毕
湖南铁路科技职业技术学院 业 设 计 任 务 书 课 题：红外线报警器的设计与制作 编 号： 专 业：班 级： 电气自动化312-1班
学生姓名： 余润鸿
指导单位：湖南铁路科技职业技术学院
指导教师： 陈斗
红外线报警器的设计与制作
摘 要
通过介绍热释红外传感器的工作原理，给出了一种被动型热释电红外报警器 的结构原理及其应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中，从而实现了防盗报警功能，达到了安全防护之目的。该报警器能探测人体发出的红外线，由热释电红外线传感器、BISS0001信号处理芯片和报警指示电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号。概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路，分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的有点，在防盗、警戒等装置中应用较广。
关键词：红外线 报警器 电子狗
目录
第一章 前言 ......................................................... 3
1.1电路设计背景 ................................................... 3
1.2红外报警器分类及原理 ........................................... 3
1.3热释电红外传感器的原理特性及优缺点 ............................. 4
第二章 红外线报警器的分类以及工作原理 ........................... 6
2.1红外线报警器的分类 ............................................. 6
2.1.1主动式红外线入侵报警器 .................................... 6
2.1.2被动式红外线报警器 ........................................ 7
2.2 红外线报警器的工作原理 ......................................... 7
第三章 电路原理图、PCB 板的绘制 ................................... 9
3.1使用相关软件的介绍 ............................................. 9
3.2绘制原理图 .................................................... 11
3.3 Protel软件使用的常见问题 ..................................... 13
第四章 红外线报警器的制作过程 ................................... 15
4.1 清点元器件 .................................................... 15
4.2检测各元器件 .................................................. 20
4.3焊接前准备 .................................................... 23
4.4分清元件 ...................................................... 23
4.5焊接要领 ...................................................... 23
4.6焊接电路板 .................................................... 24
4.7电路测试 ...................................................... 25
4.8组装成品 ...................................................... 25
4.9成品测试 ...................................................... 25
4.10产品说明 ..................................................... 25
第五章 总结 ........................................................ 27
5.1归纳 .......................................................... 27
5.2心得体会 ...................................................... 27 致谢 . ................................................................ 29 参考文献 ............................................................ 30
第一章 前言
1.1 电路设计背景
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展. 人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器，也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器，超声波防盗报警器, 红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器, 触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器，红外报警器，红外线声光报警器。
