1、4.1 Protel99se线路板制作流程与PCB板的制作 84.1.1 Protel99se线路板制作流程 114.1.2 制作实物电板流程 124.2 电路的调试 114.2.1 系统电路的调试 114.2.2 故障的分析与解决 12结 论 13参考文献 14致 谢 15附录1 远距离红外报警器的设计与制作原理图 16附录2 远距离红外报警器的设计与制作的PCB板图 17附录2 远距离红外报警器的设计与制作实物图 17附录3 远距离红外报警器的设计与制作元器件清单 19引 言红外线可以说是我们日常生活当中到处都有的一种可见光长的电磁波，在一些生活用品上常常可以看到红外线光产品的应用，如红外
2、线摄影机、红外线感应水龙头、红外线电扇、红外线传输等。在民用市场的用途广，军事用途更是不少，如：红外线夜视镜、红外线导引炸弹之类的军用品，所以关于红外线的原理和应用让我深感好奇，决定以红外线作为这次研究的主题。红外线在我们的生活中无处不在，红外线依其具有独特的物理性质与特点被人们应用在生活的方方面面。近年来，随着改革开放的深入，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，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财政机构，价
3、格高昂，一般人们难以接受。如果再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，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，红外线声先报警器等。本文主要研究了红外线的特
4、性与现代报警电路的作用，做出了一个具有感应红外线显示报警的电路。证明了红外线无时无刻不存在我们的生活的每个角落。红外线感应报警器是红外线防盗报警器中的一个简化电路。此电路可以感应周围红外线的强弱。注意标点符号，很多“，”号都是英文状态的，而不是全角汉字状态。第一章 绪论1.1 红外知识简介（内容太多，删除一部分，简写即可）本章主要简单的介绍了红外线的基本知识，红外线的研究及发展方向及本课题的选题意义等。1.1.1 红外线的发现和本质红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试
5、图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间；中红外线，波长为1.506.0m之间；远红外线，波长为6.0l000m 之间。1.1.2 红外线的性质和特点理论分析和实验研究表明，不仅太阳光中有红外线，而且任何温度高与绝对零度的物体（如人体等）都在不停地辐射红外线。就是冰和雪，因为它们的温度也源源高与绝对零度，所以也在不断的辐射红外线。因此，红外线的最
6、大特点是普遍存在于自然界中。也就是说，任何“热”的物体虽然不发光但都能辐射红外线。因此红外线又称为热辐射线简称热辐射。 红外线和可见光相比的另一个特点是，色彩丰富多样。由于可见光的最长波长是最短波长的1倍（780nm380nm），所以也叫作一个倍频程。而红外线的最长波长是最短波长的10倍，即具有10个倍频程。因此,如果可见光能表现为7种颜色，则红外线便可能表现70种颜色，显示了丰富的色彩。红外线具有直线传播，很强的反射能力，可被不透明的物体遮挡的性质。红外线透过烟雾的性能好，这是它的又一个特点。1.1.3 红外线的应用领域一、红外通讯技术：红外通讯技术是利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一
7、种。二、红外线探测应用：红外线光感测器是利用光敏元件将光讯号转换为电讯号的感测器。三、红外线医疗应用：临床上採用局部外用红花油加远红外线照射来治疗褥疮，发现疗效好且见效快。利用远红外线对带状皰疹进行治疗，结果止痛、止皰和结痂时间均短与对照组。四、红外线在军用探测应用：红外线夜视镜可以用来观察战场上的敌人，还有在各种战机和军用侦察机上都装有红外线探测仪，来感知敌方的行动。五、红外线导引应用：红外线追热导引用（红外线热源导引）系统分辨出前方特定范围内所有物体散发出的一团团热能，进而进行追踪跟进。1.1.4 红外辐射的基本知识一 什么是远红外辐射远红外辐射也叫远红外线。太阳光线大致可分为可见光及不可
8、见光。可见光经三棱镜后会折出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线（光谱）。红光外侧的光线，在光谱中波长自0.76至1000微米的一段被称为红外光，又称红外线。红外线的波长范围很宽，人们将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域，相对应波长的电磁波称为近红外线、中红外线及远红外线。几十年前，航天科学家对处于真空、失重、超低温、过负荷状态的宇宙飞船内的人类生存条件进行调查研究，得知太阳光当中波长为 8 14微米的远红外线是生物生存必不可少的因素。因此，人们把这一段波长的远红外线称为“生命光波”。这一段波长的光线，与人体发射出来的远红外线的波长相近，能与生物体内细胞的水分子产生最有效的“共
