紅外感應(yīng)LED亮度調(diào)節(jié)(附單片機程序)

1、西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 1 頁 共 19 頁摘 要為了解決長明燈所造成的能源浪費而設(shè)計出了利用紅外熱釋傳感器控制樓道燈開關(guān)的電路。當(dāng)白天光照很好時，不管有多少路過的行人，都不會使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，熱釋紅外探測頭就開始工作，只要檢測到人體溫度，就會自動亮為行人照明，過幾十秒鐘后又自動熄滅，并且在電路中加入亮度可選功能。這樣的電路不但安全省電、結(jié)構(gòu)簡單而且安裝方便、使用壽命也長。此電路由一塊開關(guān)集成芯片(SM9100)、紅外熱釋傳感器探頭、VT1-VT3 晶體管、繼電器、邏輯門，光敏電阻、二極管、單片機（AT89C51） 、LED 等元器件組成。本設(shè)計對電路原理作出詳細(xì)分析并

2、闡述元器件的作用及其實現(xiàn)功能的方式，介紹電路的組裝與調(diào)試。關(guān)鍵詞：紅外熱釋傳感器探頭；晶體管；集成電路；單片機西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 2 頁 共 22 頁目錄摘 要 .1第 1 章 緒 論 .3第 2 章 系統(tǒng)框圖及原理 .42.1 系統(tǒng)框圖 .42.2 系統(tǒng)工作原理 .5第 3 章 單元電路設(shè)計 .63.1 電源電路設(shè)計 .63.1.1 變壓器的選擇.63.2 整流電路的原理與選用 .73.3 光控電路設(shè)計 .83.3.1 光敏電阻器的特性及主要參數(shù).93.3.2 光控電路的工作原理 .103.4紅外控制電路設(shè)計.103.4.1 小信號放大電路 .153.4.2 繼電器

3、.163.4.3 紅外模塊與手動 PWM 調(diào)節(jié)模塊電路.163.4.4 紅外發(fā)射部分電路設(shè)計.173.4.5 手動 PWM 調(diào)節(jié) LED .20致致謝謝 .22參考文獻 .23西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 3 頁 共 22 頁第 1 章 緒 論在學(xué)校、機關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場所以及居民區(qū)的公共樓道，長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關(guān)或者人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費了資金。為此我們設(shè)計了利用紅外熱釋傳感器控制的樓道燈開關(guān)。這是一種電路新穎、安全省電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、使用壽命長的紅外熱釋傳感樓道燈開關(guān)。當(dāng)白天光照好時，不管有多

4、少過路者，都不會使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，熱釋紅外探測頭就開始工作，只要檢測到人體溫度，就會自動亮為行人照明，過幾十秒鐘后又自動熄滅。并且根據(jù)需要還可以手動調(diào)節(jié)亮燈燈數(shù)，大大提高了能源利用率。在本設(shè)計中介紹了紅外熱釋傳感器樓道開關(guān)的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數(shù)選擇，節(jié)電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。其電路主要是由電源電路、聲控電路、光控電路、開關(guān)集成電路、單片機可控電路和 LED6 大部分組成。在做電路設(shè)計時運用了模擬電子線路和單片機應(yīng)用的基本知識。其知識的普遍性、實用性運用的非常好。各部分電路的結(jié)構(gòu)清晰、明了、直觀，這對電路的分析起

5、了很大的幫助。在電路的設(shè)計中，大部分采用了分立元件，便于檢測和維修，同時還節(jié)約了成本。西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 4 頁 共 22 頁第 2 章 系統(tǒng)框圖及原理2.1 系統(tǒng)框圖熱釋人體感應(yīng)燈控制樓道燈電路主要由電源電路、光控電路、邏輯處理和開關(guān)集成電路組成。其框圖如下：220V 圖圖 2-12-1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖電源電路：220V 的電網(wǎng)電壓進入電源電路就把 220V 的的交流電轉(zhuǎn)換成 8V 的電壓。光控電路：在白天光線很強時，其電路不工作。在晚上或者白天光線很弱的時候，電路開始工作，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。紅外熱釋傳感器：當(dāng)有人體接近時紅外他側(cè)區(qū)時，紅外傳感器探頭輸出微弱

