紅外感應(yīng)開關(guān)的設(shè)計(jì)

1、沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- i -摘摘 要要本文介紹了紅外線感應(yīng)開關(guān)的原理，采用熱釋電紅外探頭將接收到的微弱信號(hào)加以放大，然后驅(qū)動(dòng)繼電器，制成紅外熱釋電感應(yīng)開關(guān)。本開關(guān)能探測(cè)來自移動(dòng)人體的紅外輻射，只要人體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，開關(guān)會(huì)自動(dòng)開啟。該設(shè)計(jì)可作為企業(yè)、賓館、商場(chǎng)及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動(dòng)開關(guān)，起到暗光燈亮和人來燈亮的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場(chǎng)所還能起到威懾盜竊活動(dòng)的防范作用。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，價(jià)格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴(kuò)展而達(dá)到實(shí)際的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：紅外線 感應(yīng)開關(guān) 暗光燈亮 節(jié)能沈

2、陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- ii -目錄目錄摘摘 要要.i1 緒論緒論.12 紅外感應(yīng)開關(guān)原理紅外感應(yīng)開關(guān)原理.22.1 紅外線感應(yīng)開關(guān)電路原理.22.1.1 光敏電阻式光控開關(guān)的原理及作用.22.2 紅外感應(yīng)開關(guān)電路的控制方式.32.2.1 紅外光波譜.32.2.2 紅外收發(fā)系統(tǒng).42.3 紅外控制和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較.52.3.1 傳統(tǒng)開關(guān)的缺陷.52.3.2 紅外線感應(yīng)開關(guān)的優(yōu)勢(shì).53 方案的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì).53.1 方案設(shè)計(jì) .53.2 電路框圖及其功能 .64 結(jié)論結(jié)論.75 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).8 沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 1 -1 緒論緒論熱釋電紅外傳感

3、器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在 1938 年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測(cè)器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測(cè)器。它目標(biāo)正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動(dòng)化控制裝置中。 以替代傳統(tǒng)光源的節(jié)能環(huán)保光源。led 以其較之于傳統(tǒng)照明光源所沒有的優(yōu)勢(shì)，諸如較低的功率需求、較快的響應(yīng)速度、綠色環(huán)保以及不斷快速提高的發(fā)光效率等，成為目前我國今后照明系統(tǒng)發(fā)展的方向?；谀壳皣鴥?nèi)國際形勢(shì)，尤其是能源緊缺，智能照明

4、必是以后照明系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能照明將會(huì)使人們利用起來更加便利，改善家庭環(huán)境，不僅為建筑照明提供多種的藝術(shù)效果，而且使燈具控制和維護(hù)變得更為簡單，而且具有可靠性高、安裝布線容易。智能化已經(jīng)成為當(dāng)今建筑發(fā)展的主流技術(shù)，涵蓋從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安全防范系統(tǒng)以及完善的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。但是長期以來，智能照明在國內(nèi)一直被忽視，大多數(shù)建筑物仍然沿用傳統(tǒng)的照明控制方式，部分智能大廈采用樓宇自控（ba）系統(tǒng)來監(jiān)控照明，但也只能實(shí)現(xiàn)簡單的區(qū)域照明和定時(shí)開關(guān)功能。相比之下，智能照明系統(tǒng)體現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)越性，它在智能建筑中的應(yīng)用越來越廣泛。智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用效果如下：a.改善工作環(huán)境，提高工作效率

5、。b.可觀的節(jié)能效果。智能照明控制系統(tǒng)使用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)，能對(duì)大多數(shù)燈具進(jìn)行智能調(diào)光。當(dāng)室外光較強(qiáng)時(shí)，室內(nèi)照度自動(dòng)調(diào)暗，室外光較弱時(shí)，室內(nèi)照度則自動(dòng)調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。除此之外，智能照明的管理系統(tǒng)采用設(shè)置照明工作狀態(tài)等方式，通過智能化管理實(shí)現(xiàn)節(jié)能。沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 2 -c.提高管理水平，減少維護(hù)費(fèi)用。智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識(shí)運(yùn)用于照明控制系統(tǒng)中去，而且將大大減少大樓的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，并帶來較大的投資回報(bào)。2 紅外感應(yīng)開關(guān)原理紅外感應(yīng)開