9、振”，同时具备了渗透性能，有效地促进动物及植物的生长。二远红外线对人体的作用红外线是在所有太阳光中最能够深入皮肤和皮下组织的一种射线。由于远红外线与人体内细胞分子的振动频率接近，“生命光波”渗入体内之后，便会引起人体细胞的原子和分子的共振，透过共鸣吸收，分子之间摩擦生热形成热反应，促使皮下深层温度上升，并使微血管扩张，加速血液循环，有利于清除血管囤积物及体内有害物质，将妨害新陈代谢的障碍清除，重新使组织复活，促进酵素生成，达到活化组织细胞、防止老化、强化免疫系统的目的。所以远红外线对于血液循环和微循环障碍引起的多种疾病均具有改善和防治作用。此外，对人体内的一些有害物质，例如食品中的重金属和其它
10、有毒物质、乳酸、游离脂肪酸、脂肪和皮下脂肪、钠离子、尿酸、积存在毛细孔中化妆品残余物等，就能够借助代谢的方式，不必透过肾脏，直接从皮肤和汗水一起排出，可避免增加肾脏的负担。远红外线也和家用电器所放射出的低频电磁波不同，家用电器所释出的低频电磁波可穿墙透壁及改变人体电流的特性，而被人们高度怀疑其危害性。远红外线在人体皮肤的穿透力仅有0.01至0.1厘米，人体本身也会放出波长约9微米的远红外线，所以和低频电磁波不可混为一谈。远红外线被用在许多疾病的辅助治疗上，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥疮、烫伤及伤口不易愈合等疾病，都可以利用远红外线促进血液循环的特性，而达到辅助治疗的目的。远红外线对人体的益处：
11、1、令水分子活性化，提高身体的含氧量。2、改善微循环系统。3、促进新陈代谢4、平衡身体的酸碱度。远红外线的理疗作用科学家们发现世上任何物体都能发射红外线，只是发射波长不一样。生命科学研究证实，人体本身是一个远红外辐射源，他可以吸收及发射远红外光，它所发射5.6um-15um远红外线占总能量的整个人体50%以上。所以当远红外线照射人体时，其频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一时，引起共振效应，其能量最高且能被生物体所吸收，使皮下组织深层部位的温度升高，产生的热效应使水分子活化，处于高能状态，加速人体需要的生物酶的合成，同时活化蛋白质等生物分子，从而增强机体免疫力和生物细胞的组织再生
12、能力，加速供给养分和酵素，促进身体健康。众所周知，当两段波长相等相互作用时，就会产生共振现象，而人体是生物体，人体70%80%以是水分子组成的，在共振作用下，首先激活了水分子的振动能级，而产生一系列生理的反应，通过科学检测，远红外线的热效应和使人体共振吸收后主要产生以下几方面功能：1、激活了生物大分子的活性。2、促进和改善血液循环。3、增强新陈代谢。4、提高人体免疫功能。5、具有消炎，消肿的作用。6、镇痛作用。1.1.5 电磁波谱在空间传播着的交变电磁场，即电磁波。它在真空中的传播速度约为每秒30万公里。电磁波包括的范围很广。实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线都是电磁波。
13、它们的区别仅在于频率或波长有很大差别。光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X射线和射线的频率则更高，波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱。依照波长的长短以及波源的不同，电磁波谱可大致分为：（1）无线电波波长从几千米到0.3米左右，一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波；（2）微波波长从0.3米到10-3米，这些波多用在雷达或其它通讯系统；（3）红外线波长从10-3米到7.810-7米；红外线的热效应特别显著；（4）可见光这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。可见光的波长范围很窄，大约在760
14、0 4000（在光谱学中常采用埃作长度单位来表示波长，1108厘米）、从可见光向两边扩展，波长比它长的称为红外线，波长大约从7600直到十分之几毫米。波长从（783.8）10-6厘米。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波极少的那一部分；（5）紫外线波长比可见光短的称为紫外线，它的波长从310-7米到610-10米，它有显著的化学效应和荧光效应。这种波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应最强；红外线和紫外线都是人类看不见的，只能利用特殊的仪器来探测。无论是可见光、红外线或
