熱釋電紅外自動門控制器的設(shè)計已修改

1、煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程 系 機電一體化 專業(yè) 08 級畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目: 熱釋電紅外自動門控制器設(shè)計 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師（簽名） 機電工程系08級 高職學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計題目 熱釋電紅外自動門控制器設(shè)計 學(xué)生姓名 系別 機電工程系 專業(yè) 機電一體化技術(shù) 班級 機電 指導(dǎo)教師 職稱 助工 課題來源 任務(wù)書下達時間 系主任簽字 教研室主任簽字 1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容：熱釋電、紅外線、自動控制、技術(shù)指標(biāo)：了解接收與發(fā)射電路 2、畢業(yè)設(shè)計（論文）基本要求要求：能按時完成畢業(yè)設(shè)計（論文）各階段所要求的工作， 論文結(jié)構(gòu)完整、合理、條理清晰、對實驗方案

2、的論述正確3、所需數(shù)據(jù)資料及參考文獻1 胡乾斌，李光斌，李玲等. 單片微型計算機原理與應(yīng)用M. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005，82 王永軍、從玉珍 主編，數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)M.北京：電子工業(yè)出版社，1999年8月4、進度計劃序號階段性工作及成果時間安排1申報畢業(yè)設(shè)計（論文）課題 2開題會，各指導(dǎo)教師下達任務(wù)書。 3課題設(shè)計、撰寫論文、實物制作 4上交有關(guān)材料給指導(dǎo)老師 5答辯時間 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文)誠 信 承 諾 書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計（論文） 熱釋電紅外自動門控制器設(shè)計 是在老師的指導(dǎo)下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引

3、起的后果承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究成果歸屬學(xué)校所有。 學(xué)生(簽名) 年 月 日熱釋電紅外自動門控制器的設(shè)計魏星剛隨著：社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。同時也標(biāo)志了自動控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時代的一員。它實用性強，功能齊全，技術(shù)先進，使人們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外的建筑市場上得到大范圍的普及

4、。同時也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項配置。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達，當(dāng)人走近自動門時，雷達感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。關(guān)鍵詞：熱釋電、紅外線、自動控制、自動門目錄一引 言3二.平移門的主要部件性能51自動平移門機組部件組成：5（1） 主控制器：5（2） 感應(yīng)探測器5（3） 動力馬達：5（5） 門扇吊具走輪系統(tǒng):5（6） 同步皮帶5（7） 下部導(dǎo)向系統(tǒng)：52 自動門

5、主控器53. 感應(yīng)探測器531熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)632熱釋電紅外傳感器的原理特性63.3 熱釋電效應(yīng)73 4 被動式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特性835被動式熱釋電紅外探頭的特點：9三.平移門控制原理10平移門控制單元12四自動門安裝：12五類型131）全玻璃平移自動門132）有框平移自動門133）重疊平移自動門13全玻璃自動平移門144）工廠平移自動門14六結(jié) 論14七 結(jié)束語14八參考文獻15一引 言今天，人類已進入科學(xué)技術(shù)空前發(fā)展的信息社會，電子計算機、機器人、自動控制技術(shù)以及單片機嵌入系統(tǒng)的迅速發(fā)展，迫切需要行行色色的傳感器。作為“感覺器官”，傳感器用于將各種各樣的信息檢測并轉(zhuǎn)

6、換為工作系統(tǒng)能進行處理的信息。顯而易見，傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有極其重要的地位，了解、掌握和應(yīng)用傳感器成了許多專業(yè)工程技術(shù)人員的必需，“傳感器技術(shù)與應(yīng)用”成了應(yīng)用電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動信號技術(shù)、測量技術(shù)、機器人技術(shù)及計算機應(yīng)用等專業(yè)的必修課。目前，市場上出現(xiàn)的熱釋電人體紅外線傳感器主要有上海產(chǎn)的SD02、PH5324，德國產(chǎn)的LH1954、LH1958，美國HAMAMATSU公司產(chǎn)P2288，日本NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、RS02D等。雖然它們的型號不一樣，但其結(jié)構(gòu)、外型和電參數(shù)大致相同，大部分可以彼此互換使用。1自動平移門機組部件組成： （1） 主控制器：

7、它是自動門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 （2） 感應(yīng)探測器：負責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號； （3） 動力馬達：提供開門與關(guān)門的主動力，控制門扇加速與減速運行。 （4） 門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。 （5） 門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 （6） 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng) （7） 下部導(dǎo)向

8、系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。當(dāng)門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)門，通知馬達作反向運動，關(guān)閉門扇2 自動門主控器自動門采用美國微芯公司16位單片機dsPIC30F3010做主控芯片.以及PWM脈寬調(diào)制、PID自動反饋調(diào)節(jié)等多種現(xiàn)代高新技術(shù),驅(qū)動無刷電機拖動自動門運行。具有自識別、自恢復(fù)、自

9、保護等多項智能化功能。3. 感應(yīng)探測器在自動門領(lǐng)域中，被動式人體熱釋電紅外線感應(yīng)開關(guān)的應(yīng)用非常廣泛，因其性能穩(wěn)定且能長期穩(wěn)定可靠工作而受到廣大用戶的歡迎，這種開關(guān)主要由人體熱釋電紅外線傳感器、信號處理電路、控制及執(zhí)行電路、電源電路等幾部分組成31熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1D腳 2S腳 3G腳熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖32熱釋電紅外傳感器的原理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)遠遠高于熱電偶，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

10、產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，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104，故引入的溝道結(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)計時應(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

11、極化后的探測元也是有正、負極性的。3.3 熱釋電效應(yīng)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1表示了熱釋電效應(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(LiTaO3 等)、壓電陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）。 菲涅耳透鏡（圖3）根據(jù)菲涅耳