6、的電信號，經(jīng)過專用的集成芯片處理放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平信號，TTL 電平信號送到控制電路，控制等的亮滅。邏輯門電路：對光控電路和紅外傳感器電路輸出的電平信號進行運算處理，達(dá)到最終想要的一個邏輯信號量。延時電路：邏輯電路判斷到有人靠近后，為亮燈提供足夠發(fā)時間。光控電路LED單片機控制模塊紅外探測邏輯電路延時電路電源電路西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 5 頁 共 22 頁單片機控制模塊:通過控制 LED，可根據(jù)亮度需要選擇不同的亮度。2.2 系統(tǒng)工作原理對于系統(tǒng)的工作過程先要判斷電網(wǎng)電壓是否正常，不正常電路就不能工作，如果電網(wǎng)電壓是正常的則對電網(wǎng)電壓進行降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓。

7、當(dāng)白天時，光線比較強，光電控制電路輸出高電平，經(jīng)過 74LS27 或運算后輸出輸出低電平，再經(jīng)過 74LS04反相器反相輸出高電平，此種請況下，不管有無人接近紅外探測去，74LS04 始終輸出高電平，電容不能充電，控制電路就不能被觸發(fā)，燈就不會亮；當(dāng)晚上光線較弱的時候，光電控制電路輸出低電平，如果此時探測是否有人體接近，紅外傳感器就輸出低電平， 74LS27 或非門兩個輸入端都為低電平經(jīng)過或運算后輸出輸出高電平，再經(jīng)過74LS04 反相器反相輸出低電平，低電平信號送到延時電路，對電容 C 充電，并且此時控制電路工作兩只 PNP 型三極管飽和導(dǎo)通，繼電器通電閉合，向單片機輸入高電位信號，經(jīng)單片機

8、輸出對應(yīng)點亮高電平，由放大器后電路 LED；當(dāng)人走開過后，紅外傳感器就輸出高電平， 74LS27 或非門兩個輸入端不能同時為低電平經(jīng)過或運算后輸出輸出低電平，再經(jīng)過 74LS04 反相器反相輸出高電平，此時電容只有放電來維持控制級兩只三極管的飽和導(dǎo)通，隨著時間的推移，當(dāng)電容 C 的電壓降到 0.7V 時，三極管截止，繼電器線圈斷路，繼電器斷開，單片機無信號輸入，燈泡熄滅。當(dāng)又有人接近時重復(fù)上面的過程燈泡又會亮起來，再熄滅。西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 6 頁 共 22 頁第 3 章 單元電路設(shè)計3.1 電源電路設(shè)計 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器 TR1、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成

9、，其原理框圖如圖 2.1 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓 u1，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓 u2，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓。但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電壓的波動或負(fù)載的變動而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定最終的到 U=5V。圖圖 2.12.1 直流穩(wěn)壓電源框圖直流穩(wěn)壓電源框圖3.1.13.1.1 變壓器的選擇變壓器的選擇變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。這兩個繞組具有不

10、同的匝數(shù)且互相絕緣，兩繞組間只有磁的耦合而沒有電的聯(lián)系。其中，接于電源側(cè)的繞組稱為一次繞組；用于接負(fù)載的繞組稱為二次繞組。經(jīng)過分析計算查找選用 TRAN-2P3S 微型干式變壓器，其功率小，耗能底，性價比高，且能滿足此設(shè)計系統(tǒng)使用要求。干式變壓器的性能特點： 西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 7 頁 共 22 頁1、低壓繞組除小容量采用銅導(dǎo)線以外，一般都采用銅箔繞制的圓筒式結(jié)構(gòu)；高壓繞組采用分段多層圓筒式結(jié)構(gòu)，使之繞組的安匝分布平衡，漏磁小，機械強度高，抗短路能力強。 2、可配置低噪音的風(fēng)冷裝置，通過溫控器對風(fēng)扇的起動和關(guān)閉可以自動控制，由此可以使變壓器增容 40%運行。本實驗要求所

11、加在報警器上的電源電壓為 220V，但報警器本身所用的電壓為 12V直流電，這就要求 220V 電源電壓必須經(jīng)過變壓以后才能加在實驗電路上。此干式變壓器的輸出電壓有 12V 和 8V 兩種，所以本實驗的變壓器電路大致如下圖所示： 圖圖 3.13.1 變壓器變壓器 TRAN-2P3STRAN-2P3S3.2 整流電路的原理與選用 整流電路是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流