15、紫外线，它们都是由原子或分子等微观客体激发的。近年来，一方面由于超短波无线电技术的发展，无线电波的范围不断朝波长更短的方向发展；另一方面由于红外技术的发展，红外线的范围不断朝波长更长的方向扩展。日前超短波和红外线的分界已不存在，其范围有一定的重叠。（6）伦琴射线这部分电磁波谱，波长从210-9米到610-12米。伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的；X射线，它是由原子中的内层电子发射的，其波长范围约在102102。随着X射线技术的发展，它的波长范围也不断朝着两个方向扩展。目前在长波段已与紫外线有所重叠，短波段已进入射线领域。放射性辐射
16、射线的波长是认1左右直到无穷短的波长。（7）射线是波长从10-1010-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。由于辐射强度随频率的减小而急剧下降，因此波长为几百千米（105米）的低频电磁波强度很弱，通常不为人们注意。实际中用的无线电波是从波长约几千米（频率为几百千赫）开始。波长3000米50米（频率100千赫6兆赫）的属于中波段；波长50米10米（频率6兆赫30兆赫）的为短波；波长10米1厘米（频率30兆赫3万兆赫）甚至达到1毫米（频率为3105兆赫）以下的为超短波（或微波）。有时按照波长的
17、数量级大小也常出现米波，分米波，厘米波，毫米波等名称。中波和短波用于无线电广播和通信，微波用于电视和无线电定位技术（雷达）。电磁波谱中上述各波段主要是按照得到和探测它们的方式不同来划分的。随着科学技术的发展，各波段都已冲破界限与其他相邻波段重叠起来。目前在电磁波谱中除了波长极短（104105以下）的一端外，不再留有任何未知的空白了。不同的电磁波产生的机理和产生方式不同。无线电波是可以人工制造的，是振荡电路中自由电子的周期性的运动产生的。红外线、可见光、紫外线；伦琴射线、y射线分别是原子的外层电子、内层电子和原子核受激发后产生的。在电磁波谱中各种电磁波由于频率或波长不同而表现出不同的特性，如波长
18、较长的无线电波很容易表现出干涉、衍射等现象，但对波长越来越短的可见光、紫外线、伦琴射线、g射线要观察到它们的干涉衍射现象就越来越困难。但是从电磁波谱中看到各种电磁波的范围已经衔接起来，并且发生了交错，因此它们本质上相同，服从共同的规律。电磁波谱在英文中被称为：Electromagnetic Spectrum 电磁波的能量。电磁波是由光子组成的，宇宙深处的星体发射的电磁波含有大量光子，光子在传递过程中由于分散，距离星体越远，单位时间内单位面积上获得的光子数越少，表现为电磁波的能量的衰减。而电磁波频率的改变量很小。电 磁 波 谱 图（格式不合格，） /nm 10 102 103 105 106 1
19、07 108/cm-1 106 105 104 102 10 1.0 10-1 X-射线 紫外可见 红 外 微 波 无线电波 X射线光谱 紫外可见光谱 红外光谱 顺磁共振；微波波谱 核磁共振谱 内层电子跃迁 外层电子跃迁 分子振动 分子转动；电子自旋； 核自旋1.2 红外线技术的研究和发展方向红外线是一种人的肉眼看不见的光线，最近二三十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里获得了广泛的应用。开始应用到生产上，并形成了一门崭新的技术红外技术。1887年，人们在实验室中成功地产生了红外线，使人们认识到：可见光、红外线和无线电波在本质上都是一样的。到了20世纪，由于生产实践的需要，推动了各项新技术的
20、发展，红外科学也从实验室走出来，开始应用到生产上，并形成了一门崭新的技术红外技术。最近二三十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里获得了广泛的应用。红外线比红光具有更大的热作用，穿透能力也很强，用它来烘干东西既快又好。因此人们常常利用它来干燥飞机、轮船和汽车的油漆。过去，自然干燥常常使油漆物的表面形成一个硬壳，里面的湿气散发不出去，形成一个气泡，影响油漆质量。利用红外线干燥油漆，就没有这个弊病了。红外线穿透能力很强，可以利用它来染合成纤维织物。比如，红外线高温渗透到锦纶织物内部以后，会使锦纶织物的结构发生变化，使得颜料很容易进到纤维内部，把颜料固定在织物上，并把它烘干。这样，人们就能利用红外线
21、把锦纶织物染成各种鲜艳的颜色。由于红外线具有直线传播 很强的反射能力 可被不透明的物体遮挡的性质，在无线通信广播中有想当好的发展余地。而且在红外线通讯应用中也有无需连线即可传输数据，简单方便。两连机设备之间无电气连接，安全性好。此外使用红外线通讯具有一定的保密性。随着科学技术更深的发展，红外线越来越广泛的应用于通讯、燃具、医疗、安防、探测、IT行业等领域。人类对红外线的研究将更加的深入。从研究红外线的原理和应用后我们发现其实世界上还有很多的红外线用品，虽然因科技的发展近年来红外线在应用上有很多地放慢慢被取代，但因为在实用性及价格上的优势，红外线产品依然占有起优势，特别是在军事用途上有了更多的发
22、展，受到近年来匿踪科技的影响，雷达不再是搜寻利器，反而红外线搜寻占有一定的市场，由此可见红外线的科技研发应该还会有所进步。1.3 本文研究的内容和课题意义 本文粗略的介绍了红外线的知识，从红外线的发现、性质、应用与危害等。多方面的了解了红外线在现实生活中是无处不在的，了解了红外线技术在现代电子科技与军事医疗上都有很到的应用之处。红外线就因其特点的无处不在性和不可见性，让我们肉眼无法感觉到它的存在。所以本文研究设计了一个具有感应红外线指示灯报警显示的简易电路。目前，市场上出现层出不穷的各种新型红外线探测仪。红外线的探测在军事侦察和电子产品中的遥控感应都是有很大的使用性和研究空间的，制作一个简易的
