安检门课程设计

西安建筑科技大学课程设计（论文）

第一章 电路的设计目的及功能说明

1.1 设计目的

本次设计所做的是安检门系统，主要利用红外线的编码发射和解码接受信号的原理。主要运用编码芯片PT2262-IR和解码芯片PT2272-M4，以及集成电路CD4011、CD4013、LM385、音乐芯片来完成本次设计，该电路由发射电路、接收电路、功能电路、控制电路、电源电路五部分构成。

通过本次设计的目的是更深刻地了解集成电路的特点和用途，了解编码芯片和解码芯片的功能和用法，能更好地运用到实践中去，能够对安检门电路进行更深层次的了解，掌握安检门各部分电路并能分析其电路，为以后从事电子行业打下一定的基础。 1.2 功能说明

安检门电路主要由红外编码发射电路（红外发射板）和红外（解码）接收电路、控制部分及各单元电路组成。编码和解码芯片分别采用PT2262-IR和PT2272-M4，发射和接收地址编码设置必须完全一致才能配对使用。

红外发射电路将编码后的地址码、数据码、同步码随同38KHz红外载波一起发射出去；接收电路接收到有效信号，经过解码、处理后变成所需的电信号（当接收到发送过来的信号时，解码芯片PT2272-M4的VT脚输出一个正脉冲，与此同时，相应的数据管脚输出高电平），控制运放波形发生报警电路、声光控灯电路、金属检测报警电路、开关门指示电路几个单元电路。

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第二章 电路原理

2.1原理介绍

安检门是用红外发射板发射红外信号，按下红外编码发射电路的不同按键（K1、K2、K3、K4）主板接收到相应的信号后，实现相应功能：

1.按下K1键盘：开关门指示电路用发光二极管LED5和LED6指示门的状态:绿灯亮代表门 开，红灯亮代表门关闭。

2.按下K2键盘：金属检测报警电路工作，实时检测有没有金属，如有金属则发出音乐报警 声。再次按下K2键盘可以消除报警。

3.按下K3键盘：振动检测报警电路工作，实时检测有没有振动，如有振动则控制电路给运 放波形发生报警电路供电发出报警声。再次按下K3键盘可以消除报警。

4.按下K4键盘：控制LED2灯亮并延时一段时间模拟门灯的亮灭。声光控灯电路也可控制 LED2的亮灭，但只有在光暗的情况下才能通过声音控制LED2灯亮。 此外，通过按下控制部分电路中的K4、K3、K2、K1，也可以同样实现上述对应功能。

2.2电路组成结构

电路的组成结构如图1所示，由五大部分组成：电源电路、发射电路、接收电路、控制电路及各功能电路。在此系统中，用户可以通过遥控或面板上的按键，来实现不同的功能。

发射电路 接收电路 控制电路 功能电路 电源电路

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图1 安检门电路的组成方框图

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2.3 红外线遥控电路

2.3.1 电路组成

红外线遥控电路由红外线编码发射电路、解码电路组成，如图2所示。 1．编码电路：由按钮开关K1~K4、二极管D1~D4、电阻R2~R6、编码芯片PT2262-IR组成。

2．幅度键控电路：由三极管Q1、Q2及外围元件构成。 3．红外管发射电路：由红外发射管VD、电阻R1组成。 4．红外管接收电路：主要由红外接收管LR1构成。 5．幅度放大电路：由三极管Q3、电阻R19、构成。 6．解码电路：由解码芯片PT2272-M4、电阻R31组成。

图2 红外遥控方框图

2.3.2 电路原理

如图3示，红外线遥控系统发射部分工作原理：当K1~K4任意键按下时，产生一个4位二进制数，同时二极管D1~D4导通给编码器接通电源，经PT2262-IR的1~8脚进行地址编码；13~10脚进行数据编码。在17脚输出一个由地址码和数据码混合的串行二进制代码，然后通过红外线二极管将ASK信号发送出去。

红外遥控系统接收部分工作原理：红外接收二极管LR接收到ASK信号经Q3放大、解调后还原为一个由地址码和数据码混合的串行二进制代码，送到

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PT2272-M4的14脚进行解码，解码后的信号有10~13脚输出为4位二进制数，用它控制继电器、蜂鸣器或其他器件。