12、輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。整流電路按其組成器件可分為不控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。后兩種電路按其控制方式又可分為相控整流電路和斬波整流電路（見電力電子電路）。相控整流電路由于采用電網(wǎng)換相方式，不需要專門的換相電路，因而電路簡單、工作可靠，得西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 8 頁 共 22 頁到廣泛應(yīng)用。但相控整流電路在控制用 較大時，功率因數(shù)較低，網(wǎng)側(cè)電流諧波含量較大。因而在大功率調(diào)速傳動中，低速運行時，采用斬控整流電路可解決功率因數(shù)變壞的問題。圖圖 3.23.2 橋式整流電路橋式整流電路整流電路是電力電

13、子電路中最早出現(xiàn)的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式各種各樣；按組成的器件可分為不可控、半控和全控三種，按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路，按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次側(cè)電流的方向是單相或雙相，又分為單拍電路和雙拍電路。因在安全及系統(tǒng)器件等方面需要，要對交流整流。用可控硅組成的可控整流相對用普通二極管組成的不可控整流系統(tǒng)價格較高，二極管組成的整流系統(tǒng)提供的直流電已滿足此設(shè)計系統(tǒng)要求。為提高電壓電流的輸出平均值采用全橋整流。其組成主要有四個普通二極管組成。根據(jù)實驗課題的要求，本實驗的電源要求用 5V 直流電，所以經(jīng)過變壓后的 5V 交流電必須經(jīng)過整流電路整流

14、后才能加到實驗電路上。綜合各方面的因素，本實驗所設(shè)計的整流電路如圖所示（其中 4 個二極管都選用 1N4007）3.3 光控電路設(shè)計在電子電路中，常用光敏器件構(gòu)成光控電路。所謂光敏器件通常是指能將光能轉(zhuǎn)變成為電信號的半導(dǎo)體傳感器。常用的光敏器件有光敏電阻、光敏二極管和光敏三極西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 9 頁 共 22 頁管。在次設(shè)計中利用光敏電阻和一個普通電阻、極性電容組成光控電路。3.3.1 光敏電阻器的特性及主要參數(shù)光敏電阻器是根據(jù)半導(dǎo)體的光敏導(dǎo)電效應(yīng)制成的，使用時給它施加以直流或交流偏壓。它是用硫化鎘(CdS)或硒化鎘(CdSe)材料制成的特殊電阻器，它對光線非常敏感。

15、無光線照射時呈高阻態(tài)，暗阻值一般可達(dá) 1.5M 歐姆以上;有光照時材料中變激發(fā)出自由電子與空穴，使其電阻減小，隨著照度的增高，電阻值迅速降低，亮阻值可小至 1k歐姆以下。可見光敏電阻的暗值與亮阻值之比約為 1500 倍，暗阻愈高愈好。光敏電阻器的外型及符號如圖所示。其結(jié)構(gòu)特征是把條狀的光敏材料封裝在圓形管殼內(nèi)，有的還用玻璃透明材料制成防護罩。和普通電阻器一樣，它也有兩根引線。光敏電阻器的主要參數(shù)見表：表 3-1 幾種光敏電阻器的參數(shù)型號亮 阻/k暗 阻/k峰值波長/nm時間常數(shù)/ms極限電壓/V溫度系數(shù)/(C)工作溫度 /(C)消耗功率/mV材料RG-CdS-A100520501001-408

16、0100CdSRG-CdS-B100520501500.5-4080100CdSRG-CdS-C100520501500.5-4080100-306030CdSJN54C6950最低 -100-60Cd西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 10 頁 共 22 頁100203060S3.3.2 光控電路的工作原理光控電路是由光敏電阻 RG和電阻 R5、C3組成。如下圖所示：在白天，光敏電阻 RG受光照阻值在 100K 歐姆以下，供電電壓經(jīng) RG與 R5分壓后加到 IC1 的 2 腳，由于該電壓0.7V,故其 9 腳內(nèi)的輸出驅(qū)動管截止，使 8 腳輸入的信號控制無效。當(dāng)夜晚來臨時，由于 RG無

