红外感应门铃设计（工程训练）

红外感应门铃电路设计

（内蒙古工业大学 010080）

摘 要：本设计结合了红外辐射的知识、在了解反射式红外传感器的结构和工作原理的基础

上设计的红外线感应电子门铃，可在来客距房门一定距离时发出音频信号，以告知主人“有客来访”。该门铃还可兼作报警器用。电路通过探测人体发出的红外线，当人进入感应的区域内，即可发出铃声或者报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合的铃声和报警。本设计主要研究了红外感应技术在日常生活中的典型应用，即感应式门铃。该电路结构简单，原理易懂，容易制作，并有一定的功能拓展性。

关键词：红外线；反射式；感应门铃；电路设计

中图分类号:U462.1 文献标识码:U

Design of infrared induction the doorbell circuit

GUO Shu-yun

(Inner Mongolia university of technology )

Abstract: This design combines the knowledge of the infrared radiation, in the understanding of

reflective infrared sensor was designed on the basis of the structure and working principle of infrared induction electronic doorbell, can be in a certain distance away from the door of the guest when a audio signals, to alert the host \as alarm. Circuit by detecting the human body infrared ray, when people enter the induction area can be a ring or alarm. It con use in some important occasions as ring tones and alarm.Example home, office, warehouse, laboratory and so on. This design study on the typical application of infrared sensor technology in our daily lives, namely inductive doorbell. The circuit of simple structure, principle easy to understand, easy to make, and have some functional development.

Key words:Infrared;Reflection type;Sensing the doorbell; Circuit design

感应门铃又称迎宾器，是近年才有的常用于小型商铺，超市起迎宾防盗作用的电子产品。感应门铃的前身是电子防盗报警器；事先人们用它来防盗的，但后来因为电子防盗报警器发出的声音是刺耳的报警声，对进店的顾客产生消极的影响，后来演变成比较悦耳的声音，特别是：叮咚声，您好，欢迎光临等音效备受用户的青睐，顾客一进门就报出欢迎语音，起到了礼貌问候，从而做到提醒店员有人进店和迎宾的两重作用。

感应门铃分光感应式和红外感应式。光感门铃是利用人体反射光线，光敏电阻得到足够大变化的光线，电路产生变化电流触发电路，灵敏度跟物体反射率有关。但光感迎宾器与环境光照度有关，黑暗情况下不能正常使用。常见红外感应式门铃使用红外热释电传感器，本身不发射任何信号，当接收到人体辐射的特定红外线中心波长信号时，才会触发电路。 红外感应式的相比价格较高，但优点误报极少，不受干扰等。红外式采用先进微电脑制造技术，无论白天黑夜都可正常使用，即可做迎宾器使用，也可做独立报警器使用。性能卓越，节能

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易用，灵敏度强，更适合市场的需要，更贴近消费者的生活内容，办公写字楼、家居、商店、工厂等各种场合均可使用，带来方便之余，更带来意想不到的快乐和安全感。 感应式门铃目前的技术比较成熟，功能也较为完善，成本不高，通常市面上的感应式门铃都兼迎宾及报警两用。

报警系统与人们的生活息息相关，随着经济的发展，人民生活水平的提高，报警系统更成为了构建社会治安防控体系、维护社会稳定的重要内容，并受到社会广泛的关注。在国内，报警安防产业正在快速发展，具体表现在：应用领域越来越广；需求点增多；普通家庭对安全产品需求的提高，应急体系、平安社会、平安城市、科技强警等政府项目促进了安防市场的升温。入侵报警系统是安全防范系统的重要组成部分，主要是利用传感器技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为、处理报警信息、发出报警信息的电子系统或网络。随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。

本次课题研究内容就是要根据现有的已市场化的红外感应门铃的制造原理，在掌握感应技术，采用红外探测模块加上必要的芯片及元器件，设计一个简易实用廉价的感应式门铃。要求重点在于掌握设计原理，并将书本所学与实际结合起来，提高实践能力，熟悉电路设计的基本流程与方法，熟悉常用电子元器件、芯片的参数并能熟练使用它们，熟练运用Protel软件对电路进行仿真。

一、测试需求分析

针对消费者需求需求，经过分析得到感应门铃要实现的功能如下：当有人靠近时发出声音并且红灯亮提示主人有人来；若主人不在家门铃处会发光提示来客。要想完成对以上功能，需要做好以下几个方面，首先该电路应能感应到红外线；其次，要有声音模块和发光二极管；最后，电路板要尽量小巧，做成成品后才不会影响美观,而且价格不能过高。

二、系统整体设计模块

本设计方案可分为4个模块：红外探测模块，控制模块，发声模块，供电模块。如图2-1所示。其中最关键的就是红外探测模块和控制模块。前者决定了整个设计方案的成败，而后者决定了能否实现预期效果。