图3红外线遥控电路图

2.4 控制电路

2.4.1 电路组成

如图4示，电路由面板按钮开关电路、D触发器构成的计数器、直流继电器JQC-3F驱动电路。

面板按钮开关电路：按钮开关S2、S3、S4，D1~D3是遥控电路的输出信号。 计数器电路：是由双D触发器及外围元件组成的。

继电器驱动电路：它主要是由二极管D11、D12、R47及三极管Q5、Q6、继电器线圈组成（YFDY、JSBJ是后级电路电源）。

图4控制电路方框图

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2.4.2 控制电路原理

如图5所示，开关K1~K3（或从遥控解码电路的控制信号D1~D3），由于电容两端的电压不能突变，电阻两端的电压为零，等到电路稳定后，电容两端充的电压约为Vcc，期间形成上升沿脉冲信号。输入到双D触发器CD4013的时钟脉冲信号因D触发器的D端接在Q 端上，所以只要在时钟脉冲CLK输入，D触发器计数一次。Q端脉冲信号变化一次，当Q端为高电平时，驱动电路的二极管D12、D13及三极管Q5、Q6饱和导通。继电器线圈得电，产生电磁力吸合开关，电源+12通过继电器开关供给后级电路。

图5控制电路原理

2.5 功能电路

2.5.1 电路组成

如图6所示，能电路由振动检测报警电路、声光控灯电路、金属检测报警电路、开关门指示电路组成。

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2.5.2振动检测报警电路

振动检测报警电路由振动检测电路、运放波形发生报警电路、继电器控制电路组成。当不法分子意图破门而入时，振动蜂鸣片Y1产生一连串微弱的电信号。信号经过PNP型三极管Q1、基极偏置电阻R1、R5，集电极电阻R6组成共发射级放大电路；因电路无振动信号时，放大电路输出为零；一旦基极信号输入时；输出信号从低电平到高电平，供给D触发器U2A作为时钟脉冲。而U2A的D端C4、R16输入延时电路，在输入D端加入高电平信号。这时U2A的输出端为高电平，如解码电路的12脚（D1）或按钮开关K2按下，电容C15两端电压不能突变，在D触发器（U4A）3脚形成上升沿脉冲，又D触发器（U4A）的D端与Q相连构成计数器。电阻R47、二极管D12、D11构成分离的与门电路，根据与门的功能“有0出0,全1出1”只要D触发器U4A和U2A的1脚同时输出为1，继电器驱动管Q5饱和导通，继电器线圈得电，继电器触点开关闭合。C6为电源+12V的退偶电

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图6功能电路方框图

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容。电源+12V加到LM358集成芯片的8脚，集成芯片LM358采用双电源供电，使电路具有更好的动态范围。继电器开关闭合瞬间，电路产生微弱的信号经过正反馈后，电路往复循环，在U1B及外围元件组成积分电路，将信号变换为三角波，由稳压二极管DW1、DW2限幅，输入到三极管Q2基极，当输出为高电平时，Q2饱和导通蜂鸣器LS1报警。如图7所示。

图7振动检测报警电路

2.5.3 金属检测报警电路

金属检测报警电路由继电器控制电路、金属检测电路、报警电路组成。当携带金属凶器进入安检门时；线圈L2中引起电磁变化，通过互感到L1上返回输入

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形成振荡。最终在三极管Q9的集电极端输出正弦波信号。C21为电源Vcc的退偶电容。当Q9的集电极正弦波为低电平时Q8饱和导通，三极管Q7发射极电压

VE?5V，VB?5?V8CEQR,Vcc=0V。Q7饱和导通，集电极输出为Vcc?V7CEQ，

40致使三极管Q10饱和导通，这时只要解码电路D2输出高电平或者按钮开关K3闭合，由于电容C17两端电压不能突变，在D触发器U4B的时钟脉冲输入端输入上升沿脉冲的矩形波信号。因U4B的D=Q，实现计数功能。当U4B的13脚为高电平时，三极管Q6饱和导通，继电器JK2线圈得电，开关闭合。二极管D7防止驱动三极管Q6在继电器线圈得电瞬间产生高压击穿C、E结。开关闭合后，LED3发光二极管亮，电源Vcc加到二极管D9的阳极。当三极管Q10饱和导通后，二极管D9导通，电源Vcc加载到音乐芯片PX088A电源输入端，Q10饱和导通，由于C22两端电压不能突变，在音乐芯片触发脚形成变化的信号，芯片输出高电平。三极管Q11饱和导通，蜂鸣器LS2报警，如图8所示。