其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。
1.2 红外报警器分类及原理
红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。
被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm 左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm 左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm 左右的红外辐射必须非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是报警器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：
1. 不需要用红外线或电磁波等发射源。
2. 灵敏度高、控制范围大。
3. 隐蔽性好，可流动安装。
1.3 热释电红外传感器的原理特性及优缺点
1. 原理特性
热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104M Ω，故引入的N 沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。热释电红外传感
器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。双探测元热释电红外传感器的结构。使用时D 端接电源正极，G 端接电源负极，S 端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0．2～20μm 。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。
2. 热释电红外线传感器的优缺点
优点：(1）本身不发任何类型的辐射。
(2）器件功耗很小，隐蔽性好，流动安装。
(3）价格低廉。
缺点：(1）容易受各种热源、光源干扰。
(2）被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。
(3）环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短
时失灵。
第二章 红外线报警器的分类以及工作原理
2.1 红外线报警器的分类
红外线报警器分为两大类，分别是主动式红外线报警器和被动式红外线报警器。
2.1.1 主动式红外线入侵报警器
1. 主动红外入侵报警器
主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8～0.95微米之间) ，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。
2. 主动式红外报警的工作原理
以数字通讯方式通过CPU 的程序控制，使主动红外线对射探测器具有智能性，可精确区分每条射束，以便采用多束红外线射束构成多线束的密集防卫；同时还可通过调整CPU 的程序，设定在规定的若干束红外线射束被阻断时产生报警输出。由于其工作特点，可以构成对窗、阳台等建筑物的出入口形成封闭式的防范，为现代化建筑防盗方案提供“御贼于户外” 、住户自由活动于户内的高度人性化的安全防护。
3. 主动式红外报警的优点
(1）安全系数全面提高。入侵者在准备进入室内时就报警了，不但阻吓了入侵者更重要的是保护了室内业主的人身安全，避免了以上被动式红外探测器安装在室内的各种不利因素。
(2）操作简单、方便，可全天候布防。不管仓库内有无员工走动、不管物品如何繁多，探测器全天都可处于探测状态，不须专人进行布/撒防的繁锁工作。
(3）准确性高。因是对一个平面进行防范，免除了人为的误报（人员或宠物的
走动），防范的窗户或阳台一般只有盗贼才会去跨越或攀爬。
(4）业主活动空间大。仓库内的员工可自由走动，不影响工作效率。 (5）防剪、防破坏功能。当入侵者试图进行碰触和破坏时都可发生报警信号，使其无法进行非法行为。
2.1.2 被动式红外线报警器
1. 被动式红外线报警器
被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm 左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm 左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
2. 被动式红外线报警器的工作原理
世界上任何物体都存在红外线，只不过红外线的频段是用人眼看不到的，被动式红外探测器就是通过采用对人体体温辐射的红外线频段敏感的元件为核心，在感应到立体空间内的热源时产生报警
3. 被动式红外线报警器的缺点
(1)容易受到动物体温辐射、阳光照射、热气流温度辐射等多种因素干扰而引发误报警；
(2)当气温与人体温度接近或高于人体温度时，这一类探测器将根本无法正常工作。
2.2 红外线报警器的工作原理
由红外线传感器、信号放大电路、电压较器、延时电路和音响报警电路等组成。红外线报警器对温度敏感, 温度越高的物体辐射出的红外线越强, 当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时, 就触发反警。当红外线传感器探测到人体辐射出来的红外线信号时，由传感器的2脚输出微弱的电信号，送入集成电路GC7780的14脚经运算放大器OP1做一级放大，然后由C15耦合给OP2进行第二级放大，再经双向鉴幅器（由电压比较器COP1和COP2构成）处理后，检出有效触发信号Vs 去启动延时时间定时器。GC7780的输出信号Vo 经二
极管D1送入音乐片，音乐片受触发后工作，其输出端输出内储“滴”声电信号再经过Q1和Q2放大后驱动蜂鸣器发出报警声。