17、光照阻值在兆歐級以上 IC1 的 2 腳電位0.7V,則其 9 腳內(nèi)輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，此時 IC1 受其 8 腳輸入信號的控制。C3 是用來控制在某些時候由于人為因素使光敏電阻無法正常拾取光信號而通過 C3 的充放電來延遲拾取光信號的時間。電路圖所 3-8 所示。 圖圖 3.33.3 光控電路光控電路3.4紅外控制電路設(shè)計紅外線防盜報警器的設(shè)計主要運用了紅外線感光原理和單片機的程序設(shè)計原理來實現(xiàn)的。(1)紅外線報警器分類：紅外線報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器需要發(fā)射紅外光線，雖然這種光線人們直接用肉眼無法看到，但是用手機是可以觀察到的，聰明的犯罪分子在盜竊時很有可能會用手機先觀測

18、看看你的愛車的紅外報警器安裝在哪里，所以這樣就體現(xiàn)不出紅外報警器的隱蔽性，主動式紅外報警器的工作原理是報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 11 頁 共 22 頁來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當(dāng)有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。主動式紅外線報警器主要由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路組成。被動式紅外線報警器少了一項功能，就是發(fā)射紅外線。被動式紅外報警器最主要的是探測人體皮膚表面散發(fā)出的紅外線。大家都知道當(dāng)物體的溫度高

19、的時候，就會發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線，只是發(fā)出紅外線的強弱，而人體溫度有 36 到 37.5 攝氏度之間，所以散發(fā)出的紅外還算比較強，相對而言還比較好檢測。紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強,當(dāng)感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時，就觸發(fā)反警。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。被動式紅外線報警器主要由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、延時電路和音響報警電路組成。(2)紅外線報警器的選擇因為主動動式紅外線報警器，安裝不便，隱蔽性相對熱釋紅外傳感器較差，檢測范圍較窄，而被動式紅外線報警器的電路相對也比較較簡單，成本低廉，安裝簡單，檢測范圍寬，

20、隱蔽性非常好，易于廣泛的運用于現(xiàn)代大眾生活中，所以在本論文中，我選擇被動式紅外線報警器的電路進行設(shè)計的。(3) 熱釋紅外傳感器簡介當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度，圖3.4表示了熱釋電效應(yīng)形成的原理。 西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 12 頁 共 22 頁圖圖 3.43.4 熱釋電

21、效應(yīng)形成的原理熱釋電效應(yīng)形成的原理能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有單晶（LiTaO3 等） 、壓電陶瓷（PZT 等）及高分子薄膜（PVFZ 等）2 熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有 T 的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷 Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓 V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷 Q 會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度

22、與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 T，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見圖 3.5 所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件 PZT、場效應(yīng)管 FET 等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為 6mm 多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光的短波長（約 5mm 以下）可很好濾除。熱釋電元件 PZT 將波長在 8mm12mm 之間的紅外信號的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 西南

23、科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 13 頁 共 22 頁圖圖3.53.5熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路 圖圖3.63.6菲涅耳透鏡菲涅耳透鏡菲涅耳透鏡（圖3.6）根據(jù)菲涅耳原理制成，把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器 （PIR） 靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式，其作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入檢測區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號。 如果我們在熱電元件接上適當(dāng)?shù)碾娮?，?dāng)元件受熱時，

24、電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號。 （4） 、被動式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特性 在自然界，任何高于絕對溫度（-273K）的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的，而且輻射能量的大小與物體表面溫度有關(guān)。 人體都有恒定的體溫，一般在37C左右，會發(fā)出10mm左右特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進行工作的。紅外線通過菲涅耳濾光片增強后聚集到熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電

25、元件，而且制成的兩個電極化方向正好相反（如圖2側(cè)視圖C） ，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出3。 （5） 、被動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點 不同于主動式紅外傳感器，被動紅外傳感器本身不發(fā)任何類型的輻射，隱蔽性好，器件功耗很小，價格低廉。 但是，被動式熱釋電傳感器也有缺點，如： 信號幅度小，容易受各種熱源、光源干擾； 被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收； 易受射頻輻射的干擾； 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈； 被動紅外探測器的主要檢測的運動方向為橫向運動方向，對徑向方向運動的物 體

