熱釋電人體感應(yīng)開關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

1、 院系：物理與電子信息 專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)姓名： 學(xué)號(hào)：熱釋電紅人體感應(yīng)開關(guān)一、設(shè)計(jì)概念當(dāng)今社會(huì)的產(chǎn)品，尤其是電子行業(yè)的各類產(chǎn)品都逐漸趨于智能化、人性化，為了滿足人們的生活需求，使人們的生活更加方便,故而設(shè)計(jì)該熱釋電人體感應(yīng)開關(guān)電路。該電路可以用于廁所、走廊、樓梯等有人員走動(dòng)的地方，該電路利用熱釋電傳感器對(duì)人體的感應(yīng)控制燈的亮滅。當(dāng)有人員在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，熱釋電人體紅外傳感器就會(huì)發(fā)生電壓變化，再通過信號(hào)放大電路控制電磁繼電器的工作，從而控制開關(guān)的開或斷,最終起到開關(guān)作用控制燈的亮滅。該電路也可應(yīng)用于其他電路控制系統(tǒng)，通過利用熱釋電人體紅外傳感器對(duì)人體的感應(yīng)來控制電路的通斷.該感應(yīng)開關(guān)，通過

2、對(duì)人體的監(jiān)測(cè)來控制電路的開關(guān)，可以起到節(jié)能作用，與市場(chǎng)的聲控系統(tǒng)相比具有更高的使用價(jià)值。2、 人體熱釋電紅外傳感器PIR原理詳解在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛,因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性:人體都有恒定的體溫，一般在37度,所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10m左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10m 左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放

3、電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào).（1）這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10m 左右的紅外輻射必須非常敏感.(2）為了僅僅對(duì)紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。（3）被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)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(cè)器無信號(hào)輸出。(4）一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消,經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。(5）菲涅

4、爾濾光片根據(jù)性能要求不同,具有不同的焦距(感應(yīng)距離),從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多,控制越嚴(yán)密。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好.價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾被動(dòng)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(shí),探測(cè)和靈敏度明顯下降,有時(shí)造成短時(shí)失靈?？垢蓴_性能:1.防小動(dòng)物干擾探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物,一般不產(chǎn)生報(bào)警。2?？闺姶鸥蓴_探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4。6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。3.抗燈光干擾探測(cè)器在正常

5、靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。紅外線熱釋電傳感器的安裝要求:紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1。紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.02.2米。2。紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)， 冰箱,火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3。紅外線熱釋電傳感器探測(cè)范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。4。紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。三、設(shè)計(jì)原理31 熱釋電紅外傳感器 熱釋電人體紅外傳感器(PIP)一

6、般都采用差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu),由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管，高值電阻等組成,如圖所示。敏感元件,是用熱釋電人體紅外材料(通常是鋯鈦酸鋁）制成的，它由于外界的人體紅外輻射輻射而引起本身的溫度變化,從而產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的微弱電信號(hào),有2引腳輸出。通常敏感元件材料阻值高達(dá)。因此，要用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換,場(chǎng)效應(yīng)管常構(gòu)成源極跟隨器。高阻值電阻Rg的作用是釋放柵極電荷，使場(chǎng)效應(yīng)管正常工作。一般在源極輸出接法下,源極電壓約為0。41.0V.通過場(chǎng)效應(yīng)管，傳感器輸出信號(hào)就能用普通放大器進(jìn)行處理。熱釋電人體紅外傳感器只對(duì)人體和近似人體體溫的動(dòng)物有敏感作用。32 信號(hào)放大電路 由于熱釋電人體紅外傳感器感應(yīng)人體時(shí)產(chǎn)生非常微弱的電信號(hào)

7、,一般元件不能識(shí)別該信號(hào),故而需要放大電路放大該微弱信號(hào)。信號(hào)放大電路由兩個(gè)集成運(yùn)放(LM324）、電阻、電容組成兩級(jí)集成放大電路。通過兩級(jí)集成運(yùn)放的反饋電路,將熱釋電傳感器的微弱信號(hào)放大將微弱信號(hào)放大75分貝左右。一級(jí)放大電路采用正反饋放大原理，二級(jí)放大電路采用負(fù)反饋放大原理,經(jīng)過兩級(jí)放大后,原來的微弱信號(hào)變?yōu)檩^高的電壓，當(dāng)愛電壓并不穩(wěn)定，需要電壓比較電路，將信號(hào)輸出變?yōu)榉€(wěn)定的高低電平信號(hào).該電路中的電容可以消除其他信號(hào)的干擾。33電壓比較電路由于前級(jí)放大電路輸出的放大信號(hào)并不穩(wěn)定，其值在一定范圍內(nèi)變化，故而需要電壓比較器將合適的信號(hào)轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的高低電平信號(hào)，從而控制下一級(jí)電路的正常工作。該

8、電壓比較電路由兩個(gè)集成運(yùn)算放大器，部分電阻及二極管組成，R13，R14，R15三個(gè)電阻控制額定電壓值的大小，前級(jí)的放大信號(hào)通過與額定比較電壓相比，通過比較電路，當(dāng)電壓信號(hào)在額定電壓范圍內(nèi)時(shí),集成運(yùn)放輸出端產(chǎn)生高低電平,控制二極管的導(dǎo)通與截止,從而產(chǎn)生高低電平信號(hào)。34 開關(guān)控制電路該電路主要由電阻、一個(gè)三極管和一個(gè)電磁繼電器組成，當(dāng)前級(jí)電路放大信號(hào)產(chǎn)生的高電平傳送過來時(shí)，高電平信號(hào)使三極管工作在放大狀態(tài)，從而放大基極電流，放大的電流通過電磁繼電器，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，繼電器工作,從而控制開關(guān)的開與斷。進(jìn)而使控制電路控制其他控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。四、元件清單電阻 瓷片電容 電解電容 集成運(yùn)放 電磁繼

9、電器 三極管 5、 電路原理圖上圖中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第 一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)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(hào) Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí),若環(huán)境較明亮,R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平,從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時(shí),芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。圖中R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠圖紙選10K，實(shí)際使用時(shí)可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整,觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10 和C6的大小調(diào)整,R9/R10可以用470歐姆，C6/C7可以選0。1U?？偨Y(jié)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，自主學(xué)習(xí),學(xué)到了許多沒學(xué)到的知識(shí)。較好的完成了作品