6、關(guān)原理2.1 紅外線感應(yīng)開關(guān)電路原理功能特點(diǎn)：基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，當(dāng)有人進(jìn)入開關(guān)感應(yīng)范圍時(shí)，專用傳感器探測(cè)到人體紅外光譜的變化，開關(guān)自動(dòng)接通負(fù)載。人不離開且在活動(dòng)，開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通；人離開后，開關(guān)延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能。具有過零檢測(cè)功能：無觸點(diǎn)電子開關(guān)，延長負(fù)載使用壽命。應(yīng)用光敏控制，開關(guān)自動(dòng)測(cè)光，光線強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。安裝調(diào)試，因開關(guān)左右兩側(cè)比上下兩側(cè)的感應(yīng)范圍大，所以安裝開關(guān)時(shí)，應(yīng)使其正軸線與人的行走通道方向盡量相垂直，這樣可以達(dá)到最佳感應(yīng)效果。安裝好開關(guān)后加電，當(dāng)環(huán)境光線充足時(shí)，開關(guān)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，用物體遮住環(huán)境光線使開關(guān)感應(yīng)工作，人不離開且在活動(dòng)，開關(guān)將

7、持續(xù)工作；人離開后，開關(guān)自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉負(fù)載。安裝好開關(guān)后加電，當(dāng)環(huán)境光線不足時(shí)，開關(guān)直接進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，人不離開且在活動(dòng)，開關(guān)將持續(xù)工作。紅外光控?zé)綦娫撮_關(guān)電路由光敏電阻式光控開關(guān)電路，紅外發(fā)射電路和紅外接收、控制電路組成。2.1.12.1.1 光敏電阻式光控開關(guān)的原理及作用光敏電阻式光控開關(guān)的原理及作用當(dāng)照度下降到設(shè)定值時(shí)由于光敏電阻阻值上升使運(yùn)放 ic 的反相端點(diǎn)位升高，使 vt導(dǎo)通，vt 的激勵(lì)電流使繼電器工作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)外電路的控制。將光控開關(guān)應(yīng)用于紅外線感應(yīng)燈控制系統(tǒng)中可以提高節(jié)能。通過光敏電阻來分析環(huán)境的光強(qiáng)度，在光線較強(qiáng)時(shí)，不觸發(fā)開關(guān)電路中的探頭；當(dāng)光線較弱時(shí)，

8、自動(dòng)觸發(fā)開關(guān)電路來控制燈具，從而能夠充分利用自然光實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 3 - 光控開關(guān)電路和紅外發(fā)射電路圖如下：圖 2.1 光控開關(guān)電路ic1lm5555162748c1r2r1r3sac3gbc23 圖 2.2 紅外發(fā)射電路圖2.2 紅外感應(yīng)開關(guān)電路的控制方式紅外感應(yīng)開關(guān)電路的控制方式 以下主要介紹紅外線及其控制的基本原理。紅外光發(fā)射及紅外發(fā)收系統(tǒng)的組成，紅外遙控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和控制方式。沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 4 -2.2.1 紅外光波譜紅外光波譜通常，將電磁波波譜中間間隔為 0.76 到 1000m 的波普段稱為紅外光譜區(qū)。一般把紅

9、外光譜分為即近紅外、中紅外、中遠(yuǎn)紅外和遠(yuǎn)紅外區(qū)四個(gè)區(qū)域。采用近紅外光作為紅外遙控的光源，其原因主要如下：一般的接收用的光電二極管、光敏三極管大都采用硅半導(dǎo)體材料制作而成，這類管子對(duì)波長為 780 到 1550nm 的紅外光的探測(cè)靈敏度最高。紅外光發(fā)射器件，尤其是采用 gaas、algaas 等半導(dǎo)體材料制作的紅外發(fā)光二極管，發(fā)射波長在 880 到 1700nm范圍內(nèi)，這與硅光電接收器件的相應(yīng)波長相匹配，使探測(cè)靈敏度高，提高了工作效率。2.2.2 紅外收發(fā)系統(tǒng)紅外收發(fā)系統(tǒng)a. 驅(qū)動(dòng)方式紅外發(fā)光二極管是一種由 pn 結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的近紅外

10、光，投入到實(shí)踐當(dāng)中。驅(qū)動(dòng)方式除直流電流驅(qū)動(dòng)方式外，發(fā)光二極管還有交流電流驅(qū)動(dòng)方式和脈動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)方式等。在紅外遙控系統(tǒng)中，通常采用脈動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)方式，即脈沖式紅外光發(fā)射方式，而不采用恒定直流驅(qū)動(dòng)方式，即平均發(fā)射方式，b. 紅外接收系統(tǒng)的組成紅外光遙控接收系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成。在紅外發(fā)射電路中，脈沖信號(hào)由波形發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，使紅外發(fā)光二極管發(fā)射出一列等幅的紅外光脈沖信號(hào)。c紅外遙控系統(tǒng)的控制方式紅外光遙控系統(tǒng)分為單通道紅外遙控開關(guān)方式、單通道步進(jìn)式紅外遙控方式、雙光束紅外遙控方式、多通道紅外遙控方式。沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 5 -