红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm 左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm 左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
红外线报警器是由红外线传感器、GC7780红外传感信号处理器集成电路、延时电路和音响报警电路等组成。当红外线传感器探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由红外线传感器的2脚输出微弱的电信号，送入集成电路GC7780的14脚经运算放大器OP1作第一级放大，然后由C15耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs 去启动延迟时间定时器（GC7780内部框图见图4），GC7780的输出信号Vo 经二极管D1送入音乐片，音乐片受触发工作，音乐片工作后，其输出端输出内储“嘀”声电信号，经晶体管Q1、Q2放大后驱动蜂鸣器发出响亮的报警声。输出延迟时间Tx 由外部的R10和C12的大小调整，每一次报警持续时间由式Tx ≈24576R10C12计算；触发封锁时间Ti 由外部的R11和C13的大小调整，触发封锁时间的值由式Ti ≈24R11C13计算。
第三章 电路原理图、PCB 板的绘制
3.1使用相关软件的介绍
PROTEL是Altium 公司在80年代末推出的EDA 软件，在电子行业的CAD 软件中，它当之无愧地排在众多EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL 。早期的PROTEL 主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS 环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M 内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL 已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA 软件，完全安装有200多M ，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD ，PSPICE ，EXCEL 等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB 的100%布通率。启动图标如图3-1所示。
图3-1启动图标
Protel DXP2004 的系统组成部分按照系统功能来划分，Protel DXP2004主要包含以下两大部分：
1．电路设计部分 （1）电路原理设计部分
电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH 编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib 编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。
（2）印刷电路板设计系统
印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB 编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib 编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。
（3）自动布线系统
在系统包含一个基于形状的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB 设计的自动化。
2．电路仿真与PLD 部分
电路仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程, 并计算出在给定条件下电路中各节点(包括中间节点和输出节点) 的输出波形。电路仿真是否成功, 取决于电路原理图、元模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等。
(1)仿真流程 1) 原理图设计
首先, 新建一个原理图文件*.schdoc ,打开编辑环境, 与普通原理图大致相同; 然后, 打开Libraries ,加载必要的元器件库, 添加元器件并设置参数, 这里所有的元器件都必须具有Simulation 仿真属性, 否则仿真时将出现错误信息, 在DXP 中假定所有元器件都是理想元器件; 最后, 用导线进行电气连接或网络标号, 对整个电路进行编译ERC 校验, 确保整个电路没有错误。
2) 设置仿真环境
执行菜单命令, 打开Analysessetup 对话框, 设置仿真方式并指定要显示的数据,DXP 提供10 种分析仿真方式, 包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、Fourier 、噪声、传输函数、温度扫描、参数扫描以及蒙特卡罗分析等。
3) 仿真
设置仿真环境后单击OK 按钮, 系统进行电路仿真, 生成一*.sdf 文件, 同时打开窗口显示分析结果。
4) 分析结果
观察电路仿真结果, 分析仿真波形是否符合电路设计要求, 如果不符合, 则重新调整电路参数进行仿真, 直到满意为止。
3. Protel DXP 2004 特点
（1）通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、 PCB 设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。
（2）提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能模块的正确与否提供了方便。
