安全论文红外报警电路的实验教学项目研制

　　随着人们自身安全意识的提高，越来越多的需要报警与监控系统来保障居住以及公共场所的安全。红外线是不可见光，具有很强的保密性和隐蔽性。因此，红外报警电路以其简单高效安全的特点，广泛应用于各类安防系统中。而报警电路是模拟电子技术课程的必修课，培养电子专业学生利用模拟电路知识进行实际应用设计的能力，是电子电工实验教学的主要目的。

　　【摘要】分析红外报警电路的原理及特点，设计简易红外报警电路，根据教学的实际需要，选用适合实验教学的电子器件组合硬件电路，并进行Protues仿真测试。实验教学结果表明，所设计的红外报警电路安全可靠，有利于实验教学。

　　【关键词】红外报警,实验教学,Protues

　　1.引言

　　结合红外报警装置需求量大的实际情况，设计简易的红外报警电路进行电子实验教学，有利于提高学生的学习实践能力，将所学的知识运用到实际当中。考虑到成本以及教学学时的限制，先基于Protues进行电路仿真测试，再采用常用实验电子器件搭建硬件平台，不仅使学生学习了软件仿真方法，而且提高了硬件设计的能力。

　　实验教学的目的主要是学习掌握红外收发对管的工作特性，学习由运放构造电压比较器的方法，了解稳压管的工作原理及特性，掌握蜂鸣器的使用方法。

　　2.红外报警电路设计

　　2.1系统整体结构设计

　　如图1所示，红外报警电路主要包括两个模块，光检测电路模块和警铃驱动电路模块。光检测电路用于检测区域内是否有障碍物，警铃驱动电路主要是根据检测的结果判断是否进行报警。

　　2.2光检测电路设计

　　光检测模块主要由红外收发对管、分压电阻、集成运放、以及稳压电路构成，具体电路如图2所示。

　　当没有障碍物进入监视区时，即红外对管D1、D2间无障碍物时，D2可以接收到D1发出的红外光，D2反相导通，RD2很小，相应U1i+很小，运放U1满足U1i+>U1i-，U1o=-12V。稳压管D3正向导通，U2i+约为-0.7V。

　　当障碍物进入监视区时，红外线被遮挡，D2无法接收到D1发出的红外光，D2反相截止，U1i+增大至约为4V，此时运放U1满足U1i+光检测电路主要实现将D1、D2间是否出现障碍物的情况反映到电压U2i+上，方便警铃驱动电路工作。

　　2.3警铃驱动电路设计

　　警铃驱动电路主要包括电阻、运放、三极管以及蜂鸣器等构成，具体电路如图3所示。

　　当没有障碍物进入监视区时，即稳压管D3正向导通，U2i+约为-0.7V时，U2i+经电压跟随器到三极管Q1的基极，三极管发射结反相偏置，Q1工作在截止区，蜂鸣器不工作。

　　当障碍物进入监视区时，即稳压管D3反相导通，U2i+约为+4.4V时，经过运放U2构成的电压跟随器，将电压全部引到三极管Q1的基极，使Q1工作在饱和状态，驱动蜂鸣器工作发声。U2构成的电跟随器具有阻抗匹配和隔离作用。

　　警铃驱动电路的作用主要是将U2i+的电压变化反映到蜂鸣器的工作状态，从而实现报警的功能。

　　3.红外报警电路器件选取及原理

　　3.1红外收发对管

　　红外发光管：发出波长约为940mm的红外光，正向电压下工作，正向特性与普通二极管相同。

　　红外接收管：主要用于接收红外发光管产生的红外线光波。通常采用黑色树脂封装。管体顶端有一个小斜切平面，带有这个斜切平面的一侧引脚为负极。接收管应反相连接在电路中，它在接受和不接受红外线时电阻会发生明显的变化。

　　3.2运算放大器

　　LM741是一种应用非常广泛的通用运算放大器，红外报警电路设计中主要利用集成运放的非线性特性。集成运放工作在非线性区时，输出电压不再随输入电压线性增长，而是达到饱和。LM741引脚图如图4所示。

　　红外报警电路设计时利用运放的非线性特性，构造了电压比较器和电压跟随器，分别如图5和图6所示。

　　有障碍物进入监视区时，U1i+>U1i-，则U1o输出正饱和电压；无障碍物进入监视区时，U1i+电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。在电路中利用LM741运放构成的电压跟随器起隔离的作用，电路将输出电压全部引入到集成运放的反相输入端，使比例系数等于1，且集成运放的净输入电压和净输入电流均为0，U2o=U2i+。

　　3.3稳压二极管

　　稳压管是利用反向击穿区的稳压特性进行工作的，因此稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压，不同类型稳压管的稳定电压也不一样。红外报警电路中使用4.7V的稳压管。由稳压管构成的稳压电路如图7所示。

　　稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示：

　　显然，对于同样的电流变化量ΔI，稳压管两端的电压变化量ΔU越小，动态电阻越小，稳压管性能就越好。稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大，动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合适。电路中使用的是IN4732A稳压管：最大功耗为1W，稳定电压为4.7V，可以算出最大电流为：

　　3.4蜂鸣器及其驱动电路

　　电路设计中使用的是有源蜂鸣器，接通一个大约5V的直流电源就可以工作。三极管起开关作用，基极高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管截止，蜂鸣器停止发声。实验使用的是9013三极管，9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，蜂鸣器驱动电路图如图8所示。

　　4.仿真结果及硬件平台

　　通过电路设计以及器件的选型，利用Pro-tues虚拟仿真软件进行电路仿真，得到结果与分析一致，具体仿真电路图如图9所示。

　　为便于学生独立设计电路，采用基于面包板的硬件平台搭建，方便实验教学。硬件图如图10所示。

　　5.总结

　　红外报警电路简单安全，方便学生自己进行设计与仿真，提高了实验教学的效率。将模拟电路知识与实际应用相结合，很好的激发了学生的学习兴趣，有助于实验教学进程的推进。红外报警电路应用广泛，联系知识紧密，很好提高了动手能力，经过实验教学试验，得到良好的效果。

　　参考文献

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　　[2]徐倩，谭子尤.基于单片机控制的红外线报警系统的设计[J].怀化学院学报，200827（8）：60-62.

　　[3]高秀娥.电工电子实验教学新思路[J].实验科学与技术，2004（1）：87-88.

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