紅外線電子防護網設計
2008-04-12 00:00:00王國志張元敏
現代電子技術 2008年14期
摘 要：主要介紹一種由振蕩電路、計數器、譯碼器、紅外發射及接收電路、編碼器、比較器、報警電路等組成的紅外線電子防護網系統。整個設計結合數、模電子設計方法，將系統總體方案分割成若干相對獨立的功能部件，直接選擇合適器件，然后按功能要求拼接組合構成完整的數字系統，并進行仿真。結果表明方案完全達到設計要求。
關鍵詞：紅外線；電子防護；試湊法；EDA
Design of Infrared Electronic afeguard
WANG Guozhi，ZANG Yuanmin
(College of Electrical and Information Engineering，Xuchang University，Xuchang，461000，China)[J12/3]
[JP2]Abstract：he infrared electronic safeguard system，which mainly consists of monofier，counter，encoder，emitting receiving circuit，comparator，alarming circuit，are introduced in the paperhe whole project is parted as some relatively unattached units by means of design method of simulantdigital technology，the right elements are selected to build up the whole system in the light of function request，then the system has been simulatedhe result indicates that the project completely accords with request[JP]
Keywords：infrared;electronic safeguard;pieceable method;EDA
1 紅外線電子防護網系統
紅外電子防護網是用于家居窗戶防盜的防盜系統，由振蕩電路、計數器、譯碼器、放大電路、紅外發射及接收電路、編碼器、比較器、報警系統等組成，如圖1所示。
2 元件及單元電路
整個設計結合數、模電子設計方法，將系統總體方案分割成若干相對獨立的功能部件，直接選擇合適的器件，最后把這些器件按功能要求拼接組合起來，構成完整的數字系統。
21 多諧振蕩器
多諧振蕩器由2個非門D1，D2、電阻R1，可調電阻R2和電容C1組成。R1選用1/4 W碳膜電阻器，C1選用耐壓值為2 V，01 μF的電解電容器，如圖2所示。
多諧振蕩器工作后，從D2的輸出端輸出的頻率為167 z的振蕩信號輸入計數器。
22 計數器
由于集成計數器具有體積小、功耗低、功能靈活等優點，所以本設計選用集成計數器74161統計多諧振蕩器輸出的時鐘脈沖，即實現計數操作。74161是4位二進制同步加計數器，由圖3可知，CLRN是異步清零控制端，LDN為同步置數控制端，ENP和EN為計數控制端，A～D為預置數據輸入端，QA～QD為輸出端，RCO為進位輸出端(RCO=ENQAQBQCQD)。
該計數器的主要功能有：異步清零功能：CLRN=0時，計數器被清零；同步并行置數功能：CLRN =1，LDN=0且有時鐘脈沖CLK上升沿時，A～D輸入端的數據將分別被QA～QD所接收，且A～D的數據同時被置入計數器；計數功能:當LDN=CLRN=EN=ENP=1時，CLK端輸入計數脈沖時，計數器進行二進制計數；保持功能：當LDN=CLRN =1時，且EN和ENP中有一個為0時，計數器保持原狀態不變，當ENP=0，EN=1時，進位輸出RCO保持不變，而當EN=0時，不管ENP狀態如何，進位輸出RCO=0。[JP]
23 譯碼器
譯碼器的作用是將二進制碼轉化為對應的高低電平。本設計采用集成譯碼器74138，譯碼器有3個輸入A，B，C，可譯出8個輸出信號Y0N～Y7N。根據試湊法把計數器、譯碼器和放大電路按功能要求連接起來，如圖4所示。
圖4中74138的8個輸出端Y0N～Y7N后面都接同樣的電路，即圖中74138的輸出端一共接有8個非門，8個放大電路24 紅外發射及接收電路