（3）提供了丰富的原理图组件库和 PCB 封装库，并且为设计新的器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。
（4）提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。
（5）提供了强大的查错功能。原理图中的 ERC （电气法则检查）工具和 PCB 的 DRC （设计规则检查）工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。
（6）全面兼容 Protel 系列以前版本的设计文件，并提供了 OrCAD 格式文件的转换功能。
（7）提供了全新的 FPGA 设计的功能，这好似以前的版本所没有提供的功能。
3.2 绘制原理图
1. 发射板原理图的绘制
（1）启动Protel DXP2004，执行File/New/Project/PCB Project，建立工程库文件并命名为“红外线报警器的设计与制作”。
（2）在已建立的工程库文件执行Add New Project/Schematic，建立原理图文件并命名为“红外线报警器”。
（3）在已建立的工程库文件执行Add New Project/PCB，建立PCB 原理图文件并命名为“红外线报警器”。
（4）在已建立的工程库文件执行Add New Project/Schematic Library，建立原理图元件库文件并命名为“报警器”。
（5）在已建立的工程库文件执行Add New Project/PCB Library，建立原理图元件封装库文件并命名为“报警器”。 前五步完成后如图3-2所示。
图3-2工程文件
（6）将画原理图所用到的元件一一在元件库文件中绘制出来，再命名。如下图。
图3-3 GC7780原理图
图3-4 感应器原理图
（7）加载元件库“报警器”，并在此库中选择所需要的集成电路，以及其他元件。
（8）将所有的元器件排好进行连线。如图3-5。
图3-5 报警器原理图
3.3 Protel软件使用的常见问题
1. 原理图常见错误
(1)ERC报告管脚没有接入信号： 1）创建封装时给管脚定义了I/O属性；
2）创建元件或放置元件时修改了不一致的grid 属性，管脚与线没有连上； 3）创建元件时pin 方向反向，必须非pin name 端连线。 (2)元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。
(3)创建的工程文件网络表只能部分调PCB:生成netlist 时没有选择为global 。
(4)当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate. 2.PCB 中常见错误
（1）网络载入时报告NODE 没有找到 1）原理图中的元件使用了PCB 有的封装； 2）原理图中的元件使用了PCB 称不一致的封装；
3）原理图中的元件使用了PCB 库中pin number 不一致的封装。如三极管：sch 中pin number 为e,b,c, 而PCB 中为1,2,3。 （2）加载网络表时显示错误封装没有找到
解决办法是到原理图中找到对应元器件，双击并写入相应封装，然后从新生成网络表再加载。
（3）PCB 布线没有反应
解决办法是手动布线。
图3-6 PCB布线没反应
第四章 红外线报警器的制作过程
4.1 清点元器件
1. 主要器件介绍
（1）GC7780红外传感信号处理器集成电路
GC7780是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。
1）芯片特点
①CMOS 工艺制造。②数模混合。③具有独立的高输入阻抗运算放大器。④内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰。⑤内设延迟时间定时器和封锁时间定时器。⑥采用16脚DIP 封装。
2）GC7780管脚功能
图4-1 GC7780（BISS0001）管脚功能
GC7780是弧形凹口标记，弧形凹口位于集成电路的一个端部，管脚排列顺序的识别方法是，正视集成块外壳上所标的型号，弧形凹口下方左起第1脚为该集成电路的第1脚，以这个管脚开始沿逆时针方向依次是第2、3、4„„脚。
3）管脚说明
表4-2 管脚说明
4）GC7780（BISS0001）工作原理
GC7780是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器、开机延时电路等构成的数模混合专用集成电路。内部框图如下：
图4-3 GC7780（BISS0001）内部框图
①不可重复触发工作方式（A=0）
下图为不可重复触发工作方式下的波形。
图4-4 不可重复触发工作方式下的波形
首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD) 后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs 。由于VH ≈0.7VDD 、VL ≈0.3VDD ，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V 的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A 端接“0”电平时，在Tx 时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx 时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx 时间结束时，Vo 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti 。在Ti 时间内，任何V2的变化都不能使Vo 跳变为有效状态（高电平）, 可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
②可重复触发工作方式(A=1)
下图为可重复触发工作方式下的波形。
图4-5 可重复触发工作方式下的波形