图8金属检测报警电路

2.5.4声光控灯电路

声光控灯电路由U3A、U3B与非门组成的非门，反馈电阻R23、R24，与非门U3C、U3D外围元件构成单稳态电路及按钮开关K1组成。如图9所示。

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当夜幕降临时，门外一片漆黑。这样非常不方便，声光控灯电路就是在夜晚时，光敏电阻RG1呈现高电阻。两端的压降大，U3B输入端5、6脚为高电平，输出端4脚位低电平，二极管D5截止。这就为声音通道的导通创造了条件。如果此时楼梯有人走动或者有人谈话时，话筒BM1拾取声音信号经U3A放大输出后加大R23两端，即与非门的1、2脚。当音频信号的正半周期峰值电平超过与非门的输入阀值电平时，与非门U3A因两个输入端均为逻辑“0”，则输出端为逻辑“1”，此高电平经过R24加到与非门U3C的9脚。若此时按钮开关K1按下，因电解电容C13两端电压不能突变，在与非门U3D的12脚产生一个矩形脉冲，矩形脉冲高电平时，经过R25加到Q4基极，三极管饱和导通指示灯LED2亮。电源Vcc经电阻R29向电容C13充电，当电容两端的电压充满后，充当Q4的基极电源。与非门U3D的12、13脚为低电平，输出端为高电平，此时U3C输出为低电平，因其输出电阻大，电容C13通过其内部输出电阻快速放电。三极管Q4快速截止，指示灯LED2停止发光。

图9 声光控灯电路图

2.5.5 开关门指示电路

开关门指示电路简单，工作性能稳定。它由按钮开关K4、D触发器U2B、三极管Q12、Q13指示灯驱动电路组成。当解码电路D3端输出上升沿脉冲或者按钮

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K4按下时，因电容C25两端电压不能突变，在D触发器U2B的时钟脉冲端产生上升沿脉冲，D触发器工作，Q=D实现计数功能。只要11脚有时钟脉冲，D触发器U2B的13脚输出一连串高低电平。当13脚位高电平时，NPN型三极管Q12饱和导通，电源Vcc经R44、LED5形成回路，绿色开门指示灯LED5灯亮；当13脚为低电平时，PNP型三极管Q13饱和导通，电源Vcc经R45、LED6形成回路，红色关门指示灯LED6亮。如图10所示。

图10 开关门指示电路

2.6 电源电路

本产品采用?12V的电源，电路简单。只要在J1脚输入?12V电源按下开关S1，图16电源指示电路，+12V电源一端经电阻R36与LED4形成回路，电源指示灯LED4亮。另一端加到三端集成稳压芯片7805上，7805的3脚输出Vcc正5V电压。电容C23防止自激，电容C24用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声。如图11所示。

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图11电源指示电路

2.7 电路原理总分析

如附图1所示，当电源端口J1三脚接上?12V时，三段集成稳压器LM7805通电工作，输出+5V电压Vcc。为后面电路提供+5V、?12V电压。

红外线编码电路采用独立的干电池供电，这样携带方便。当按下遥控键上的按钮开关K1（或PCB上的按钮开关K4），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D3。因电容C25两端电压不能突变，为D触发器U2B提供时钟脉冲。D触发器计数，在输出端13脚输出一连串矩形脉冲。若为高电平时，绿色开门指示灯LED5亮，红色关门指示灯LED6灭。若为低电平时，红色关门指示灯LED6亮，绿色开门指示灯LED5灭。

当按下遥控键上的按钮开关K2（或PCB上的按钮开关K3），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D2。因电容C17两端电压不能突变，为D触发器U4B提供上升沿时钟脉冲。D触发器工作，在输出端13脚输出控制信号。若控制信号为高电平，则继电器驱动三极管Q6饱和导通，继电器开关闭合，为音乐芯片PX088A提供+5V电源,指示灯LED3亮。同时当不法分子携带凶险穿过安检门时；由于电磁感应在线圈L1上引起电流变化，通过互感传递到L2，三极管Q7、Q8、Q10饱和导通，为音乐芯片PX088A提供触发信号。音乐芯片输出控制信号，使Q11饱和导通，蜂鸣器LS2报警。

