PSpice光电报警器设计.pdf

光电报警器设计 作者 （武汉工程大学理学院，武汉，430200） 摘 要：如今报警器的应用非常广泛，在汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及家庭保安系统 中普遍可见。本文介绍了一种利用 LM555CN 为 HG412A 砷化镓发光二极管的调制电源，经过 调制后的红外二极管做发射光源，使用 2CU2D硅光敏二极管探测该红外信号简单的光电报警系 统，并着重介绍了 555 芯片产生多谐振荡电路的原理。系统由发射、接收放大、有源带通滤波 四个部分组成。当红外发光管与硅光敏二极管之间的区域被隔断时，报警电路部分的红灯亮； 而当电路正常接受到 5KHz光脉冲时，发光二极管不亮。利用软件 PSPICE建立了报警系统的模 拟电路，并且在一定条件下对电路进行了仿真。 关键字：报警系统；调制电源；振荡；发光二级管 0 引言 采用 LM555CN 芯片、发光二级管 LED、光敏电阻 2CU2D 等构成的构成的光电报警器， 具有反应灵敏、探测距离远、可靠性高等优点，在安全防范及自动控制领域已得到广泛应用。 光电报警系统是一种监视系统，当不乏分子入侵防范区域时，能够使红外发光管与硅光敏二 极管之间的区域被隔断，报警电路的红灯亮。主人、家人、邻居或者值勤人员能够根据报警 电路 LED 灯发光情况采取必要的防范措施，从而避免相应的损失。 随着电子线路 EDA 的应用和发展，出现了许多电子电路仿真与分析软件，利用这些软 件可以对电路进行仿真和性能分析，如直流扫描分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析等， 从而得知电路的一些性能指标是否满足设计要求，如不满足要求，可通过调整电路的参数获 得电路理想的性能。如果采用手动调整，一般存在 3个缺点：一是准确性不够，有一定的误 差；二是如果需要调节的参数较多，很难对多个参数进行综合考虑；三是消耗大量时间。为 了解决这些问题，Microsim 公司推出的 PSPICE 仿真软件提供了一套电路模拟及仿真，它可 以按照事先规定的设计目标，自动调整元器件参数值，并且可以同时优化多个参数，对其进 行综合考虑，使电路的性能更加理想。 1 光电报警器总体设计方案 本系统由图 1 所示的四个部分组成。LM555CN 定时器构成多谐振荡器电路，产生 振荡信号和 HG412A 砷化镓发光二极管组成发射系统。使用 2CU2D 硅光敏二极管 探测该红外信号，及低噪声放大电路组成接收系统。有源带通滤波电路对放大后 的信号滤波使信号中心频率稳定为 5KHz。最后是报警电路，设有相应的报警 LED 灯。对于电源的设计要求利用 LM555CN 为 HG412A 砷化镓发光二极管的调制电源。 电源调制频率在最小可调范围为 3kHz-7KHz，输出波形占空比为 50%，且发光二 极管的输出功率可以调节。 发射系统 图 1 系统原理图 Fig.1 System diagram 2 系统电路设计 2.1发射系统 用 5555定时器构成多谐振荡器作为调试光源。电路没有稳态,只有两个暂稳态，也不需 要外加触发信号，利用输出端 OUT 的高电平通过可变电阻 R1 向电容器 C1 充电，使 U1 逐渐升高，升到 2Vcc/3 时，输出端 OUT 跳变到低电平，电容器 C1 通过电阻 R1 向输出端 OUT 放电，使 U1 下降，降到 Vcc/3 时，输出端 OUT 跳变到高电平，输出端 OUT 又通过 R1 向电容器 C1 充电。如此循环振荡不停，电容器 C1 在 Vcc/3 和 2Vcc/3 之间充电和放电， 输出端 OUT 输出连续的矩形脉冲。由于充放电通道相同，所以输出的波形占空比为 50％。 图 2 NE555 连接方法及高低电平 Fig.2 The NE555 connection method and high low 2.1.1 555 芯片参数计算 系统设计中，我们选择了调制频率为 7KHz 的输出信号频率，并依据电路图中的设计选 择了 103电容。因此我们可以依据公式求解出电路中的电阻值。 当 U1 在 Vcc/3与 2Vcc/3电平间振荡时，输出信号充电时间等于放电时间： CRCRTT 1121 7.0ln2 =×== 调 制 器 LED 发光 管 接收 放大 系统 有源 滤波 器 报警 电路 因此输出的矩形脉冲的频率为： CRTT 121 4.1 11f = + = 调节 R1 的大小即可调节输出的频率。此处 C1 固定为 0.2uF，通过计算可知，5KHz 输 出频率对应的 R1 约为 0.7KΩ。因此 R1 选用 2K 大小的可调电阻。 用 NE555 组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上一定要串联一个限流电阻。使输出 电流小于或等于发光管的最大正向电流 IF。若振荡器的输出电压为 V0，则限流电阻 R2 取 值为： 30mA 1.500 1