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红外二极管感应报警电路分析与制作

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楼主
ID:397955 发表于 2018-9-15 23:02 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
我们主张,电子初学者要采用万能板焊接电子制作作品,因为这种电子制作方法,不仅能培养电子爱好者的焊接技术,还能提高他们识别电路图和分析原理图的能力,为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础。
本电路能实现用手靠近红外发射管和红外接收管时,蜂鸣器发声,LED灯点亮。手移开后立即停止发声、LED灯熄灭,灵敏度非常高。
完成本作品的主要目的是为了学习红外发射管、红外接收管、双运算放大器LM358的工作原理及使用方法,同时掌握电压检测法、电阻检测法等电路调试的基本方法。
一、红外二极管感应报警电路功能介绍
该电路设计思路来源于银行自动开门关门的生活场景,人走进银行,门自动打开,离开后门自动关闭。或者说来源于肯德基等高档餐厅的水龙头,当手放在水龙头下,水自动流出,离开后水自动关闭。该电路应用的生活场景非常多,是电路设计人员必须掌握的一种电路,红外二极管感应报警电路焊接专用原理图如下:
红外二极管感应报警电路主要由红外感应电路、电压取样比较电路、声光报警电路等构成。红外感应电路由红外发射管VD1、红外接收管VD2、瓷片电容C1、C2构成。电压取样比较电路由电位器RP1、通用运算放大器LM358构成,声光报警电路由9012三极管VT1、VT2、有源蜂鸣器HA1、发光二极管LED1构成。
特别要说明的是本电路焊接成功后,必须调试后才能达到相应的效果,只有弄懂了红外感应电路的工作原理后才能调试相关的参数,具体调试方法如下。
通上5V电源,红外发射管VD1导通,发出红外光(眼睛是看不见的),如果此时没有用手挡住光,则红外接收管VD2没有接受到红外光,红外接收管VD2仍然处于反向截止状态。红外接收管VD2负极的电压仍然为高电平,并送到LM358的3脚。
LM358的2脚的电压取决于电位器RP1,只要调节电位器RP1到合适的位置(用万用表测量LM358的2脚的电压大概为2.5V左右),就能保证LM358的3脚的电压大于LM358的2脚的电压,根据比较器的工作原理,当V+ > V-的时候, LM358的1脚就会输出高电平,并通过限流电阻R3送到PNP型三极管VT1、VT2的基极,致使三极管VT1、VT2截止,蜂鸣器HA1不发声,发光二极管LED熄灭。
当用手靠近红外发射管VD1时,将红外光档住并反射到红外接收管VD2上,红外接收管VD2接受到红外光,立刻导通,使得红外接收管VD2负极的电压急速下降,该电压送到LM358的3脚上。
此时,LM358的3脚电压下降到低于2脚的电压,根据比较器的工作原理,V+ < V-的时候, LM358的1脚就会输出低电平,并通过限流电阻R3送到PNP型三极管VT1、VT2的基极,致使三极管VT1、VT2导通,蜂鸣器HA1发声,发光二极管LED1点亮。
通过以上调试,就可以实现当手移动到红外发射管VD1和红外接收管VD2的上面时,蜂鸣器发声,发光二极管点亮。当手离开红外发射管VD1和红外接收管VD2的上面时,蜂鸣器停止发声,发光二极管熄灭,产生了感应手的效果。
二、红外二极管感应报警电路安装与调试
1、根据原理图,列出元器件清单
序号
名称
代号
规格
数量
1
电阻
R1
300
1
2
电阻
R2
30K
1
3
电阻
R3,R4
1K
2
4
电位器
RP1
10K(103)
1
5
瓷片电容
C1,C2
0.1uf(104)
2
6
红外发射管
VD1
5mm
1
7
红外接收管
VD2
5mm
1
8
发光二极管
LED1
3mm
1
9
蜂鸣器
HA1
有源5V
1
10
三极管
VT1,VT2
9012
2
11
通用运放
U1
LM358
1
12
IC座