可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs 不能触发Vo 为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs 可重复触发Vo 为有效状态，并可促使Vo 在Tx 周期内一直保持有效状态。在Tx 时间内，只要Vs 发生上跳变，则Vo 将从Vs 上跳变时刻起继续延长一个Tx 周期；若Vs 保持为“1”状态，则Vo 一直保持有效状态；若Vs 保持为“0”状态，则在Tx 周期结束后Vo 恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti 时间内，任何Vs 的变化都不能触发Vo 为有效状态。
（2）热释电红外线传感器
图4-6 传感器管脚示意图
热释电红外线传感器是一种新型敏感元件，它是由高热电系数材料，配以滤光镜片和阻抗匹配用场效应管组成。它能以非接触方式检测出来自人体发出的红外辐射，将其转化成电信号输出，并可有效抑制人体辐射波长以外的外干扰辐射，如阳光、灯光、及其反射光。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个
菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。
D203S 热释电红外线传感器采用管键标记，其管脚按圆周分布，管脚排列顺序是：从管顶往下看，自管键开始沿逆时针方向依次是第1、2、3脚。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9—10um ，而探测元件的波长灵敏度在0.2—20um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7—10um ，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
（3）三极管
图4-7 三极管管脚示意图
4.2检测各元器件
元器件的检测是个不可或缺的环节，这一环节的细节会影响到后面的焊接与调试。检测元器件，并不仅仅只是检测其好坏和规格大小是否与标注的吻合，更重要的是我们要安大小类型分类，这样会对接下来的焊接过程起到事半功倍的作用。个元器件的测量方法有所不同，主要用到的测量工具就是万用表。下面将介绍几种原
件的测量方法：
1. 电阻的测量
现在常用的电阻都是色环电阻，色环电阻的阻值是以色环的形式标注的，器读数方法也比较通俗易懂，一种颜色代表一个数值，每种颜色代表的数值如下表：
表4-2 电阻色环颜色读数
图4-8 色环电阻的阻值读数
色环电阻通常有四环和五环，两种电阻的读数方法大致相同，四环电阻的阻值的表示法规则是第一道环表示第一位有效数，第二道环表示第二位有效数，第三道环表示倍乘数，第四道环表示允许的误差百分比。五环电阻的阻值的表示法规则是第一，二，三道环分别表示第一，二，三位有效数字，第四道环表示倍乘数，第五道环表示允许的误差百分比。
通过以上方法可以很准确的读出色环电阻的阻值，然后将万用表打到欧姆档，测量出该电阻的实际阻值。如果测量结果与色环所表示得阻值在允许的误差范围内，则这个电阻是好的，否则，可得出此电阻已损坏。
2. 二极管的检测
二极管测量的方法是先把拨到“欧姆”档（通常用R ×100或R ×1K ），然后用分别接到二极管的两个极上去。当表内的电源使二极管处于正向接法时，二极管导通，阻值较小（几十欧到几千欧的范围），这就告诉我们黑表笔接触的时二极管的正极；红表笔接触的时二极管的负极；当表内的电源使二极管处在反向接法时，二极管截止，阻值很大（一般为几百千欧），这就告诉我们黑表笔接触的是二极管的负极，红表笔接触的是二极管的正极。
在用欧姆挡的R ×100档位和R ×1K 档位测量同一只二极管的正向电阻时，测得
的阻值是不同的。这是由于R ×100和R ×1K 两种量程所对应的等效内阻r 不同，在电源电压E 不变时，流过表头的电流也不同的缘故。
如果的表笔接二极管两端正反接都不动说明二极管击穿了，如果正反接都是0欧姆说明二级管内部短路都是坏的。测二极管有阻值说明是好的。
3. 三极管的检测
(1)测 NPN 三极管
将万用表欧姆挡置 "R × 100" 或 "R × lk" 处, 把黑表笔接在基极上, 将红表笔先后接在其余两个极上, 如果两次测得的电阻值都较小, 再将红表笔接在基极上, 将黑表笔先后接在其余两个极上, 如果两次测得的电阻值都很大, 则说明三极管是好的。
(2)测 PNP 三极管
将万用表欧姆挡置 "R × 100" 或 "R × lk" 处, 把红表笔接在基极上, 将黑表笔先后接在其余两个极上, 如果两次测得的电阻值都较小, 再将黑表笔接在基极上, 将红表笔先后接在其余两个极上, 如果两次测得的电阻值都很大, 则说明三极管是好的。
当三极管上标记不清楚时, 可以用万用表来初步确定三极管的好坏及类型 (NPN 型还是 PNP 型 ),并辨别出e 、b 、c 三个电极。测试方法如下 :
(3)用指针式万用表判断基极 b 和三极管的类型
将万用表欧姆挡置 "R × 100" 或"R ×lk" 处, 先假设三极管的某极为" 基极", 并把黑表笔接在假设的基极上, 将红表笔先后接在其余两个极上, 如果两次测得的电阻值都很小(或约为几百欧至几千欧 ),则假设的基极是正确的, 且被测三极管为 NPN 型管；同上, 如果两次测得的电阻值都很大( 约为几千欧至几十千欧 ), 则假设的基极是正确的, 且被测三极管为 PNP 型管。如果两次测得的电阻值是一大一小, 则原来假设的基极是错误的, 这时必须重新假设另一电极为" 基极" ，再重复上述测试。
(4)判断集电极c 和发射极e
仍将指针式万用表欧姆挡置 "R × 100"或"R × 1k" 处, 以NPN 管为例, 把黑表笔接在假设的集电极c 上, 红表笔接到假设的发射极e 上, 并用手捏住b 和c 极 ( 不能使b 、c 直接接触 ), 通过人体 , 相当 b 、 C 之间接入偏置电阻 , 如图 5-27(a) 所示。读出表头所示的阻值 , 然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻
