NE555+紅外發光管BT401光電報警器設計

ID:913669 · 發表于 2021-5-7 23:04

設計要求:
1、了解主動式光電報警系統設計原理。
2、了解鎖相環的原理及應用。
3、對影響光電探測性能的各種參數進行選擇，以求最大限度地發揮系統的探測能力。

1.1光電報警器的發展和現狀
在一些電影、電視劇中我們常可以看到，有些博物館等安全性要求比較高的場所，在安防電腦系統的屏幕上面，顯示著一根根紅線，如果有人進入不小心“觸”到了這根紅線，那么報警器就會發響。這就是紅外線報警器，光電報警器的一種。
光電報警系統是一種重要的監視系統，目前其種類已經日益增多。有對飛機、導彈等軍事目標入侵進行的報警系統，也有對機場、重要設施或危禁區域防范進行報警的系統。一般說來，被動報警系統的保密性好，但是設備比較復雜；而主動報警系統可以利用特定的調制編碼規律，達到一定的保密效果，設備比較簡單。

1.2設計的目的和意義
紅外線報警器分主動式和被動式兩種[1]。主動式紅外線報警器，是報警器主動發出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。
　　被動式報警器少了一項功能，就是發射紅外線。物理學上告訴我們，當物體的溫度高于0K的時候，就會發出紅外線，換句話說任何物體都能發出紅外線。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。紅外線報警器對溫度敏感，溫度越高的物體輻射出的紅外線越強，當感應到環境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發報警。
主動式紅外探測器是由收、發裝置兩部分組成[3]。發射裝置向裝在幾米甚至于幾百米遠的接收裝置輻射一束紅外線，當被遮斷時，接收裝置即發出報警信號，因此，它也是阻擋式報警器，或稱對射式探測器。通常，發射裝置由多諧振蕩器、波形變換電路、紅外發光管及光學透鏡等組成。振蕩器產生脈沖信號，經波形變換及放大后控制紅外發光管產生紅外脈沖光線，通過聚焦透鏡將紅外光變為較細的紅外光束，射向接收端。
接收裝置由光學透鏡、紅外光電管、放大整形電路、功率驅動器及執行機構等組成[4]。光電管將接收到的紅外光信號轉變為電信號，經整形放大后推動執行機構啟動報警設備。主動式紅外報警器有較遠的傳輸距離，因紅外線屬于非可見光源，入侵者難以發覺與躲避，防御界線非常明確。主動式紅外報警器是點型、線型探測裝置，除了用作單機的點警戒和線警戒外，為了在更大范圍有效地防范，也可以利用多機采取光墻或光網安裝方式組成警戒封鎖區或警戒封鎖網，乃至組成立體警戒區。單光路由一個發射器和一個接收器組成。
雙光路由兩對發射器和接收器組成[5]。兩對收、發裝置分別相對，是為了消除交叉誤射；多光路構成警戒面；反射單光路構成警戒區。
在學習專業基礎課和專業課的基礎上，主要在電子儀器、微機綜合設計與實踐、單片機與A/D和D/A和光、計、電綜合應用等幾個方面開展實踐活動，鞏固所學知識、培養動手能力。

第二章總體設計方案
2.1 光電報警器的設計思想及原理
光電報警系統是采用砷化鎵發光管組成的發射系統，在發射和接收系統之間有紅外光束警戒線。當警戒線被阻斷時，接收系統發出報警信號。要求系統在給定器件的條件下作用距離盡可能遠。
2.2 系統框圖
   本系統可由圖1所示的五個部分組成。調制電源提供紅外發射二極管確定規律變化的調制電流，使發光管發出紅外調制光，在一定距離以外用光電二極管接收調制光。轉換后的信號經放大，檢波后控制報警器，全部實驗電路自擬。下面對調制電源和檢波、報警電路各舉一個簡單的例子，也可選用于系統中。

第三章光電報警器電路設計
3.1 發射電路設計
  a  電路設計原理
  用NE555定時器構成多諧振蕩器作調制電源。

NE555集成電路用它構成占空比為50%的多諧振蕩器原理圖如圖所示。下面對照電路圖簡述其工作原理及參數選擇。
在前半周期，V1通過R2、D對C1充電，由于二極管D的作用，電流不經過R1，因此其充電時間T1為：
而在后半周期，電容放電時，二極管反向電阻無窮大，555內部的三極導通，電流通過R1至7腳直接放電，此時其放電時間T2為：
當A點電壓上升到上限閾值電壓（約）時，定時器輸出翻轉成低電平。這時，A點電壓將隨放電而按指數規律下降。當A點下降到下限閾值電壓（約）時，定時器輸出又變成高電平，調整、的電阻值得到嚴格的方波輸出。當R1=R2時，輸出為方波信號。其輸出頻率為：
參考值：=0.1μF，
。
用NE555組成振蕩器來作紅外發光管BT401時，由于紅外發光管BT401的工作電流在30mA以上，因此一定加一個三極管驅動電路。使輸出電流大于或等于紅外發光管的最小工作電流。其驅動電路的參考電路圖如下圖：

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