摘 要：主要介紹一種由振蕩電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、紅外發(fā)射及接收電路、編碼器、比較器、報(bào)警電路等組成的紅外線電子防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)。整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)、模電子設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)總體方案分割成若干相對獨(dú)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(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真。結(jié)果表明方案完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：紅外線；電子防護(hù)；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(hù)網(wǎng)系統(tǒng)

紅外電子防護(hù)網(wǎng)是用于家居窗戶防盜的防盜系統(tǒng)，由振蕩電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、放大電路、紅外發(fā)射及接收電路、編碼器、比較器、報(bào)警系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

2 元件及單元電路

整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)、模電子設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)總體方案分割成若干相對獨(dú)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(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。

21 多諧振蕩器

多諧振蕩器由2個(gè)非門D1，D2、電阻R1，可調(diào)電阻R2和電容C1組成。R1選用1/4 W碳膜電阻器，C1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(jì)數(shù)器。

22 計(jì)數(shù)器

由于集成計(jì)數(shù)器具有體積小、功耗低、功能靈活等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選用集成計(jì)數(shù)器74161統(tǒng)計(jì)多諧振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖，即實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作。74161是4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器，由圖3可知，CLRN是異步清零控制端，LDN為同步置數(shù)控制端，ENP和EN為計(jì)數(shù)控制端，A～D為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，QA～QD為輸出端，RCO為進(jìn)位輸出端(RCO=ENQAQBQCQD)。

該計(jì)數(shù)器的主要功能有：異步清零功能：CLRN=0時(shí)，計(jì)數(shù)器被清零；同步并行置數(shù)功能：CLRN =1，LDN=0且有時(shí)鐘脈沖CLK上升沿時(shí)，A～D輸入端的數(shù)據(jù)將分別被QA～QD所接收，且A～D的數(shù)據(jù)同時(shí)被置入計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)功能:當(dāng)LDN=CLRN=EN=ENP=1時(shí)，CLK端輸入計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行二進(jìn)制計(jì)數(shù)；保持功能：當(dāng)LDN=CLRN =1時(shí)，且EN和ENP中有一個(gè)為0時(shí)，計(jì)數(shù)器保持原狀態(tài)不變，當(dāng)ENP=0，EN=1時(shí)，進(jìn)位輸出RCO保持不變，而當(dāng)EN=0時(shí)，不管ENP狀態(tài)如何，進(jìn)位輸出RCO=0。[JP]

23 譯碼器

譯碼器的作用是將二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的高低電平。本設(shè)計(jì)采用集成譯碼器74138，譯碼器有3個(gè)輸入A，B，C，可譯出8個(gè)輸出信號Y0N～Y7N。根據(jù)試湊法把計(jì)數(shù)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(gè)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(gè)非門，8個(gè)放大電路24 紅外發(fā)射及接收電路

紅外發(fā)射電路由紅外發(fā)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(fā)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(gè)限流保護(hù)電阻。

在紅外接收電路中，當(dāng)沒有紅外光發(fā)射時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，Rc處無電流通過。當(dāng)有紅外光發(fā)射時(shí)二極管VD1′接收紅外光，此時(shí)三極管V9導(dǎo)通，Rc處有電流能過，如圖所示。

紅外發(fā)射電路如圖4中的放大電路部分所示，經(jīng)過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、譯碼器譯碼、放大器放大后由紅外發(fā)射二極管向外發(fā)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(jīng)過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、譯碼器譯碼、放大器放大后由紅外發(fā)射二極管VD1～VD8從被防護(hù)物一端發(fā)射紅外信號，被防護(hù)物另一端的紅外接收二極管VD1′～VD8′對紅外線信號進(jìn)行接收，因此在紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間形成1個(gè)由8條肉眼看不見的紅外線構(gòu)成的紅外線防護(hù)網(wǎng)。2 編碼器

由于優(yōu)先編碼器允許同時(shí)輸入2個(gè)或多個(gè)的編碼信息，所以本系統(tǒng)采用集成電路8線[CD2]3線優(yōu)先編碼器74148，它可將紅外接收電路中輸出電平轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的二進(jìn)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(gè)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(gè)輸入端的連接電路。

26 比較器

本設(shè)計(jì)選用748四位二進(jìn)制數(shù)大小比較器。由計(jì)數(shù)器、譯碼器與比較器連接而成的電路如圖7所示。

27 報(bào)警電路

報(bào)警系統(tǒng)由74161計(jì)數(shù)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和警笛聲報(bào)警音源電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由NE時(shí)基集電路及阻容元件組成，如圖8所示。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由NE時(shí)基集電路及阻容元件組成，電阻選用1/4 W碳膜電阻器，C2~C3均選用耐壓值為16 V的電解電容器。

警笛聲報(bào)警音源電路由KD961模擬聲響集成電路和1個(gè)晶體管、1個(gè)揚(yáng)聲器BL組成，如圖8右側(cè)所示，KD961可發(fā)出警笛聲響信號并由3腳輸送給V18，使之驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響。R20為外接振蕩電阻，調(diào)節(jié)R20的阻值可改變音調(diào)。V19為電子開關(guān)供報(bào)警控制用，當(dāng)V19的基極輸入端有高電平控制信號輸入時(shí)導(dǎo)通，電路工作發(fā)出警報(bào)聲。

系統(tǒng)電路中，當(dāng)接通電源后由門電路構(gòu)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(jīng)過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，譯碼器譯碼，放大器放大后輸出，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管向外發(fā)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(jìn)行接收。這樣，在紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間形成1個(gè)由8條肉眼看不見的紅外線構(gòu)成的紅外線防護(hù)網(wǎng)。當(dāng)入侵者穿越紅外光線時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為0100時(shí)，NE受觸發(fā)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平。KD961得電后開始工作，其輸出的報(bào)警信號經(jīng)V放大后，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出持續(xù) min響亮的警笛報(bào)警聲。

3 仿真及結(jié)果

由以上各元件、電路連接后，在EDA中在進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，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(dāng)有4根紅外光線被連續(xù)截?cái)鄷r(shí)，即譯碼器有4個(gè)輸出信號沒有被編碼器接到時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出端N的波形圖中出現(xiàn)一個(gè)上升沿脈沖，即截?cái)嗒?根[LL]紅外線，系統(tǒng)就會自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)有根紅外光線被連續(xù)截?cái)鄷r(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出端N的波形圖中會出現(xiàn)一個(gè)高電平，系統(tǒng)也會自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)有1～3根紅外光線被連續(xù)截?cái)鄷r(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出端N的波形圖中為低電平，即系統(tǒng)不報(bào)警，從而驗(yàn)證本設(shè)計(jì)完全符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語

紅外線電子防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的元件選擇及電路設(shè)計(jì)運(yùn)用數(shù)、模電子技術(shù)，并結(jié)合EDA仿真完成測試、修改、論證，使各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)均采用最基本、最常見的元器件來實(shí)現(xiàn)即定功能，具有經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、高效、靈敏性高、探測準(zhǔn)確、報(bào)警可靠等特點(diǎn)，特別適用于一般家庭的防盜。

參 考 文 獻(xiàn)[J2]

［1］孫肖子，鄧建國電子設(shè)計(jì)指南［M］北京：高等教育出版社，2006

［2］張慶雙實(shí)用電子電路200例［M］北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200

［3］黃繼昌實(shí)用報(bào)警電路［M］北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

［4］胡斌圖表細(xì)說元器件及實(shí)用電路［M］北京：電子工業(yè)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(yè)出版社，2006

［6］潘松，黃繼業(yè)EDA技術(shù)實(shí)用教程［M］北京：科學(xué)出版社，2002