值比第二次小 , 说明原假设成立 , 因为 c 、 e 问电阻值小说明通过万用表的电流大 , 偏置正常。其等效电路如图5-27(b) 所示 , 图中VCC 是表内电阻挡提供的电池 ,R为表 内阻 ,Rm 为人体电阻。
用数字万用表测二极管的挡位也能检测三极管的PN 结, 可以很方便地确定三极管的好坏及类型, 但要注意, 与指针式万用表不同, 数字式万用表红表笔为内部电池的正端。例:当把红表笔接在假设的基极上, 而将黑表笔先后接到其余两个极上, 如果表显示通〈硅管正向压降在 0.6V 左右 ), 则假设的基极是正确的 , 且被测三极管为 NPN 型管。
4.3焊接前准备
1. 将某些元器件按照印制电路板中的焊盘间的距离大小进行90度折弯，为焊接做准备。
2. 准备焊接工具：电烙铁，焊锡丝，镊子，尖嘴钳，偏口钳，螺丝刀，吸锡器等。
4.4分清元件
1. 分类
找出所有元件并识别。
2. 分型号
用万用表测出各电阻的阻值，识别各瓷片电容、电解电容、二极管、三极管等元器件的型号。
注：瓷片电容的数码表示法：
一般用三位数表示，前两位表示容量有效数字，第三位表示幂指数。即“0”的个数，默认单位为pF 。1F=106uF1uF=106pF
举例：“203”=20×103=0.02uF“221”=22×101=220pF
“104”=10×104=0.1uF“103”=10×103=0.01uF“102”=10×102=1000pF
4.5焊接要领
1. 烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件（如焊脚与焊盘），烙铁一般倾斜45度，应避免只与其中一个被焊件接触。原则上是被焊件升温达到焊料的熔化温度是立即送上焊锡丝。焊接一个锡点4秒最为合适，最大不超过8秒。
2. 焊接注意事项
（1）在焊接物品时, 要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路。
（2）标准锡点
1) 锡点成内弧形。2) 锡点要圆满、光滑、无针孔、无松香渍。3) 要有线脚，而且线脚的长要在1-1.2MM 之间。 4)零件脚外形可见锡的流散性好。5) 锡将整个上锡位及零件脚包围。
4.6焊接电路板
1. 焊接电阻（共14只）
将电阻装入电路板的对应位置，尽量使各电阻的高低一致，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
2. 焊接瓷片电容（共5只）
将瓷片电容装入电路板的对应位置，保证其引脚尽量短，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
3. 焊接电解电容（共6只）
将电解电容分清“+”与“-”装入电路板的对应位置，保证电解电容上的型号标记易看可见，并紧贴PCB 板，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
4. 焊接二极管（共2只）
将二极管分清“阳极”与“阴极”装入电路板的对应位置，保证二极管上的型号标记易看可见，焊接时对最短引线的焊接时间不能超过2S ，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
5. 焊接三极管（共3只）
将三极管分清“e 引线”、“b 引线”和“c 引线”装入电路板的对应位置，将三极管装配时的高度适中即可，以避免三极管腿折断，并保证焊接时间尽可能短，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
6. 焊接热敏电阻
将热敏电阻装入电路板的对应位置，由于热敏电阻是易损元件，焊接时不允许将烙铁头直接接触热敏电阻器或靠的太近，以避免损坏热敏电阻器，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
7. 焊接集成块GC7780
将集成块小心装入电路板的对应位置，焊接时控制好烙铁，避免出现引线间连锡，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
8. 焊接传感器
将传感器罩上塑料罩后装入电路板的对应位置，焊接时管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部4mm 以上，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。
9. 焊接压电蜂鸣器
将压电蜂鸣器中心的压电陶瓷片焊在正极，金属基板焊在负极。
10. 焊接其他
将2条跳线焊接到电路板对应位置，将2跟电源线的一侧焊接到电路板对应位置，剩下的焊接到电源接口处。
4.7 电路测试
通电前，先仔细检查已焊接好的电路板，确保焊接无误。然后，用万用表的电阻挡测量正负极之间有无短路和开路现象，若不正常，应排除故障后再通电。
在电路无可调试元器件，只要元器件无损，连接无误，一般都能正常工作。 在实验室测试时，可以不必加菲涅透镜，直接用KP506B 检测人体的运动。将传感器背对人体，用手臂在传感器前移动（注意传感器的预热时间），观察发光二极管的亮暗情况，即可以知道电路的工作情况。
如电路不工作，在供电电压正常的前提下，可由前级至后逐级测量各级输出端有无变化的电压信号。以判断电路各级工作状态。在传感器无信号输出时，A1的静态输出电压为0.4～1V 之间，A2的静态输出电压为2.5、A3、A4静态输出均为低电平。若那一级有问题，排除该级的故障。
4.8组装成品
将电路板装入外壳，使用胶棒将压电蜂鸣器焊粘到金属基板上，装入电池。
4.9成品测试
将电子狗的探测窗口对准要探测的场所或物体（根据实际情况调整安装角度），打开电源开关，经过30秒左右的开机延时后，电子狗进入工作状态，当有人进入电子狗的探测范围，电子狗就会发出报警声，15秒钟左右结束，经过2秒钟左右的触发封锁时间后若又有人进入探测范围，它将再次报警。在报警的时候可以关闭电源结束报警。 使用时报警声音变小或误报率较高时，应及时更换电池。经测试，正常。
