紅外報警系統(tǒng)

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1、高等光電技術(shù)與實驗高等光電技術(shù)與實驗紅外報警系統(tǒng)設(shè)計共13頁第13頁高等光電技術(shù)與實驗紅外報警系統(tǒng)設(shè)計摘要：介紹了一種經(jīng)過調(diào)制后的紅外二極管做發(fā)射光源，有光敏二極管接收的簡單紅外報警系統(tǒng)。系統(tǒng)由發(fā)射、接收、放大和檢波報警四個部分組成。當(dāng)光線被阻擋時，系統(tǒng)報警。關(guān)鍵詞：二極管；信號放大；報警1、引言光電報警系統(tǒng)是一種監(jiān)視系統(tǒng)，當(dāng)不乏分子入侵防范區(qū)域時能夠及時將這些信號告知主人、家人、鄰居或者值勤人員并起到阻嚇、防范的技術(shù)系統(tǒng)。目前種類繁多，本文介紹一種簡單的紅外報警系統(tǒng)，當(dāng)人或者是其它異物阻斷發(fā)射和接收之間的紅外警戒光束時，系統(tǒng)當(dāng)即做出反應(yīng)，發(fā)出報警信號。2、設(shè)計任務(wù)和要求本系統(tǒng)的設(shè)計

2、要求在無透鏡聚焦的條件下，用經(jīng)過信號調(diào)制后的小功率砷化鎵發(fā)光二極管作為輻射光源，產(chǎn)生一條紅外警戒光束。在接收端使用硅光電二極管作為紅外光的光接收器，并用通用運算放大器構(gòu)建放大系統(tǒng)。當(dāng)警戒線被阻斷時，發(fā)光二極管被點亮，給出報警信號。要求系統(tǒng)的作用距離大于10米。系統(tǒng)設(shè)計實驗中可以使用到的電子元器件器件有：紅外發(fā)射/接收對管、集成電路NE555和LF353、普通阻容元件。3、系統(tǒng)總體方案設(shè)計分析本系統(tǒng)由圖1所示的四個部分組成。用砷化鎵發(fā)光管組成發(fā)射系統(tǒng)，在發(fā)射和接收系統(tǒng)之間有紅外光束警戒線。調(diào)制電源提供GaAs發(fā)光管確定規(guī)律變化的調(diào)制電壓，使發(fā)光管發(fā)出紅外調(diào)制光，在一定距離以外用光電二極

3、管接收調(diào)制光。接收到的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后放大、檢波，最后得到的信號將用于控制報警器中的LED亮滅。共13頁第13頁高等光電技術(shù)與實驗圖1系統(tǒng)原理框圖4、系統(tǒng)電路分析4.1發(fā)射系統(tǒng)用NE555定時器構(gòu)成多諧振蕩器作調(diào)試電源，在這里選用常用的振蕩器的連接方法，定時器電阻RA和RB，其連接點接到555的7腳，C是定時電容。其連接方法及波形下圖2所示。圖2NE555連接方法4.1.1NE555參數(shù)計算（1）充電時間T1。電路充電過程中，的初值和終值分別為：充電時間常數(shù)為：共13頁第13頁高等光電技術(shù)與實驗代入計算一階電路過渡過程的公式，得：當(dāng)t=T1時，代入上式得：（2）放電時間T2。同理，放電

4、過程中的初值和終值分別為：放電時間常數(shù)為：代入計算一階電路過渡過程的公式：當(dāng)t=T2時，得：故輸出脈沖周期為：振蕩頻率為：輸出矩形的占空比為：4.1.2參數(shù)選擇系統(tǒng)設(shè)計中，我們選擇了調(diào)制頻率為7KHz的輸出信號頻率，并依據(jù)電路圖中的設(shè)計選擇了103電容。因此我們可以依據(jù)公式求解出電路中的電阻值。共13頁第13頁高等光電技術(shù)與實驗所以我們可以取RA=500，RB=10k這時占空比為這樣我們就得到了系統(tǒng)要求的調(diào)制信號，并用于驅(qū)動二極管發(fā)光，此時我們將選取發(fā)光管的限流電阻。用NE555組成振蕩器來驅(qū)動發(fā)光管時，要注意發(fā)光管上一定要串聯(lián)一個限流電阻。使輸出電流小于或等于發(fā)光管的最大正向電流I

5、F。若振蕩器輸出電壓為V0，則限流電阻R取值為：如果限流電阻值低于上述公式所得數(shù)值或未加限流電阻，則會造成發(fā)光管和定時器燒毀。實驗中限流電阻取為750Ω。4.2接收系統(tǒng)在接收端，我們使光敏二極管處于反向偏置工作模式下。接收端系統(tǒng)電路部分如圖3所示圖3接收系統(tǒng)電路共13頁第13頁高等光電技術(shù)與實驗在圖中，光敏二極管工作于反片模式下，在接收到的信號中，我們接入一個103電容，主要就是取到了隔直流通交流的作用，以濾除信號中的直流成分，隨后又通過運算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器輸出接收到微弱信號。電路中我們?nèi)4=R5=200k，電容為103獨石電容。4.3信號放大濾波光電探測器所接收到的信號一般

6、都非常微弱,而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中,因此,要對這樣的微弱信號進(jìn)行處理。這里先對信號進(jìn)行前置放大處理，將放大后的信號進(jìn)行濾波處理以將大部的分噪聲濾掉,將此信號再放大到后續(xù)處理所要求的電壓幅度。這樣,就需要通過放大電路、濾波電路使輸出幅度合適、濾掉大部分噪聲的待檢測信號。4.3.1放大電路放大電路用集成運放LF353構(gòu)成，它的主要作用是對紅外探測器輸出的微弱信號進(jìn)行放大。LF353為雙運算放大器集成芯片，它的主要參數(shù)如下：最大電源電壓：±18V，電壓增益：100dB，輸入阻抗：1012Ω，共模抑制比：100dB，增益帶寬：4MHz，等效輸入噪聲電壓：。實驗設(shè)計中使用一

7、般的反相放大電路，電路如圖4所示。我們在設(shè)計中第一級的放大倍數(shù)為100倍，最后一級的放大倍數(shù)定為470倍。圖4基本反相放大電路共13頁第13頁高等光電技術(shù)與實驗4.3.2濾波電路通過前面放大的信號中有著許多的噪聲，這就要求我們需要將信號之外的噪聲濾除。由于我們選定了發(fā)射光的頻率，設(shè)計中我們選用了二階有源帶通濾波器，如圖5所示，中心頻率為?0=7kHz，品質(zhì)因數(shù)Q=25，增益為G=5。下面是濾波器的參數(shù)選擇計算：圖5二階有源帶通濾波器（1）（2）（3）（4）