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图2-1 系统总体结构图

Fig.2-1 Structure diagram of the power control unit test system

三、电路硬件设计

系统硬件主要由集成电路LM567,数字集成电路CD4001，晶体管，发光二极管，电阻，电容，扬声器，开关等组成，系统硬件结构图如图3-1所示。

输出振荡信号发射红外光 接收红外光 音频、低频振荡器工作 音频电路输出 扬声器工作

图3-1 系统硬件结构图

Fig.3-1 Structure diagram of the hardware system

门铃接通电源后，向空间发射一定距离的红外光。在房门前无人时，光敏晶体管接收不到反射信号，音频振荡器和低频振荡器均不工作，扬声器BL不发声，当有人靠进房门时，发射出去的红外光信号将被人体反射回来，使红外接收管接收到红外线信号。

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当红外线接收管接收到红外反射信号后该信号直接输入LM567，经过译码后输出低电平。此时低频振荡器和音频振荡器均不工作，信号经过放大后，通过扬声器发出“嘟、嘟”声，告知主人门外有人。当主人外出时，可将开关S接通，此时若有客来访，则发光二极管VL2闪亮，提示主人不在家。电路也可以通过调节电位器的阻值，可增加VLI的辐射距离，这样可将门铃作为报警器使用。

3.1 红外线传感器

红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 （1）红外线传感器的特点

红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外辐射是由于物体（固体、液体、和气体）内部分子的转动及振动而产生的。这类振动过程是物体受热而引起的，只是在绝对零度（﹣273.16℃）时，一切物体的分子才会停止运动。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外传感器 利用红外辐射与物质相互作用所称呈现的物理效应探测红外辐射的传感器，多数情况下是利用这种相互作用所呈现的电学效应。

红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。 （2）主要特性

高灵敏度：400°C/750°F或 250°C / 480 °F 红外光谱： 1至 3 μm 由自监测功能实现数字式控制 无需光学调整

使用维护方便

3.2 LM567概述

LM567 是一种高稳定性的锁相环音频泽码器集成芯片，其内部由鉴相器、电流控制震荡器、直流放大器、低通滤波器等电路组成如图3-2所示，LM567的基本工作状况由

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如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时，开关就接通。换句话说LM567可做精密的音调控制开关。LM567 对应到管脚图如图3-3所示。

1输出滤波8输出2回路滤波37相移检波VCO6地输入定时电容V4相位检波5定时电阻

图3-2 LM567内部原理图 图3-3 LM567管脚图Fig.3-2

Diagram of internal principle Fig.3-3 Pin figure of LM567

3.3 CD4001 概述

CD4001是四2输入或非门。或非门的逻辑关系特点是只有当输入端全部为低电平时，输出端为高电平状态；在其余输入情况下，输出端为低电平状态。CD4001或非门为系统设计提供了直接的或非功能， 补充了已有的COS/MOS门系列，所有输入和输出经过缓冲，改善了输入/输出特性，使得由于负载容量的增加而引起的传输时间的变化降低到最小。

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图3-4 CD4001管脚图 Fig.3-4 Pin figure of CD400

图3-5 CD4001内部逻辑图 Fig.3-5 Internal logic diagram

四、、电路软件设计

4.1使用相关软件的介绍

该电路设计软件采用ProtelDXP2004，ProtelDXP2004拓展了Protel软件的原设计领域 ，Protel DXP功能更加完备、风格更加成熟，并且界面更加灵活，尤其在仿真和PLD电路设计方面有了重大改进，Protel 旧版具有的功能它都具有。Protel 是目前国内最流行的通用EDA软件，它将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具组合起来构成EDA工作平台，是第1个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。 与Protel 99SE软件相比，Protel DXP功能更加完备、风格更加成熟，并且界面更加灵活，尤其在仿真和PLD电路设计方面有了重大改进。摆脱了Protel前期版本基于PCB设计的产品定位，显露出一个普及型全线EDA产品崭新的面貌。

整个软件系统由原理图设计、PCB设计、元器件封装、PLD设计、3D仿真组成。系统软件设计的结构图如图4-1所示

测试系统软件数据采集模块

检测信号产生模块PCU输出控制信号检测模块通信模块系统帮助模块

图4-1 系统软件设计结构图

Fig.4-1 Schematic diagram of the software test system

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4.2 仿真流程图

使用Protel进行电路仿真有一定的次序性，中间每一项都不可少，特别是建立Spice网络表，一定不能忘记，而且每次修改原理图后，都要重新建立Spice网络表。流程图如图4-2所示。