26、檢測能力比較差。 西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 14 頁 共 22 頁（6） 、熱釋電紅外探頭處理芯片原理及應(yīng)用 雖然被動式熱釋電紅外探頭有些缺點，但是利用特殊信號處理方法后，仍然使它在某些領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，有很多生產(chǎn)商根據(jù)PIR傳感器的特性設(shè)計了專用信號處理器，比如HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、WELTREND WT8072,BISS0001。本文對PTI（百利通電子有限公司）專用芯片PT8A26XXP作一個應(yīng)用實例的介紹。 圖4陰影部分是PIR信號處理部分，有兩個運算放大器、一個窗口比較器、一個穩(wěn)壓器、一個系統(tǒng)振蕩器和一個邏輯控制器。其它

27、是依賴處理結(jié)果的控制部分，這里重點介紹PIR信號處理部分，控制部分就簡單略過。 由于PIR 信號變化緩慢、幅值小，針對該特點，專用信號處理器一般分為三步處理，具體處理步驟如下： 濾波放大 普通PIR傳感器輸出信號幅值一般都很小，大約幾百微伏到幾毫伏，為了后續(xù)電路能作有效的處理，考慮到傳感器的信噪比，通常取增益72.5dB，通帶0.3Hz7Hz。同時，由于是處理模擬小信號，所以為了保證放大器的工作穩(wěn)定可靠，電路中特別集成了一個穩(wěn)壓器用于給傳感器、放大器和比較器供電。 窗口比較器 經(jīng)過放大后的信號通過窗口比較器后檢出滿足幅值要求的信號后，再轉(zhuǎn)換成 一系列數(shù)字脈沖信號。西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大

28、學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 15 頁 共 22 頁圖圖3.73.7 熱釋電紅外探頭處理原理熱釋電紅外探頭處理原理噪聲抑制數(shù)字信號處理 根據(jù)對人體運動特點以及傳感器的特性的長期研究，用固定時間內(nèi)計脈沖個數(shù)和測脈沖寬度的方法來甄別有效的人體信號，這里由系統(tǒng)振蕩器提供時鐘源（16kHz） 。具體判別方法如下4： 判別操作限制在2s內(nèi)； 脈沖寬度低于24ms的都算作噪聲，不予處理；單個有效脈沖：寬度必須大于340 ms；雙脈沖，其中寬的必須大于160ms ，窄的大于 24ms ；三個脈沖有效，每個都必須大于 24ms 。 經(jīng)過上述三步處理后就能準(zhǔn)確、可靠地判斷人體信號。根據(jù)具體應(yīng)用場合實現(xiàn)既定控制，例如報警器自動告

29、警，自動開啟某個設(shè)備。 PT8A26XX 系列主要是用于自動延時開關(guān)，其中延時可調(diào)，還可設(shè)定白天不工作。另外其它幾個公司處理器功能都基本類似，在節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用較廣。 3.4.13.4.1 小信號放大電路小信號放大電路本電路小信號放大器主要采用兩只 PNP 型三極管組成復(fù)合管放大電路。半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管” 。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶片上加上兩個能相互影響的 PN 結(jié)，組成一個 PNP（或 NPN）結(jié)構(gòu)。中間的 N 區(qū)（或 P 區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極 B、發(fā)射極 E 和集電極C，就能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。因為

30、三極管具有放大、開關(guān)等功能，所以在本設(shè)計中采用 NPN 型和 PNP 型兩種三極管。用來控制信號的放大，以及信號的開關(guān)狀態(tài)其放大電路如圖（4-2）所示：西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 16 頁 共 22 頁圖圖 3-83-8 放大電路放大電路3.4.2 繼電器電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸

31、點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點” ；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點” 。在本設(shè)計中需要電路自動控制電機的運作，所以采用繼電器來控制電機的啟動和停止。如圖（1-14）所示：圖圖 3.93.9 繼電器繼電器3.4.3紅外模塊與手動 PWM 調(diào)節(jié)模塊電路在紅外模塊與手動調(diào)節(jié)模塊電路設(shè)計，主要采用 AT 公司的 89C51 單片機來作為核西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 17 頁 共 22 頁心控制器件。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) F

32、LASH 存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)

