紅外熱釋電電子狗課程設(shè)計(jì)

1、河南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)紅外熱釋電電子狗一設(shè)計(jì)的背景和目的1 設(shè)計(jì)的背景 隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對家居生活安全性的要求也越來越高，各種防盜探測器應(yīng)運(yùn)而生。由于紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因而在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和新型材料的發(fā)展，熱釋電紅外探測器的防誤報(bào)能力、控制范圍與可靠性都有了很大程度的提高，可以滿足多數(shù)環(huán)境下的使用要求，因此，在防盜、報(bào)警、安全、自動(dòng)控制等方面，熱釋電紅外傳感器比其他類型的傳感器應(yīng)用更為廣泛。2 設(shè)計(jì)的目的 通過對紅外熱釋電電子狗設(shè)計(jì)，能夠使我們?nèi)嬲莆兆詣?dòng)檢測的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識。增強(qiáng)我們分析問題解決問題和創(chuàng)新能力，提高我

2、們繪制電路圖和制作PCB板子的能力。通過該設(shè)計(jì)業(yè)可以提高我們對該傳感器的進(jìn)一步認(rèn)識，同時(shí)也為了提高我們解決問題的能力。二 設(shè)計(jì)的功能 現(xiàn)在社會(huì)洪偷盜行為任然存在，該設(shè)計(jì)的功能就是防止偷盜行為的發(fā)生，在夜晚打開紅外熱釋電電子狗，通過紅外熱釋電傳感器感知人體發(fā)射的紅外線而報(bào)警，進(jìn)而提醒到主人。三 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本電路中主要采用的事型號為BISS0001的集成電路。BISS0001是一款高性能的傳感器信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外傳感報(bào)警器。廣泛用于安防、自控等領(lǐng)域。BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器

3、以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖四 電路原理設(shè)計(jì)1 熱釋電紅外傳感器的原理及其特性 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在

4、于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式該電阻阻抗高達(dá)104M，故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負(fù)極，S端為信號輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起

5、的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0220m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。2 電路原理圖本電路采用芯片BISS0001、紅外熱釋電傳感器、報(bào)警音樂等芯片設(shè)計(jì)的紅外熱釋電電子狗報(bào)警器。其電路設(shè)計(jì)如圖2所示。圖2 紅外

6、熱釋電電子狗原理圖3 工作原理U2為BISS0001內(nèi)部的運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器Y1的輸出信號作第一級放大，然后由電解電容器C5耦合給IC1內(nèi)部的運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號Vo經(jīng)R14驅(qū)動(dòng)報(bào)警音樂片COO2工作，Q4和Q3構(gòu)成復(fù)合三極管用來推動(dòng)Y2壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。 當(dāng)電源開關(guān)KEY在“VCC1”位置時(shí)，電源經(jīng)R4使Q2飽和導(dǎo)通，則U2的8腳保持為低電平，從而封鎖熱釋電紅外傳感器來的觸發(fā)信號Vs，電路不工作。當(dāng)電源開關(guān)KEY在“VCC2”位置時(shí)，熱釋傳感器經(jīng)R5得電處

7、于工作狀態(tài)，Q2處于截止?fàn)顟B(tài)使U2的8腳保持為高電平，U2處于工作狀態(tài)。C1、C3是電源濾波電容，LED1和R6構(gòu)成電源指示電路。五 參數(shù)設(shè)計(jì)與器件選型1 熱釋電紅外線傳感器RE200B主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，在每個(gè)探測器內(nèi)裝入了一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等分，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它可以放大電路相

8、配合，可以將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出5-10米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。實(shí)物如圖3所示。圖3 熱釋電傳感器參數(shù)：靈敏元面積 2.01.0mm2 基片材料 硅 基片厚度 0.5mm 工作波長 7-14m 平均透過率 75% 輸出信號 2.5V 噪聲 200mV 平衡度 20% 工作電壓 2.2-15V 工作電流 8.5-24A 源極電壓 0.4-1.1V 視場 1391262菲爾透鏡菲爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏度區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信

9、號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。3 BISS0001功能介紹BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。其管腳圖如圖4所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖4 BISS0001特點(diǎn)：（1）CMOS工藝 （2）數(shù)?；旌希?）具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 （4）內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾(5) 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間

10、定時(shí)器圖5 BISS0001內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳名稱I/O功能說明：1-可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)。2-控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。3-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端。4-輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端。5-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端。6-觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端。7-工作電源負(fù)端8-參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位。9-觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā)(VR0.2VDD)。10-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。11-工作

11、電源正端。12-第二級運(yùn)算放大器的輸出端。13-第二級運(yùn)算放大器的反相輸入端。14-第一級運(yùn)算放大器的同相輸入端。15-第一級運(yùn)算放大器的反相輸入端。16-第一級運(yùn)算放大器的輸出端。六 實(shí)物制作 1 PCB版圖的制作由圖2紅外熱釋電電子狗原理圖可繪制電路PCB如圖6所示。圖6 電路PCB版圖2 PCB版圖的焊接實(shí)物 由原理圖和PCB版圖焊接成功的實(shí)物如圖7所示。圖7 焊接實(shí)物七 調(diào)試結(jié)果與分析將電子狗的探測窗口對準(zhǔn)要探測的場所或物體（根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整安裝角度），打開電源開關(guān)，經(jīng)過30秒左右的開機(jī)延時(shí)后，電子狗進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)有人進(jìn)入電子狗的探測范圍，電子狗就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，15秒鐘左右結(jié)束，經(jīng)過

12、2秒鐘左右的觸發(fā)封鎖時(shí)間后若又有人進(jìn)入探測范圍，它將再次報(bào)警。在報(bào)警的時(shí)候可以關(guān)閉電源結(jié)束報(bào)警。使用時(shí)報(bào)警聲音變小或誤報(bào)率較高時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換電池。經(jīng)測試，正常。八 心得體會(huì)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程“千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義

13、我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 通過這次課程設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識進(jìn)行一次傳感器設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了自動(dòng)檢測課程設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握紅外熱釋電電子狗設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握熱釋電傳感器的工作原理和基本特性，同時(shí)也掌握了怎樣確定工藝方案，提高了動(dòng)手能力，繪圖制做PCB的能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。 在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)紅外熱釋電電子狗的能力以及

14、綜合運(yùn)用知識的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 在此感謝我們的周老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次課程設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。 參考文獻(xiàn)1 李現(xiàn)明,吳皓.自動(dòng)檢測技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009 2 關(guān)山.自動(dòng)檢測系統(tǒng)實(shí)踐M.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社