开始 创建项目 新建Sch文件 绘制原理图 修改元器件参数 电器规则检查 建立Spice网络表 仿真 结束 图4-2 软件设计的流程图

Fig.4-2 Flow chart the software design

4.3 Protel使用常见问题 1.原理图常见错误：

(1) ERC报告管脚没有接入信号：

a b c

创建封装时给管脚定义了I/O属性；

创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上； 创建元件时pin方向反向，必须非pin name端连线。

(2) 元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。

(3) 创建的工程文件网络表只能部分调入pcb:生成netlist时没有选择为global。 (4) 当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate. 2.PCB中常见错误：

(1) 网络载入时报告NODE没有找到：

a b c

原理图中的元件使用了pcb库中没有的封装； 原理图中的元件使用了pcb库中名称不一致的封装；

原理图中的元件使用了pcb库中pin number不一致的封装。如三极管：sch中pin number为e,b,c,而pcb中为1,2,3。

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(2) 打印时总是不能打印到一页纸上：

a 创建pcb库时没有在原点；

b 多次移动和旋转了元件，pcb板界外有隐藏的字符。选择显示所有隐藏的字符， 缩小pcb, 然后移动字符到边界内。

多几次导出文件，做成新的DDB文件，减少文件尺寸和PROTEL僵死的机会。如果作较复杂得设计，尽量不要使用自动布线。

五、结 论

本文根据现有的芯片及技术，运用数字电路和模拟电路知识，设计了一个简单可用的红外感应式门铃。在实现了基本的感应并发声的门铃功能。电路具有较高的灵敏度，只要门铃的红外探测窗口设定的高度和位置合适，基本可以杜绝孩童们恶作剧现象的发生。电路也可以通过调节电位器的阻值，可增加辐射距离，这样可将门铃作为报警器使用，从整个设计过程和设计方案可以看出，此方案无论是基本原理、使用到的芯片的复杂度和各种元器件的数量，还是最后的连线布局，都是非常浅显易懂的，而且器件都是非常常用、廉价的。作为厂家或个人而言，尽量使用普通工具、低廉成本可以扩大市场范围。

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心得体会

经过几周的时间，终于完成了这次实训，虽然结果不是很满意。但总的来说还是不错的，基本上符合要求。这次实训，从选题到绘制电路板最后撰写报告每一步都要自己独立完成，以前做课程设计时同学们总会抱怨老师给的题目难，这次由自己选题了却又不知选什么才好，网上查一查后觉得题目很多更是眼花缭乱，最后我想了想生活中的电子产品应用从，所以选定门铃设计。题目确定后最难也是最重要的部分就是绘制电路板，在之前的科程里我是学过protel的，但是由于时间长加之掌握不够扎实好多内容应经忘了，所以只好从新拿出课本学习。对工科来说理解比记忆更重要，通过学习这一次实训，在实践中我了解并更加熟悉了PCB制板的整个流程，提高了动手能力，应变能力，学会了分析问题解决问题能力。在我们已有的理论基础上去展示我们的实践操作能力，增强了专业技能，从实际问题出发不断探索思考，创新。为今后的毕业设计以及其他学习，工作方面积累了丰富经验。而且在实验报告过程中我深切感受到电子工业的飞速发展，电路设计越来越复杂，手工设计难以适应形势发展的需要，Protel 以其强大的功能、快捷实用的操作界面及良好的开放性，为设计者提供了现代电子设计手段，使设计者能快捷、准确地设计出满意的电路原理图和印刷电路板，不愧是从事电路设计的一个良好的工具。

在完成报告过程中我深深反省自己，我大学期间的课程中几乎各类只是都学过但是每门课都不精，掌握的不够扎实牢固，就像老师说的那样我们都是样样通样样松，有人说是时间不够其实是我们没有充分利用好时间，或是根本没有目标，最终导致一事无成，虽然即将毕业了但是以后还有很长的路，我会不断提高自己，让自己成为有用之才。

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作者简介：

郭淑云（1993—），内蒙古自治区赤峰市，学生，本科。专业：通信工程。

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附录一

表1 原件清单

Tab.1 Component Listing

编号 名称 型号 数 量 R1 R2、R3 R4 R5 R6 R7 R8 RP BL S VL1 V2 V1、V3 VL2 IC1 IC2 C1、C4 C2 C3 C5

电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 可变电阻 扬声器 开关 红外线发射二极管 红外线接收二极管 晶体三极管 发光二极管 通用音调译码器 四或非门集成电路 铝电解电容器 铝电解电容器 瓷介电容器 涤纶电容器 150K 10K 4.7K 1M 100K 100K 2.2K 1K 0.5W、8Ω 按钮开关 9013 LED LM567 CD4001 1u/10V 2.2u/10V 1000P 0.1u 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1

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附录二

图一 电路原理图 Fig.一 Circuit of principle

图二 PCB图

Fig.二 Picture of PCB

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w13g.html