33、準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示。圖圖 3-93-9 AT89C51AT89C51 單片機引腳圖單片機引腳圖3.4.4 紅外發(fā)射部分電路設(shè)計1）紅外接收模塊紅外發(fā)射模塊的工作過程是：單片機模塊檢測按鍵的狀態(tài)（是否有按鍵按下，有哪個鍵按下等）獲取信息碼，經(jīng)過軟件編碼后由 P3.4 口輸出控制碼并進行放大，然后調(diào)制到 NE555 構(gòu)成的多諧振

34、蕩器產(chǎn)生的占空比為 1/3 的 38kHz 載波上，驅(qū)動紅外發(fā)射西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 18 頁 共 22 頁管工作，送出紅外調(diào)光信號。NE555 多諧振蕩器如圖 3.10 所示，電阻 R1、R2 分別選用 20k（203）和50K（503）電位器。根據(jù)公式（6-1） 、 （6-2）可知，當(dāng) R1 調(diào)節(jié)為 12.65k、R2 調(diào)節(jié)為 25.31k 時，3 號引腳就能輸出占空比為 1/3、頻率為 38kHz 載波。圖圖 3-103-10 基于基于 NE555NE555 的多諧振蕩器的多諧振蕩器為了使信號能更好的被傳輸，發(fā)送端將二進制信號調(diào)制為脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射。發(fā)

35、射部分的信息碼由 AT89C51 單片機的定時器 1 中斷產(chǎn)生紅外線方波信號，由P1.0 口輸出經(jīng)過三極管 C8050 放大。用 555 定時器，產(chǎn)生 38kHz 方波，經(jīng)過三極管C8050 放大，由紅外線發(fā)射管發(fā)送。紅外線發(fā)射器須經(jīng)調(diào)試后方能正常工作。首先是對紅外線發(fā)射器的振蕩頻率進行調(diào)整，務(wù)必使它與紅外線接收器的工作頻率相吻合。調(diào)制電路如圖 10-33 所示，其中三極管 Q1、Q2 分別用于放大和調(diào)制，D5 是紅外發(fā)射二極管，D4 是狀態(tài)指示二極管。經(jīng)單片機編碼后的控制信息碼（data）經(jīng) Q1 放大后輸入 Q2 的集電極，與 NE555 多諧振蕩器注入的 38kHz 載波進行調(diào)制，然后通

36、過 D5 發(fā)射。西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 19 頁 共 22 頁Q18050Q28050data38kHz 波波R11kR21kD5D4R3100VC C圖圖 3.113.11 紅外發(fā)射信號調(diào)制電路紅外發(fā)射信號調(diào)制電路紅外發(fā)射編碼的數(shù)據(jù)幀格式如圖 3.12 所示。起始碼為 9ms 高電平和 4.5ms 低電平，用于接收端判斷是否有數(shù)據(jù)接收；16 位正反用戶碼用于選擇正確的接收端；16 位正反數(shù)據(jù)碼用于傳送 LED 亮度調(diào)節(jié)信息，實現(xiàn)亮滅控制和亮度調(diào)節(jié)功能。9ms4.5ms用戶碼 8bits用戶碼 8bits數(shù)據(jù)碼 8bits數(shù)據(jù)反碼 8bits停止位13.5ms引導(dǎo)碼18ms

37、 36ms27ms58.5ms 76.5ms圖圖 3.123.12紅外遙控數(shù)據(jù)幀格式紅外遙控數(shù)據(jù)幀格式2）紅外接收模塊紅外接收模塊采用紅外一體化接收頭 HS0038 實現(xiàn)，它將具有接收、放大、檢波、整形等功能，并能輸出 TTL 信號，因此可直接與 51 單片機兼容。基于 HS0038 的接收電路如圖 10-36 所示，其輸出腳（DATA）連接到單片機的中斷輸入腳（P3.4） ，便于采用查詢或中斷方式解碼。西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第 20 頁 共 22 頁VC C2GN D1DA TA3HS 0038R1 10kR25.1kC14.7uF+5V圖圖 3.133.13紅外接收電路原理圖紅外接收電路原理圖紅外解碼原理如圖 10-37 所示。由于發(fā)射端是通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制，因此在接收端需利用單片機的定時器 0 來計算接收脈沖的時間間隔，當(dāng)判出高電平的時長為 1.125ms 時，則解碼為 0，若判出高電平的時長為的 2.25ms 時，則解碼為 1。LED 亮度的控制可有正向工作電流調(diào)節(jié)方式和脈