23、红外线探测感应器具有成本低，体积下，重量轻便于携带的特点。对于提高生产效率，节省资源等各方面都有积极意义。第二章 红外感应报警器系统的电路设计 把二三并成一章图2-1是由CD4024构成的红外线远距离控制电路。电路中，CD4024是7级二进制计数器，Q7输出为高电平时，VT2截止。当光电二极管VD1（RT380F）检测到来自远距离控制器提供的控制信号时，VT1使CD4024复位，其Q7输出低电平，驱动VT2使其导通，LED2发光显示。VD1中的电流在R2上产生电压经A2和VT4进行放大，被放大的电流激励LED1使其发光显示。控制器提供控制信号约1S后脉冲结束，由A1构成的振荡器将足够大的脉冲通
24、过VT3加到CD4024的CK端（1脚），Q7输出高电平，VT2截止，电路返回到静止状态，LED2熄灭。图2-1 红外感应报警器原理图（用自己画的图）第三章 所需关键元器件简介本章主要介绍了电路中的几个主体芯片CD4024与NE5532的特点与功能，了解了PNP型三级管的管脚识别。3.1 主体计数器控制与放大电路的设计3.1.1 CD4024芯片介绍 图3-1 CD4024芯片逻辑符号 图3-2 CD4024芯片管脚图 CD4024 是7 位二进制串行计数器。所有的计数器为主从触发器。计数器在时钟下降沿进行计数。CR 为高电平时，对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用斯密特触发器，对脉冲上升和
25、下降时间无限制，所有输入和输出均经过缓冲。CD4024 提供了14 引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。图3-1与3-2是CD4024芯片的逻辑符号与芯片管脚图。CD4024做为7位二进制串行计数器/分配器电路图的代表，其特点是IC内部有7个计数级，每个计数级均有输出端子，即Q1Q7。（图3-3）CD4024计数工作时，Q1是CP脉冲的二分频；Q2又是Q1输出的二分频，所以有频率fQ7=fcp。CD4024也可扩展更多的分频。CD4024的真值表如上表所示，由表可知，清零端Cr加“1”电平时，各输出端都清零；电路正常工作条件
26、是Cr加零电平，当CP脉冲下降沿时，CD4024作增量计数。图3-3 CD4024芯片逻辑图CD4024引出端的符号及作用：引出端符号： CP 时钟输入端 CR 清除端 Q1Q7 计数器脉冲输出端 VDD 正电源 VSS 地推荐工作条件（图3-5，是功能表，与工作条件不相关，图3-4已被删除，请修改后面图形的图标）： 电源电压范围 3V15V 输入电压范围 0VVDD工作温度范围 M类 -55 -125 E类 -40 -85 极限值： 电源电压 -0.5V18V 输入电压 -0.5VVDD+0.5V 输入电流 -10mA+10mA 储存稳定 -65150以上工作条件是芯片的工作条件与极限值，了
27、解上面的数据有助与在调试电路出现故障时，方便的检测数据，是否是芯片烧坏出现的错误。图3-5 CD4024芯片的功能表（自己画）图3-6系统的分析了芯片CD4024在静态与动态2种工作状态下的特性：（以表格形式，自己画）图3-6 CD4024的静态与动态工作特性3.1.2 NE5532芯片介绍NE5532就是一个双运放， NE5532各引脚图如图2-1所示。各引脚功能：8 脚电源，4 脚电源，1 脚比较器 A 输出，2脚比较器 A 反相输入，3 脚比较器 A 同向输入，5 脚比较器 B 同向输入，6 脚比较器 B 反相输入，7 脚比较器B输出。NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1
28、458）相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。（1）小信号带宽：10MHz；（2）输出驱动能力：600，10V；（3）输入噪声电压：5nV/HZ（典型值）；（4）DC电压增益：50000；（5）AC电压增益：10KHz时2200；（6）电源带宽：140KHz；（7）转换速率：9V/S；（8）大电源电压范围：320V。电源电压：Vs 22V输入电压：VIN V电源 V差分输入电压：VDIFF 5V工作温度范围：TA 070存贮温度：TSTG -65150 图3-7 74LS00芯片逻辑框图、符号及引脚排列图结温：Tj 150功耗（5532FE） ：PD 1000mW引线温度（焊接，10S） 3003.2 红外线接收电路的设计光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是 图3-8 光电二极管实物图在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向