11、2.3 紅外控制和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較紅外控制和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較2.3.1 傳統(tǒng)開關(guān)的缺陷傳統(tǒng)開關(guān)的缺陷沒有簡單的方法實(shí)現(xiàn)全開全關(guān)的操作，離家前還得檢查一遍是否所有的燈已經(jīng)關(guān)閉，非常麻煩。雙控開關(guān)布線復(fù)雜，更無法實(shí)現(xiàn)三控和多控。在裝修好的房子里增加燈和開關(guān)，就會(huì)破壞裝修，房間越大就越不方便。關(guān)燈原理不合乎節(jié)能的要求。因力，由于關(guān)燈不方便，造成關(guān)燈不及時(shí)而浪費(fèi)電。沒有調(diào)光功能，有的時(shí)候燈太亮卻無法調(diào)暗，刺激人眼，而且費(fèi)電，只有更換燈泡才能解決問題。 2.3.2 紅外線感應(yīng)開關(guān)的優(yōu)勢(shì)紅外線感應(yīng)開關(guān)的優(yōu)勢(shì)集中控制和多種操作功能：在任何一個(gè)地方的終端均可控制不同地方的燈；或者是在不同地方的終端可以控制

12、同一盞燈。開燈時(shí)，燈光由暗逐漸變亮，關(guān)燈時(shí)，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個(gè)緩沖，保護(hù)眼睛。而且避免大電流和高溫的突變對(duì)燈絲的沖擊，保護(hù)燈泡，延長使用壽命。3 方案的設(shè)方案的設(shè)計(jì)計(jì)3.1 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)采用一種單光束、單通道的控制方式,此方式是最簡潔的紅外線遙控方式。執(zhí)行機(jī)件可以是繼電器或可控硅器件，達(dá)到控制對(duì)象開、關(guān)的目的。下圖給出了單通道紅外遙控開關(guān)電路的組成。沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 6 - 圖 3.1 單通道紅外遙控開關(guān)電路3.2 電路框圖及其功能電路框圖及其功能紅外發(fā)射電路和紅外接收、控制電路兩部分組成了紅外光開關(guān)電路。紅外發(fā)射電路主要以一只

13、時(shí)基集成電路555為核心。紅外接收、控制電路包括紅外光電轉(zhuǎn)換器、施密特觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和可控硅觸發(fā)電路。 圖 3.2 電路設(shè)計(jì)框圖及其功能沈陽理工大學(xué)光電檢測(cè)原理與技術(shù)課程設(shè)計(jì)- 7 -當(dāng)無外光照時(shí)，光電三極管呈高阻態(tài)；當(dāng)有外光照時(shí)，光電三極管呈低阻態(tài)，使d 觸發(fā)器的狀態(tài)變化一次，使 vs 導(dǎo)通（或截止） ，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈或其他負(fù)載的控制。當(dāng)開關(guān)接通又?jǐn)嚅_時(shí)，555 輸出振蕩脈沖驅(qū)動(dòng)發(fā)出紅外光指令信號(hào)，此時(shí)紅外接收、控制電路接收到指令信號(hào)，d 觸發(fā)器的狀態(tài)變化一次，使雙向晶閘管導(dǎo)通，使電燈電源導(dǎo)通，燈正常工作。 當(dāng)開關(guān)再次閉合又?jǐn)嚅_時(shí)，同樣的過程使 d 觸發(fā)器的狀態(tài)再次變化一次，使燈的電源斷開，燈停止工作。4 結(jié)論結(jié)論按照該流程設(shè)計(jì)電路若要設(shè)計(jì)出一個(gè)性能不錯(cuò)的電路，現(xiàn)在談?wù)摻Y(jié)果尚為時(shí)過早，理論與實(shí)踐并不是一味的互相吻合，它們往往會(huì)存在誤差甚至讓你無從琢磨和下手，這就需要我們用實(shí)踐去證明它，只有如此，才能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并有所收獲，這正是我們?yōu)榇硕偪竦哪康?。?dāng)然，雖說事物本身具有相對(duì)性和絕對(duì)性，但僅此實(shí)驗(yàn)我們不能抱以絕對(duì)上的觀念去看待，否則，即使設(shè)計(jì)的電路再怎么樣，若照樣還是一頭霧水，不能分清實(shí)踐與理論之間的差別，那么做此實(shí)驗(yàn)的意義就蕩然無存了。本實(shí)驗(yàn)電路還需要加以改進(jìn)，