当按下遥控按控按键上的按钮开关K3（或PCB上的按钮开关K2），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D1。因电容C15两端电压不能突变，为D触发器U4A提供上升沿时钟脉冲。D触发器工作，在输出端1脚输出控

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制信号。若控制信号为高电平，二极管D11、D12组成与门电路。为与门电路输出为高电平提供条件。同时当不法分子强行进门时，振动蜂鸣片获取信号，经过驱动电路放大，D触发器U2A暂存，输出控制信号ZD，若ZD=1时，继电器驱动三极管Q5饱和导通，继电器开关闭合。运放波形发生报警电路得到+12V电源，指示灯LED1亮。集成运放U1A、U1B通过反馈产生脉冲信号，经过稳压二极管DW1、DW2限幅。在Q2基极产生幅度为6.2V的矩形波，高电平期间，三极管Q2饱和导通，蜂鸣器报警。

当按下遥控按控按键上的按钮开关K4（或PCB上的按钮开关K1），通过红外线接收管LR1，PT2272解码电路输出控制信号D0。同时夜晚时，光敏电阻RG1呈现高阻抗，RG1两端的电压大于与非门U3B的阀值电压，与非门输出为低电平，二极管D5截止。门外有人经过、谈话时，柱极话筒拾取声音信号。经U3A放大输出后加大R23两端，即与非门的1、2脚。当音频信号的正半周期峰值电平超过与非门的输入阀值电平时，与非门U3A因两个输入端均为逻辑“0”，则输出端为逻辑“1”，此高电平经过R24加到与非门U3C的9脚。控制信号D0为高电平脉冲时，三极管Q4饱和导通，门外指示灯LED2亮。通过U3C、U3D及外围元件组成的单稳态触发器延时一段时间后，门外指示灯灭。

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第三章 元器件介绍

3.1.集成电路PT2262-IR/PT2272-M4

PT2262-IR和PT2272-M4是通用配对编、解码芯片，PT2262-IR / PT2272-M4最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空、接高电平、接低电平)，任意组合可提供531441种地址码。 编码芯片PT2262-IR发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272-M4接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平。PT2262-IR的管脚图如图2所示，管脚说明如表12所示；2-M4的管脚图如图13所示，脚说明如表2所示。

图12 PT2262-IR管脚图

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图12 PT2262-IR管脚图

图13 T2272-M4管脚图

表1 PT2262-IR管脚说明 名称 A0-A11 D0-D5 Vcc Vss TE OSC1 OSC2 Dout 管脚 1~8、10~13 7～8、10～13 18 9 14 16 15 17 说明 地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”、“1”、“f”(悬空) 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 电源正端（＋） 电源负端(-) 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率 振荡电阻振荡器输出端。 编码输出端（正常时为低电平）

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表2 PT2272-M4管脚说明 名称 A0-A11 管脚 1~8、10~13 说明 地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，“f”(悬空)， 必须与2262一致，否则不能解码 D0-D5 地址或数据管脚，当作为数据管脚时，只有在地址码与2262一 7～8、10～13 致，数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平，否则输出 为低电平，锁存型只有在接收到下一数据才能转换 18 9 14 16 15 17 电源正端（＋） 电源负端(-) 数据信号输入端 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率 振荡电阻振荡器输出端 解码有效确认，输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态） Vcc Vss DIN OSC1 OSC2 VT

3.2 集成电路CD4013、CD4011

CD4013是双D触发器，它在电路中通常用于分频器、计数器、移位寄存器。其管脚图及功能表如图14所示，11是CMOS四二与非门，其管脚图如图15所示。

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RD(复位端) 1 0 0 1 SD(置位端) 0 1 0 1

图14 CD4013管脚图及功能表

Q（输出端） 0 1 D X

X 0 0 1 1 Y 0 1 0 1 Q ？ 1 1 不变 动作 禁止 设定 重置 无

图15 CD4011管脚图及功能表

3.3音乐芯片

PX088A是高集成的音乐芯片，只要在芯片的两端加载上电源，触发端输入

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突变的信号，音乐芯片的输出1、输出2脚就可带动扬声器发声。管脚如图16所示。

