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pcb设计实例讲解

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描述

  这是一个电子线路设计里的一个PCB设计实例——人体红外报警电路的详细过程,包括原理图设计、电路分析、Multisim 仿真、PCB布线等等的内容。并且附件里还附带 Sch 格式的原理图文件、PCB文件、Multisim 仿真文件以及报告文档。

  1、红外报警电路总体方案

  本设计是以热释红外传感器为核心设计的,由信号检测电路、信号放大电路、电压比较电路以及报警电路组成。其电路设计框图如图所示。

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  本设计的红外报警电路工作流程如图所示。红外报警器上电时立即进入到检测模式,不停循环检测有没有人,如果有人的话就发出报警,然后持续报警一分钟,一分钟之后重新检测是否有人,如此重复。

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  2、电路设计

  (1)信号检测电路

  信号检测电路以红外传感器为核心,将人体红外信号转换为电信号,传送给信号调理电路进行处理。图是信号检测电路。红外传感器选用的是应用较为广泛和成熟的人体热释红外传感器 RE200B。该传感器有三个引脚 1 引脚是接电源;2 引脚是信号输出,电路中将其下拉到地,当检测到人体热释红外信号时输出高电平;3 引脚是接地端。

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  (2)信号放大电路

  由于热释红外传感器的输出信号十分微弱,不能直接驱动报警电路进行工作。因此需要利用信号放大电路来对输出信号进行放大。本模块电路设计成了两级的放大电路,第一级放大电路是基于 9014 三极管设计的,而第二级放大电路则是选用了 TI 公司的 LM358 放大器,LM358 可以使用 3-32V 单电源供电,可以简化电源电路。LM358 内部集成了两个运算放大器,在本模块电路中只应用其中一个。经过两级放大电路处理后,信号已经达到了驱动电路的要求。

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  (3)电压比较电路

  信号经过信号放大电路处理之后输入到电压比较电路。电压比较电路如图所示。其由集成运放 LM358 设计实现,此时运放工作于开环状态下,同样选择单电源供电,正相输入端作为比较器的电压基准端,通过调节变阻器 R17 可以改变其基准电压;反相输入端接的是信号放大电路的输出信号。这样就形成了一个可以调节红外报警电路的灵敏度的电压比较电路。

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  (4)延时电路

  延时电路主要由充电电容和一个比较器组成。如图所示。其中比较器选用的是 TI 公司的 LM393,这是一个集成了两个差动比较器,并且可以由 2-36V 的单电源供电进行工作。当热释红外传感器检测到人时,其输出信号经过处理后传输到延时电路使得电容 C6 经过整流二极管迅速放电,使得 LM393 电压比较器正相输入端的电压比反相输入端的电压高,从而使其输出高电平驱动报警电路。当检测不到人时,输入到延时电路的信号重新变成高电平,整流二极管反向截止,电容 C6 开始充电,一段时间后,LM393 的正相输入端的电压比反相输入端的电压低,使其输出低电平。该延时电路的延时时间大概为一分钟。

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  (5)报警电路

  报警电路主要由三极管、蜂鸣器和红色 LED 组成。其电路图如图所示。输入高电平使得三极管导通,从而使得 LED 和蜂鸣器导通发出报警。输入低电平时,三极管截止,报警停止。其中三极管选用的是常见的小功率 NPN 型三极管 8050。

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  3、PCB设计

  (1)完整电路原理图

  最终设计的完整的红外报警电路原理图如图所示。

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  (2)PCB 尺寸及板层

  根据焊盘数量 87 以及封装选择,设定PCB外形尺寸为 30mm*40mm。因为电路并不 复杂,单位密度并不高,所以PCB板层选择为成本较低较常见的双层板。

  (3)元件布局

  PCB的元件布局如图所示。所有元件都放置在顶层。其中 DC5.5 插座 P1、红外传感器 U1、变阻器 R17、蜂鸣器 B1 以及 LED1 都尽量靠近边缘摆放。

  (4)布线

  PCB 顶层布线图如图所示;底层布线图如后图所示。其中,普通信号线都选择为 10mil 线宽;部分驱动电路的线则选择为 20mil 线宽;6V 电源线选择的是 30mil 的线宽,并对其进行局部加粗。

  (5)敷铜

  敷铜后PCB的效果如图所示。

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jf_66305572 2021-10-24
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