紅燈亮,告知主人門外有人。4電路原理圖、PCB板圖的設計4.1使用相關軟件的介紹當前電子技術發展日新月異,電子繪圖和制板技術專業化程度越來越高,電子CAD技術已經成為專業基礎技術。Protel99SE共分5個模塊,分別是原理圖設計、PCB設計、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設計。美國ACCELtechnologies公司于1988年推出了當時非常受歡迎的電子線路CAD軟件包—TANGO,可以說是Protel的前身,ProtelTechnology公司收購ACCELTechnologies公司,推出了protelforDOS軟件作為TANGO升級版本。4.2如何繪制原理圖a.打開PROTEL99SE,執行FILE—NEW—感應式門鈴.ddb—Browse—保存到桌面。b.執行FILE—NEW—SchematicDocument,建立文件并命名為"感應式門鈴.Sch".c.執行FILE—NEW—SchematicLibraryDocument,建立文件并命名為"感應式門鈴.Lib".c.在庫中畫出所需要的集成電路、發光二極管、三極管、開關、電阻、電容等。d.將所有的元器件排好進行連線。4.3PCB板的生成a.執行Design—creatnetlist生成網絡發生器表b.執行FILE—NEW—PCBDocument,建立文件并命名為"感應式門鈴.Pcb".c.執行FILE—NEW—PCBLibraryDocument,建立文件并命名為"PCB.lib".d.一樣的自己在庫中畫出所需的元器件f.排出PCB板PCB板圖PCB原理圖：PCB板圖4.4Protel使用常見問題1.原理圖常見錯誤：ERC報告管腳沒有接入信號：創建封裝時給管腳定義了I/O屬性；創建元件或放置元件時修改了不一致的grid屬性,管腳與線沒有連上；創建元件時pin方向反向,必須非pinname端連線。元件跑到圖紙界外：沒有在元件庫圖表紙中心創建元件。創建的工程文件網絡表只能部分調入pcb:生成netlist時沒有選擇為global。當使用自己創建的多部分組成的元件時,千萬不要使用annotate.2.PCB中常見錯誤：網絡載入時報告NODE沒有找到：原理圖中的元件使用了pcb庫中沒有的封裝；原理圖中的元件使用了pcb庫中名稱不一致的封裝；原理圖中的元件使用了pcb庫中pinnumber不一致的封裝。如三極管：sch中pinnumber為e,b,c,而pcb中為1,2,3。打印時總是不能打印到一頁紙上：

a創建pcb庫時沒有在原點；

b多次移動和旋轉了元件,pcb板界外有隱藏的字符。選擇顯示所有隱藏的字符,縮小pcb,然后移動字符到邊界內。多幾次導出文件,做成新的DDB文件,減少文件尺寸和PROTEL僵死的機會。如果作較復雜得設計,盡量不要使用自動布線。4.5做板對于電子產品來說,電路板設計是從電路原理圖變成一個具體產品的必經之路,電路板設計的合理性與產品的生產及產品的質量密切相關。設計選用的電路板是環氧樹脂板,環氧樹脂與銅箔有極好的粘合力,同箔的附著強度與工作溫度高,可以在260度的焊錫熔中不起泡。也可使用覆銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。不同的材料有不同的特點,由于調試中可能多次更換元件,所以要考慮到銅箔的粘合力。線路板的好壞直接影響著電路元器件的性能,不好的線路板,會使信號產生歧變,產生本底噪音生尖峰脈沖干擾等,為了盡避免上述影響,線路板在線出盡量做到：接照信號的傳輸路徑由小到大的順序在電路板上各路的布置各元器的位置,盡量縮短各元器件之間的距離,以減少外部干擾的引入和不必要的干擾。