平移門中傳感器的應(yīng)用

1、傳感器原理及應(yīng)用論文院：機(jī)械工程學(xué)院機(jī)自092姓名:學(xué)號(hào):劉威0908030277指導(dǎo)老師:馮治國(guó)2012年12月傳感器原理及應(yīng)用平移式感應(yīng)門中紅外線傳感器及光電傳感器裝備應(yīng)用背景門是伴隨著人們的文明而誕生的，隨著科學(xué)的發(fā)展，門的種類越來(lái)越多，技 術(shù)也越來(lái)越復(fù)雜。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高， 方便于生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始步入了人們的生活，自動(dòng)門已經(jīng)是隨處可見(jiàn)的。 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中國(guó)，高樓聳立的大都市，自動(dòng)門已經(jīng)是隨處可見(jiàn)。在大廈、賓館、 酒店、銀行、商場(chǎng)、醫(yī)院、寫字樓等場(chǎng)所。自動(dòng)門不但能給我們帶來(lái)人員出入方 便，節(jié)約能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的建筑增添了

2、不少高貴 典雅的氣息。會(huì)展中心正在使用中的平移式自動(dòng)門自動(dòng)平移門最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動(dòng) 門時(shí)，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將 門打開(kāi)到一定位置。當(dāng)人在門中間時(shí)，門不會(huì)因?yàn)檎`關(guān)而造成夾人事故。當(dāng)人通 過(guò)門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，既方便又 提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。平移型感應(yīng)自動(dòng)門基本工作原理一、平移式自動(dòng)門機(jī)組由以下部件組成：（1）主控制器：它是自動(dòng)門的指揮中心，通過(guò)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(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通 過(guò)主控器

3、調(diào)節(jié)門扇開(kāi)啟速度、開(kāi)啟幅度等參數(shù)。（2）感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng) 的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器 一個(gè)脈沖信號(hào)；（3）動(dòng)力馬達(dá)：提供開(kāi)門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn) 行。（4）門扇行進(jìn)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(jìn)。（5）門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng) 門扇運(yùn)行。（6） 同步皮帶（有的廠家 使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力， 牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn) 行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。二、當(dāng)門扇要完成一次開(kāi)門與關(guān)門，其工作流程如下：感應(yīng)

4、探測(cè)器探測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將脈沖信號(hào)傳給主控器，主控器判斷 后通知馬達(dá)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知馬達(dá)在一定時(shí)候加力和進(jìn) 入慢行運(yùn)行。馬達(dá)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行，將動(dòng)力傳給同步帶， 再由同步帶將動(dòng)力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開(kāi)啟；門扇開(kāi)啟后由控制器作出判 斷，如需關(guān)門，通知馬達(dá)作反向運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉門 扇傳感器應(yīng)用狀況目前自動(dòng)門行業(yè)的運(yùn)用的感應(yīng)開(kāi)關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開(kāi)關(guān)，微波感應(yīng)器，光電 傳感器，接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運(yùn)用在各類不同場(chǎng)合的自動(dòng)門 控制系統(tǒng)中。本文介紹的平移式自動(dòng)門主要采用了紅外線傳感器以及光電傳感器，應(yīng)用圖 如下射的特I紅外線熱電型紅外線傳感器工作示意圖在防夾人感應(yīng)器的選用

5、光電傳感器，可避免外界光線干擾。在門關(guān)閉時(shí)，當(dāng) 有人或車經(jīng)過(guò)安全光線時(shí)，門體會(huì)自動(dòng)停止關(guān)閉，并自動(dòng)開(kāi)門以起到安全作用。光電開(kāi)關(guān)工作示意圖傳感器工作原理一、紅外線傳感器紅外線傳感器主要由紅外輻射源和紅外探測(cè)器兩部分組成，有紅外輻 射的物體就可以視為紅外輻射源；紅外探測(cè)器是指能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換為 電能的器件或裝置，是紅外探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部 件，也稱為紅外傳感器。紅外線傳感器實(shí)物圖紅外探測(cè)器主要有兩大類：熱探測(cè)型（熱電型），包括熱釋電、熱敏 電阻、熱電偶；光子探測(cè) 器（量子型），利用某些半導(dǎo)體 材料在紅外輻射 的照射下產(chǎn)生光電子效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，其中有光敏電阻 、 光敏晶體管、光電池等。

6、本文主要介紹熱電型紅外探測(cè)器。熱探測(cè)器主要是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，當(dāng)探測(cè)器吸收輻射能后一起 溫度變化，使材料的物理量發(fā)生變化，如熱射電電荷、熱敏電阻阻值、熱 電偶電勢(shì)、氣體濃度變化等。熱釋電效應(yīng)首 先將光輻射能變成自身的溫度， 利用器件溫度敏感特性將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。例如上海產(chǎn)的SD02型熱釋電人體紅外傳感器，該傳感器由敏感元件、場(chǎng)效 應(yīng)管、阻抗變換器和濾光窗等構(gòu)成，并在氮?dú)猸h(huán)境下封裝。內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖如 圖所示。管ZT座阻腳FE管高引三紅外輻射級(jí)源 地2 3一些熱釋電人體紅外線傳感器原理圖一般人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探 頭