DIP8P
1
13
单排针
J1,J2
1*4PIN2.54mm
2
14
万能板

7*9CM
1
15
拖焊专用铜导线

0.5铜导线
2
16
拖焊专用焊锡

凯纳0.8
2
17
焊接专用图纸
高清原理图
A4
1
2、元件识别与检测
本电路使用了电阻、电容、发光二极管、电位器、三极管、蜂鸣器、火焰传感器(红外接收二极管)、双运算放大器LM358集成芯片等元器件构成。
(1)电阻,本电路使用了3种色环电阻,300欧姆的电阻上面的5条色环分别为橙黑黑黑棕,1K欧姆的电阻上面的5条色环分别为棕黑黑棕棕,30K欧姆的电阻上面的5条色环分别为橙黑黑红棕。
(2)无极性电容,常见的有瓷片电容。本电路中使用了1种瓷片电容,电容上面标示了“104”的表示电容容量是0.1UF。
(3)发光二极管,其引脚有正负之分,一般长的为正,短的为负。也可以从内部看到,接触面小的为正,接触面大的为负。外边有切口的为负,另一边就为正。
(4)电位器是可调电阻的一种,通常是由电阻体与转动或滑动系统组成,即靠一个动触点在电阻体上移动,获得部分电压输出。
电位器的电阻体有两个固定端,通过手动调节转轴或滑柄,改变动触点在电阻体上的位置,则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值,从而改变了电压与电流的大小。本电路使用1个10K的蓝白可调电位器,电位器表注了“103”字样,当把电位器1脚接正电源,2脚接负电源,也就是地,3脚作为输出,这样就构成了电压取样电路。
(5)三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管,晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号, 也用作无触点开关,俗称开关管。套件中使用的是PNP型的三极管9012,当把有字的面向自己,引脚朝下,从左往右排列是发射极E,基极B,集电极C。如下图所示。
三极管的引脚图
(6)蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型,在电路中用字母组合HA表示。蜂鸣器还可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器,这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。也就是说,有源蜂鸣器内部带震荡源,所以只要通电就会发声。而无源蜂鸣器内部不带震荡源,所以如果用直流电信号无法令其鸣叫,必须用1K-5K的方波去驱动它才能发出不同频率的声音。有源蜂鸣器比无源蜂鸣器的成本要高,因为有源蜂鸣器里面多个震荡电路。无源蜂鸣器便宜,声音频率可控,可以做出“多来米发索拉西”的效果。
本电路设计采用电磁式5V有源蜂鸣器,由于蜂鸣器的工作电流一般比较大,以致于一般的TTL电压无法直接驱动,所以要利用放大电路来驱动,一般使用三极管构成驱动电路。
(7)火焰传感器,本电路采用的火焰传感器可以用红外接受二极管代替,可以检测火焰或者波长在760纳米~1100纳米范围内的光源,探测角度60度左右,对火焰光谱特别灵敏,性能稳定,工作电压5V,火焰传感器探头的工作温度为-25摄氏度到85摄氏度,在使用过程中一定要注意火焰传感器探头离火焰的距离不能太近,以免造成损坏。
(8)双运算放大器LM358,内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式,引脚功能如下:
LM358引脚功能排列
LM358引脚功能介绍
1脚:第一运放输出端
2脚:第一运放反向输入端
3脚:第一运放同向输入端
4脚:接地端
5脚:第二运放同向输入端
6脚:第二运放反向输入端
7脚:第二运放输出端
8脚:正电源引脚
本电路设计利用了LM358中的其中一个运算放大器构成电压比较器,信号从第一运放反向输入端(2脚)和同向输入端(3脚)输入,经比较后由第一运放输出端(1脚)输出。如果3脚电压大于2脚电压,则1脚输出高电平;如果3脚电压小于2脚电压,则1脚输出低电平。
3、红外二极管感应报警电路安装与调试
根据红外二极管感应报警电路焊接原理图和PCB布局图,按照从左到右,按照红外感应电路、电压取样比较电路、声光报警电路的顺序安装。红外二极管感应报警电路PCB布局图如下所示。
焊接完成的电路实物图如下:
红外感应电路产品图正面
    图中红外发射管(左边白色的)和红外接收管(右边黑色的)已经用黑电胶布把包好,包好后很难分清颜色。特别要说明的红外接收管(右边黑色的)是反向接法,负极接正电压,正极接地,和稳压二极管的接法一样,可别接错哦。
红外感应电路产品图反面走线
如果没有实现预定的功能,请从下面几个方面进行检修与调试:
(1)观察法:检查每个元件是否安装正确,特别是红外发射二极管和红外接受二极管是否用黑电胶布包好,只留下顶端,否则肯定调试不成功。
还有红外发射二极管和红外接受二极管必须依靠在一起,垂直向上,可以做“八”字倾斜一点点,目的是能良好地将红外光反射到接受二极管顶端。双运算放大器LM358是否安装正确,三极管9012三个引脚E、B、C是否正确等,发光二极管的正负极性是否正确。
(2)电阻法:根据原理图检查线路是否正常连通,可用万用表检测每条线路是否导通。电子初学者,焊接的线路多有虚焊、漏焊、假焊,电路搭建错误等情况,所以首先检查每条线路是否焊接好,也就是电气性能是否保证。
(3)电阻法:检测每处GND是否和电源负极接头是否连通;检测每处VCC是否和电源接头是否连通。比如LM358的8脚是否连接了VCC,4脚是否连接了GND。
(4)如果上面的步骤检测没有问题的故障基本能解决。特别说明,我们在设计电路的时候,电位器采用默认的中间位置时,电路不经过调试就能正常工作。如果不能正常工作,请根据原理图,采用下面的调试方法进行调试。
通上5V直流电压,用万用表测LM358的3脚电压,并用手放到红外发射管和红外接收管上面,造成红外接收管能接收反射的红外光,记下此时的电压值(我们制作的产品的电压值大概是1V左右)。然后拿开手后,再记下此时的电压值(我们制作的产品的电压值大概是3V左右)。
上面的调试步骤就是为了得到LM358的3脚电压值的变化范围,然后用万用表测LM358的2脚电压,调节电位器RP1,使得LM358的2脚电压在2.5V左右,目的是使得LM358的2脚电压处于LM358的3脚电压变化范围(1V-3V)之间。调试完成后,可以稳定的用手遮挡调试,性能非常稳定。
(5)特别注意:用手机的照相功能能看到红外光,因此可以借助于手机的照相机查看红外发光电路是否正常。
(6)因为火中含有大量的红外光,因此可以用打火机打火检查红外接收电路是否正常。
(7)其他部分电路需要用万用表测量电压或者电阻,判断是否正常。
我是江西冶金职业技术学院的刘昆山老师,请关注微公号:电工电子技术(dgdzjs),我们会定期分享电子入门级别的文章给您

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沙发
ID:405242 发表于 2018-10-4 10:19 | 只看该作者
收益了,谢谢,正需要设计一个电路
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板凳
ID:491875 发表于 2019-5-17 12:11 | 只看该作者
这个电路的C1,C2,V2都是多余的。LED1的阴极完全可以连接到VT1的发射极而省略一只三极管VT2!因为蜂鸣器的工作电流一般都在100ma以内,LED的工作电流也仅仅几十ma!9012完全可以正常驱动!
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地板
ID:484435 发表于 2019-5-20 12:30 | 只看该作者
谢谢分享
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5#
ID:253767 发表于 2020-3-19 07:35 | 只看该作者
谢谢分享!!!
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