555红外报警器

相关内容

555电机调速和测速

题目说明

制作一个红外报警器。利用红外对管作为检测，当有物体遮住红外光时，报警响起。移开遮挡物后，报警会延时响一段时间。报警响的时间由外部元件设定。

方案分析

先将题目功能分解。红外对管的检测和驱动电路作为第一级。触发报警使用555芯片的单稳态触发功能。报警响使用555电路的多谐震荡器功能。三极管电路驱动喇叭。

整体原理图

整体硬件实物图

原理分析

没有遮挡时，D1被红外光照射，D1表现为低电阻。这时A点分压小于T1的基极导通电压。T1处于截止状态。B点被上拉到5V。这时U1的D输出低，放电管脚（DISC）将C2放电，C点就是低。根据555的功能表，U1就保持在输出低。

U1的输出D点连接U2的RESET，D点是低，则U2处于复位状态。U2的输出F点为低。

当有长时遮挡时（遮挡物不移开），D1没有接收到红外光照。D1表现为高阻，跟R5分压后的A点会高于T1的导通电压。T1变为导通状态。B点被下拉到低。根据555芯片的功能表，U1处于状态2。U1输出高，U2开始产生振荡喇叭响。遮挡物不移开，U1始终处于状态2.报警持续响。

当有短时遮挡时（遮挡物挡住后又移开），U1先进入状态2，报警响起。并且由于遮挡物移开，B变高，C2充电还未完成，C点<2/3Vcc, U1进入状态4，保持报警响。然后由于内部放电管截止，这时C2通过R3充电，C点逐渐上升。当C点电压超过2/3 Vcc时，并且由于遮挡物移开，B点也是高, U1转换到状态3. 输出变为低，U2被复位停止报警响声。U1内部放电管导通，C2被放电，C点变为低。U1转换到状态4，保持输出低的状态。

状态序号	RESET	TRI触发2脚	THR门限6脚	输出	内部放电管
1	低	无关	无关	低	导通
2	高	<1/3 Vcc	无关	高	截止
3	高	>1/3 Vcc	>2/3 Vcc	低	导通
4	高	>1/3 Vcc	< 2/3 Vcc	保持	保持

U2芯片的多谐震荡器模式比较简单，U2的工作状态在 2->4->3->4->2循环转移。产生了方波，设置RC使方波频率在1KHz左右，带动喇叭响。

下面分别用硬木课堂实验平台测试各个单元电路。

红外对管检测和驱动电路

利用了D1在红外光照情况下的电阻变化，来控制三极管T1的导通和关闭。有光照时，A点是低电压，T1截止，B点是高。无光照时（对管之间被遮挡），A点是高电压，T2导通，B点输出低。这样B点的输出可以用来控制后级的U1.

用示波器AIN1测试A点，用示波器AIN2测试B点。将B点设置为上升沿触发，点击示波器“单次捕获”按钮，抓取手指扫过红外对管的瞬间。手指扫过时，黄色信号A点变高，蓝色信号输出低。

利用“单次捕获”弹指一挥间的瞬间也可以轻松抓到。用cursor测试脉冲宽度，弹指瞬间小于1ms。

U1报警延时电路

报警延时电路，将红外对管触发的报警信号转变为固定时长的报警电平信号。时长由R3和C2来控制。这样，无论遮挡红外对管的事件是快还是慢，都可以产生固定时长的报警响声。

理论上延时时间为 T ≈ 1.1* R3C2 = 1.1 33010^310*10-6 ≈3.6S。实际中由于电容误差，充电电平门限误差，芯片管脚的分流，时间会有变化。

用示波器AIN1测试B点（黄色），AIN2测试C点（蓝色），AIN3测试D点（红色）。B点设置为下降沿触发。可以看到黄色信号下降沿触发后，蓝色信号开始充电，并在达到2/3 VCC门限后放电。红色线在充电延时期间输出高，报警响。

U2振荡电路

充电时，5V通过R1 R2给电容C1充电，放电时 C1通过R2放电。为了使方波的占空比接近50%，选择R1为1K，R2为100K。充放电的时间差别在1%。充电时间是 T1 = 0.7（R1+R2）C1 放电时间是T2 = 0.7R2C1。所以T1+T2在1.4ms左右。相当于714Hz频率。

示波器AIN1测试D点，示波器AIN2测试E点，示波器AIN3测试F点。观察振荡周期。可以看到黄色RESET信号触发后，振荡开始。蓝色的充放电门限有两个，用cursor测量，一个是3.38V，一个是1.69V。跟2/3Vcc 和1/3Vcc对应。方波周期是1.46ms。

三极管驱动喇叭

由于信号是方波，人耳听到的主要是方波的基波频率。所以用三极管电流源来驱动喇叭，相当于一个限流开关。U2输出的方波电压在空载时4.5V左右，这样R7中的电流为 （4.5-0.7）/43=88mA。

用示波器AIN1测试F点，AIN2测试G点。双综观察。蓝色信号的尖峰，是因为喇叭振膜的线圈有一定的电感性，对方波信号 U=di/dt，会产生尖峰感应电动势。