12、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，電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號。3 4 被動式熱釋電紅外傳感器的工作原理與特性人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)

13、射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅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泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作

14、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。 4)一旦人侵入探測區(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)信號處理而報警。 5)菲泥爾濾光片根據(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，視場越多，控制越嚴(yán)密。 35被動式熱釋電紅外探頭的特點： 1）優(yōu)點： 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。 2）缺點： 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

15、短時失靈。 3）抗干擾性能： 防小動物干擾 探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。 抗電磁干擾 探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。 抗燈光干擾 探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報警。     三.平移門控制原理在該探測技術(shù)中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外自動平移門的特點是能夠響應(yīng)人體在探測區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，待測目標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)（菲涅爾透鏡）熱釋電紅

16、外傳感器信號處理平移門控制電路當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由、組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為，下限截止頻率為。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設(shè)計運用集成運算放大器來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。當(dāng)傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時，若信號幅度超過窗口比較器的

17、上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號；無異常情況時則輸出低電平信號。在該比較器中，、用做參考電壓，兩個運算放大器用做比較，兩個二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定。窗口比較器的上下限電壓即參考電壓分別為和。將這個高低電平變化的信號上升沿信號作為單穩(wěn)電路的觸發(fā)信號，并讓其輸出一個脈寬大約為的高電平信號。再用這一脈寬信號作為報警電路的輸入控制信號，來使電路產(chǎn)生的報警信號，最后用三極管和再一次對電信號進行放大，以便有足夠大的電流來驅(qū)動喇叭使其連續(xù)發(fā)出的報警聲。前兩個LM324是兩級放大器。傳感器檢測到人體紅外線后產(chǎn)生的感應(yīng)信號很微弱，電路中設(shè)置了諸多旁路電容都是為了抑制干擾，避免誤動作。后兩個LM324是上、下限

18、電壓比較器。只有傳感器感應(yīng)產(chǎn)生的交變信號經(jīng)放大達到足夠電平才能使其輸出為高電平，以控制后面繼電器K1是否得電。K1得電，此時將進入平移門控制部分。K1得電則KA2得電吸合，KA2常開閉合自鎖，電機開始正轉(zhuǎn)，門就慢慢打開。當(dāng)接觸到行程開關(guān)QS1后，之前動作的觸點復(fù)位，電機停止，門也不動了，一直處于開啟狀態(tài)。同時行程開關(guān)的常開觸點閉合，時間繼電器KT得電延時5S。5S后KT常開閉合， KA得電，KA3常開閉合自鎖，電機開始反轉(zhuǎn)，直到碰到行程開關(guān)QS2，門已關(guān)上，電機停止反轉(zhuǎn)。以上為電路運行的所有過程。 平移門控制單元四自動門安裝：自動門安裝主要是紅外線熱釋電傳感器的安裝， 紅外線熱釋電人體傳感器只

19、能安裝在室內(nèi)，其誤報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2.0-2.2米。 2）紅外線熱釋電傳感器遠離空調(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窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，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氣流活動的地方。 紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感, 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感. 在現(xiàn)場

20、選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 五類型1）全玻璃平移自動門此類自動平移門導(dǎo)軌大多是采用鋁合金型材， 門體設(shè)計采用鋼化玻璃，透明度高，結(jié)構(gòu)簡潔，豪華氣派。美容會所，寫字樓等常使用這一類型自動門    重疊平移自動門12）有框平移自動門導(dǎo)軌為鋁合金型材，傳動結(jié)構(gòu)合理、可靠、壽命達到100萬次以上。 門體設(shè)計采用歐洲流行款式，外包不銹鋼或鋁合金邊框，造型精煉，線條流暢，用料精    有框平移自動門良，可根據(jù)需要噴涂多種色彩。內(nèi)嵌大平面高強度玻璃，整體尊貴大方，富有現(xiàn)代感。 3）重疊平移自動門重疊品議自動門的開啟寬幅是標(biāo)

21、準(zhǔn)平移自動門的1.3倍。 適用于人流量大、需搬運超寬物體的通道口， 如汽車展廳、展覽館、會議中心等場所。門體可采用不銹鋼邊框，也可采用鋁型材門框或高強度的鋼化玻璃。    全玻璃自動平移門4）工廠平移自動門導(dǎo)軌為鋁合金型材，傳動結(jié)構(gòu)合理、可靠、壽命達100萬次以上。 門體設(shè)計采用彩鋼板發(fā)泡工藝或大平面亞光不銹鋼板材或鋁板，隔音性能好。 活動門運行平穩(wěn)。也可用手控開關(guān)操作。 使用于工廠、倉庫等場所。    工廠平移自動門 六結(jié) 論 隨著相關(guān)信號處理器性能和可靠性的不斷提高，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器，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定

22、而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎，廣泛應(yīng)用于各種自動化控制裝置中，既可作為紅外激光的一種較理想的探測器，又可適用于防盜報警、自動門等紅外領(lǐng)域。七 結(jié)束語本論文設(shè)計在仇老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成，從課題選擇到具體的寫作過程，無不凝聚著楊老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文寫作期間，仇老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)論文。在此向楊老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這兩年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們兩年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。八參考文獻【1】 張岳.自動控制原理M.清華大學(xué)出版社.2005.8【2】 汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗M. 華中科技大學(xué)出版社.2006.08【3】 薛安克.自動控制原理M.西安電子科技大學(xué)出版.2004.6【4】 王義玉.紅外探測器M.兵器工業(yè)出版社.2005.8【5】 杰哈.紅外技術(shù)應(yīng)用M .化學(xué)工業(yè)出版社.2004.10【6】 朱強.自動檢測技術(shù)M.山東科學(xué)技術(shù)出版社.2005.8