在供電線路中,大電流通過的路徑應盡量設計得實一些,以降低電源內阻,使電流能順利通過。在供電線路中,應盡量避免大電流的印刷電路式導線交布置在小電流通路的中間式附近,以免造成對小電流的干擾。走線時,應盡量走大于90度直角的線以防止產生尖峰脈沖造成干擾。在焊接的時候都是通過手工完成,在打孔時也是通過手工操作電鉆完成,而我們并不是這方面的技工,這將在打孔的時候無法避免一些技術失誤。如果焊盤的直徑過小,在打孔時,孔稍微大了一點,焊盤便沒有了。所以在設計旱盤大小是都設置為大于2毫米。線的寬度問題很重要,由于在學校的條件是手工腐蝕銅板,考慮到熱轉印中,炭粉的吸附與脫落問題,防止出現斷線的情況,布線寬為1.5-2.5毫米。地線則盡可能的加寬,設置為環繞在板的邊緣。大功率元件與小功率元件盡量分開布線。在焊接的過程中要先將體形小的元器件比如電阻、瓷片電容先焊接好,然后再焊接芯片的插腳和其他體積較大的元器件。焊接好后用數字萬用表檢測電路是否有短路和斷路以及虛焊現象。焊接焊接使用的方法是手工焊接中的一種：接觸焊接。接觸焊接是在加熱的烙鐵嘴或環直接接觸焊接點時完成的。烙鐵嘴或環安裝在焊接工具上。焊接嘴用來加熱單個的焊接點,而焊接環用來同時加熱多個焊接點。焊接時,首先,工具上要對電烙鐵的電烙頭要保護好,不能夠出現黑色的氧化物,如果有就用銼刀磨掉后馬上粘松香補焊錫。焊錫與電路板、電烙鐵與電路板的夾角最好成45度,這樣焊錫與電烙鐵夾角成90度。然后將元器件的管腳對應好焊接電路板的焊接位置上,接著先將焊絲接觸然后電烙頭從下至上的較快速的上錫。焊接出來的焊點應該飽滿,略有尖頭。焊接IC等芯片原件時,可以先在板子上焊上插槽,安裝在插槽上有幾個好處：壞了之后更換方便；實驗完后可以拿下來,而且引腳還是干凈的,可重復利用；在調試的時候也能夠方便檢查出錯誤。組裝紅外發射二極管的工作原理與外形與發光二極管相似,常用的紅外發光二極管,管壓降約1.4V,工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓,回路中常常串有限流電阻。紅外接收二極管接收到紅外光信號時,其兩端的電阻很小,即導通。當沒有接收到紅外光信號時,其兩端的電阻很大,即斷路。所以在安裝此類元器件的時候,應注意紅外線發射二極管發射出來的紅外線信號能被紅外線接收二極管接收到,不要被遮擋住。電路中的發光二極管,極性電容在安裝時,應注意管腳的極性,防止正負極的顛倒,導致電路損壞。電路的電源用的是直流電源6V,在連接電源的時候,要注意電源的正負極,防止電路出現故障。4.6調試、結果在調試的過程中,我先調試紅外反射部分的電路,接通電源按下開關之后,發現發光二極管不亮,我對照原理圖和PCB板用數字萬用表檢測每個元器件引腳的電壓值,發現原來在畫圖的時候三極管的三個引腳接反了,我將三極管重新焊接后,發光二極管點亮。在調試過程中出現問題,要仔細檢查元器件〔如三極管極性、集成塊缺口方向、音樂芯片焊點等是否接錯,檢查是否搭焊、錯焊、虛焊等。調試完成后,接通電源,電路沒有發出聲音。我用手放到紅外線發射管的前面,紅外線經過反射后,到紅外線接收管接收到紅外信號,電路發出聲音。整個電路完成。5總結經過兩周的實訓,終于完成了這次實訓,雖然結果不是很滿意。但總的來說還是不錯的,基本上符合要求。通過這次實訓,我才真正領略到"艱苦奮斗"這一詞的真正含義,我想說,焊接電路確實有些辛苦,但苦中也有樂,在如今理論課很多的情況下,課程設計是我們的實踐課,不但能在這個課程上學到很多理論知