紅外發射電路由紅外發射二極管VD1～VD8和限流電阻及共射極放大電路組成；紅外接收電路由紅外接收二極管VD1′～VD8′和共射極放大電路組成。由于二極管電流只有幾毫安，因此需要在紅外發射電路和紅外接收電路中加上三極管來放大電流，為避免電流過大使二極管擊穿，二極管前接1個限流保護電阻。
在紅外接收電路中，當沒有紅外光發射時，三極管處于截止狀態，Rc處無電流通過。當有紅外光發射時二極管VD1′接收紅外光，此時三極管V9導通，Rc處有電流能過，如圖所示。
紅外發射電路如圖4中的放大電路部分所示，經過計數器計數、譯碼器譯碼、放大器放大后由紅外發射二極管向外發射紅外信號。
多諧振蕩器在接通電源后開始振蕩，其輸出的方波信號經過計數器計數、譯碼器譯碼、放大器放大后由紅外發射二極管VD1～VD8從被防護物一端發射紅外信號，被防護物另一端的紅外接收二極管VD1′～VD8′對紅外線信號進行接收，因此在紅外發射二極管和紅外接收二極管之間形成1個由8條肉眼看不見的紅外線構成的紅外線防護網。2 編碼器
由于優先編碼器允許同時輸入2個或多個的編碼信息，所以本系統采用集成電路8線[CD2]3線優先編碼器74148，它可將紅外接收電路中輸出電平轉化為對應的二進制碼。紅外接收電路與74148的連接電路圖如圖6所示，圖中輸入端0N～7N都接在一個如同0N端連接的電路。由于篇幅有限，圖中只畫出了0N端連接的電路而省略了其他7個輸入端的連接電路。
26 比較器
本設計選用748四位二進制數大小比較器。由計數器、譯碼器與比較器連接而成的電路如圖7所示。
27 報警電路
報警系統由74161計數器，單穩態觸發器和警笛聲報警音源電路組成。單穩態觸發器由NE時基集電路及阻容元件組成，如圖8所示。單穩態觸發器由NE時基集電路及阻容元件組成，電阻選用1/4 W碳膜電阻器，C2~C3均選用耐壓值為16 V的電解電容器。
警笛聲報警音源電路由KD961模擬聲響集成電路和1個晶體管、1個揚聲器BL組成，如圖8右側所示，KD961可發出警笛聲響信號并由3腳輸送給V18，使之驅動揚聲器發出報警聲響。R20為外接振蕩電阻，調節R20的阻值可改變音調。V19為電子開關供報警控制用，當V19的基極輸入端有高電平控制信號輸入時導通，電路工作發出警報聲。
系統電路中，當接通電源后由門電路構成的多諧振蕩器在接通電源后開始振蕩，其輸出的方波信號經過計數器計數，譯碼器譯碼，放大器放大后輸出，驅動紅外發射二極管向外發射紅外脈沖光束。窗戶另一端的紅外接收二極管對紅外線信號進行接收。這樣，在紅外發射二極管和紅外接收二極管之間形成1個由8條肉眼看不見的紅外線構成的紅外線防護網。當入侵者穿越紅外光線時，計數器開始計數。當計數器輸出為0100時，NE受觸發發生翻轉，3腳輸出高電平。KD961得電后開始工作，其輸出的報警信號經V放大后，推動揚聲器發出持續 min響亮的警笛報警聲。
3 仿真及結果
由以上各元件、電路連接后，在EDA中在進行仿真設計，仿真圖如圖9所示。仿真波形圖如圖10所示，由圖中可以看出，當有4根紅外光線被連續截斷時，即譯碼器有4個輸出信號沒有被編碼器接到時，計數器的輸出端N的波形圖中出現一個上升沿脈沖，即截斷4根[LL]紅外線，系統就會自動報警。當有根紅外光線被連續截斷時，計數器的輸出端N的波形圖中會出現一個高電平，系統也會自動報警。當有1～3根紅外光線被連續截斷時，計數器的輸出端N的波形圖中為低電平，即系統不報警，從而驗證本設計完全符合設計要求。
4 結 語
紅外線電子防護網系統的元件選擇及電路設計運用數、模電子技術，并結合EDA仿真完成測試、修改、論證，使各項指標均達到設計要求。系統均采用最基本、最常見的元器件來實現即定功能，具有經濟、科學、高效、靈敏性高、探測準確、報警可靠等特點，特別適用于一般家庭的防盜。
參 考 文 獻[J2]
［1］孫肖子，鄧建國電子設計指南［M］北京：高等教育出版社，2006
［2］張慶雙實用電子電路200例［M］北京：機械工業出版社，200
［3］黃繼昌實用報警電路［M］北京：機械工業出版社，2003
［4］胡斌圖表細說元器件及實用電路［M］北京：電子工業出版社，2006
［］王昊通用電子元器件的選用與檢測［M］北京：電子工業出版社，2006
［6］潘松，黃繼業EDA技術實用教程［M］北京：科學出版社，2002