4.10 产品说明
红外线报警器对温度敏感, 温度越高的物体辐射出的红外线越强, 当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时, 就触发反警。在温度异常的情况下，也会产生误报警的情况。红外线报警器是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回
来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。
5.1 归纳 第五章 总结
在本次毕业设计的制作和论文写作的过程中，我受益匪浅。从指导老师和同学中都获得了很多我没有经历过的十分宝贵的经验。在说长不长说短不短的几个月里面，收集资料，购买材料，忙碌制作，终于这个毕业设计诞生在我的努力之中，也终于让我松了一口气，十分感谢在这几个月过程中帮助过我的老师、同学和朋友们，你们的友谊是我这一辈子都难以忘记的，是我生命中不可或缺的一部分。
制作这个“红外线报警器”考虑到的是，现在社会上，盗窃分子日益猖獗，单单的锁具已无法阻挡这些“动手能力”极强的人；锁具的不断更新，愈加复杂化，但是他们的技术也不断跟进，所以，我们必须采取一些必要的辅助条件来保护我们家庭以及财务的安全。因此红外线探测报警器应运而生。红外线探测报警器以它的简易性，赢得了诸多好评。“热能感应”：当房子空无一人时，开启报警器。有人进入房间时，报警器感应到有热度时，立即发出警报，提醒有非法进入者，也可在报警器上添加程序，让报警器在发出警报的同时也可以报警或者通知到用户的手机上，保障了财产的安全。个人觉得报警器的安装位置的好坏与否会影响到它探测的性能，正确的安装方法上面有提到。
在本次的毕业设计当中，我也发现了自己在某些方面还存在的不足。比如在最开始焊接流一个电阻的时候我没有仔细看说明书上的注意事项，差一点就把它焊接错了，这是我不够细心的体现。还有一个就是这次毕业设计之前我很少接触电烙铁，对焊接不熟悉，这是我的动手能力不强的的体现。所以我希望能在这次毕业设计之后有所改进，希望自己能够在作品完成之后有所进步。我希望自己能按照以下几点去做：
1. 在做任何事之前都应该先查看这件事情的相关要求再去做。
2. 在学习相关知识的时候，多去动手，尽力做到理论与实践相结合。
3. 作任何事情都应该要坚持到底，并且要对自己有信心。
4. 在任何时候都要具有与他人合作的团队精神。
5. 不懂就要多与他人学习，多思考。
5.2 心得体会
经过这几个月以来的努力奋斗，毕业设计终于是在我的手中圆满的完成“竣工”了。这次毕业设计对我来说意义重大，刚开始的时候，对于整个制作流程都不是很
熟悉，在整个设计过程中也面临着许许多多的困难和难题，作品也是一次又一次的失败，但是我知道这些都是不可以避免的，我不会放弃，经过我的不断努力和老师、同学们的帮助下，这些问题都得到了很好的解决，知道完成了这次的毕业设计。通过这次毕业设计，从绘制电路图到元器件的采购再到作品的制作、组装、调试，使我快速地步入了电子设计的门槛。整个制作过程是一个考验忍耐心和能力的过程，不能有一丝的急躁，一点的马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急于求成。完成作品的过程中要有克服一切困难的勇气，勇于寻找问题的根源，一次次反复的实验，才能达到我想要的目的。要做好一个作品的设计，最关键的还是要自己真正的掌握技术和理论知识，加上熟练的操作技巧。当完成这个作品的设计的时候，所有的努力和心血，都是值得的，因为我真的在此次任务中得到了许许多多未曾得到过的经验。
致谢 非常感谢陈斗老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她们给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，她们放弃了自己的休息时间，她们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向她们表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下!
通过这几个月的努力，我的毕业论文《红外线报警器的设计与制作》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益匪浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 在本论文的写作过程中，我的导师陈斗老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一次又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
写毕业论文总结报告是一次再系统学习的过程，毕业论文答辩自述的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。
在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢!
感谢各位专家的批评指导。
参考文献
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[7] 黄继昌、乔苏文、张海贵等。实用报警电路 [M ]。北京：北京人民邮电出版社,2005
湖南铁路科技职业技术学院毕业设计指导教师评阅表
电气自动化 专业 312-1 班级
湖南铁路科技职业技术学院毕业设计评阅表
电气自动化 专业 312-1 班级
评阅教师(签名) ：
湖南铁路科技职业技术学院毕业设计答辩评阅表
电气自动化 专业 312-1 班级
专业答辩组提问情况
毕业设计评定书
课 题 红外线报警器的设计与制作
编 号 [1**********]2
专 业 电气自动化
班 级 电气自动化312-1班
学生姓名 余润鸿
指导教师 陈斗
完成日期 2015年5月15日