图16音乐芯片

3.4集成电路LM358

LM358是常用的双运放，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，适用于电压范围较宽的单电源。管脚图如图17所示，直流电压增益约为100dB；单电源供电范围为3~30V，双电源为±1.5~±15V。

图17 LM358管脚图

3.5 压电陶瓷蜂鸣片

压电陶瓷蜂鸣片Y1是利用压电效应原理工作的，当对其施加交变电压时它会产生机械振动；反之，对其施加机械作用力时它也会产生电压信号。因此，可以将压电陶瓷蜂鸣片变通作为振动传感器使用。压电陶瓷蜂鸣片受到机械作用力时产生的电压信号很微弱，作振动传感器使用一般应连接电压放大器。

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第四章 焊接与调试

4.1 电路板焊接

1.焊点大小药适中，无漏焊、假焊、虚焊、连焊，焊点要光滑、圆润、干净，无毛刺。

2. 焊接时一定要细心，元器件的方向一定要对，电阻值要选择好，电解电容、二极管和三极管要注意极性及方向。

3. 焊接时要从低到高的顺序，先焊小元器件再焊大元器件，有贴片元器件时先焊接贴片元件。

4. 在安装集成块时，它们的缺口要与丝印层上的缺口保持一致。 5.焊接时要注意焊接的温度及时间。焊锡的最佳温度为350oC，温度太低易形成冷焊点；焊接时间一般为2-3S，一般IC、三极管焊接时间小于3S，其他元件焊接时间为4-5S。

4.2电路调试

调试实现“安检门”的各项功能： 1.红外接收电路、解码电路正常工作 2.控制电路正常工作

3.振动检测电路、运放波形发生报警电路正常工作 4.声光控灯电路正常工作 5.金属检测报警电路正常工作

（1）红外发射板发射红外信号，对红外发射电路和红外接收电路通过焊接完成编码。

（2）在发射电路中，R1起限流作用；发射电路采用脉时调制方式。

（3）在控制电路中，R20、R28应选用阻值为10Ω的电阻，其在电路中起限流作用；D11、D12在电路中相当于与门电路。

（4）在振动检测电路中，振动信号检测是用电压放大电路，振动检测电路的开

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机延时是由电容C4和电阻R16组成。驱动报警延时时间长短由电容C5和电阻R12决定。

（5）在运放波形发生报警电路中，DW1，DW2起限幅作用；电阻R15在电路中起反馈作用。

（6）在金属检测报警电路中电感线圈L1和L2的直径为4cm，密绕，用双面胶粘牢以防散开；L1，L2分别绕1圈和16圈，中间抽头为公共端。

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第五章 总结

本次所做的题目为安检门系统，经历了安检门原理分析、总体设计、实现调试和最后的项目改进5个步骤，充分体会到了进行电子产品开发的辛劳，也从中体悟到了如何从事工程项目的开发以及应该具备的品质。做完这次毕业设计后我身有体会，我觉得作为应用电子技术的人员，首要具备的品质是冷静，要冷静的寻找问题的根源，冷静的面对任何突发的情况，只有这样你才能寻找更好的方法摆脱目前的困境，解决现存的问题。其次，要有足够的耐心，在电路的焊接与调试时，尤其是焊接贴片元器件，如果没有足够的耐心，很容易焊接错误或是将贴片元器件和电路板烧坏，在调试过程中还会出现许许多多的问题，你必须耐心对待这些问题，找出原因，进行改正，并进一步调试，直到完成本次产品设计。如过没有足够的耐心和勇气遇见挫折就开始心浮气躁，不知所措。那么要想顺利完成一件工程真是难上加难。

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致谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

同时，在课程设计中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

另外，感谢校方给予我这样一次机会，让我能够独立地完成一次课程设计，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结课的时候，能够将学到的知识应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议的各位老师表示感谢。

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参考文献

[1] 《微型计算机基本原理与接口技术》陈红卫主编 科学出版社 2003 .2 [2] 《传感器原理及工程应用》郁有文编著 西安电子科技大学出版社 2003.7 [3] 《传感器与检测技术》彭军主编，西安电子科技大学出版社，2003.11 [4] 《传感器课程设计指导书》 西安建筑科技大学信息技术实验中心

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w2i7.html