7、就是靠探測(cè)人體發(fā)射 的10UM左右的 紅外線而進(jìn)行工作的。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10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。人體發(fā)射的10UM左 右的紅外線通過(guò)菲尼爾濾光片增強(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，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢 驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生信號(hào)。引腳圖1光電管結(jié)構(gòu)示意國(guó)S2光電管電路光電管結(jié)構(gòu)及其電路圖被動(dòng)式紅外探測(cè)器的組成如下圖所示。物體射出的紅外線先通過(guò)菲涅 爾透鏡，然后到達(dá)熱釋電紅外探測(cè)器。這時(shí)，熱釋電紅外探測(cè)器將輸出脈 沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)放大和 濾波后，由電壓比較

8、器將其與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)輸出信號(hào)達(dá)到一定值時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)紅外傳感器工作示意圖在電子防盜、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。二、光電傳感器光電器件的工作原理是利用各種光電效應(yīng)。光電傳感器是將被測(cè)量的變化通過(guò)光 信號(hào)（如光強(qiáng)、光頻率等）變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器主要由光源、光學(xué)通 路、光電元件等組成。光電器件種類很多，基于外光電效應(yīng)的器件有：光電管、光電倍增管等；基于內(nèi) 光電效應(yīng)的光敏器件有：光敏電阻、光敏二極管、光電池等。其中，光電管結(jié)構(gòu) 如下圖所示：在平移式自動(dòng)門中常采用光電開(kāi)關(guān)來(lái)作為自動(dòng)控制。光電

9、開(kāi)關(guān)是將光敏器件 與發(fā)光器件集成在一起。與光電耦合器件不同的是光電開(kāi)關(guān)的光檢測(cè)信號(hào)由被測(cè) 非電量控制。這種器件按工作方式有透射式和反射式兩種形式，在平移式自動(dòng)門 中采用透射式，原理結(jié)構(gòu)圖如下：工作時(shí)光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射與接收器件的光軸在一條直線上，當(dāng)不透明物質(zhì)位于它們 中間時(shí)，光路被切斷，接收光電器件隨物體有無(wú)產(chǎn)生電信號(hào)輸出的高低變化，所 以又稱為光電斷路器?；倦娐啡缦聢D：光電開(kāi)關(guān)電路圖利用光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)人或其他物體在門中間時(shí)，由于發(fā)光器件所發(fā)出的光線被 遮住，無(wú)法傳到光敏器件，致使接收光電器件產(chǎn)生信號(hào)，控制門開(kāi)啟。當(dāng)人或物 體移開(kāi)時(shí)，光路再次接通，接收光電器件接收到光信號(hào)，發(fā)出關(guān)門信號(hào)，控制門 關(guān)

10、閉。增加光電開(kāi)關(guān)控制，可以預(yù)防平移式自動(dòng)門因?yàn)檎`關(guān)導(dǎo)致夾人的事故發(fā)生。測(cè)量電路電路部分采用LM324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器，下面主要介紹 紅外傳感器部分電路。由于熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)十分微弱，因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的前置放大 電路就顯的尤為重要。前置放大電路如圖所示。放大電路電路的核心為兩片運(yùn)算放大器，采用級(jí)聯(lián)方式提高放大倍數(shù)。考慮到控制信 號(hào)頻率為低頻信號(hào)，傳感器的輸出信號(hào)也以該頻率變化，因此將放大器接成低通 形式，截止頻率為45 Hz，兩級(jí)電壓放大倍數(shù)分別為Au1=120, Au2=4，總的放大 倍數(shù)為Au： Au1xAu2=480= 54db。LM324另外兩個(gè)運(yùn)放組成電壓比

11、較檢測(cè)窗口，由R3,R5和R7,R8將高、低通 放大器的(3)腳和(5)腳均 設(shè)置為1/2 Vcc，即3V。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人體 的活動(dòng)，其產(chǎn)生的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，傳送到LM324的10,13腳時(shí)，用示 波器可以檢測(cè)到峰值約為5V的正弦波，那么無(wú)論是信號(hào)的正半周還是負(fù)半周， 兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為低電平，使IC2的(2)腳由高電平跳成低電平以 便控制延時(shí)電路工作。電壓比較電路如下：E5 -LC 昭S -LC7比較電路靜態(tài)時(shí)，LM324的(8)、(14)均為低電平，開(kāi)關(guān)管截止，IC2的(2)腳仍 為高電平，延時(shí)電路不工作。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人的活動(dòng)，在輸入信號(hào)的正半 周時(shí)，13腳的電平

12、高于12腳所加的2.6V比較電壓，下比較器由14腳輸出低 電平，VD2截止；此時(shí)10腳電平高于(9)腳，上比較器輸出高電平，VD1導(dǎo)通， 其高電平使得開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通，將IC2的(2)腳拉成低電平，致使延時(shí)電路工作。 在信號(hào)負(fù)半周時(shí)，上、下比較器輸出電平剛好相反，即(8)腳輸出低電平，(14) 腳輸出高電平，VD2導(dǎo)通?？梢?jiàn)，只要傳感器檢測(cè)到人體活動(dòng)，無(wú)論是信號(hào)的正 半周還是負(fù)半周，兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為高電平，通過(guò)開(kāi)關(guān)三極管從而控 制延時(shí)電路工作。R14和C6組成電機(jī)延時(shí)電路，其時(shí)間約為60s。人體離開(kāi)傳感器的探測(cè)范 圍后，其輻射的紅外線信號(hào)消失，IC2B的7腳又恢復(fù)高電平輸出，此時(shí)VD2

13、截止。 由于C6兩端的電壓不能突變，故通過(guò)R14向C6緩慢充電，當(dāng)C6兩端的電壓高于 其基準(zhǔn)電壓時(shí)，IC3的1腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)間約為60s，即持續(xù)啟動(dòng)電機(jī)60s，可 是門開(kāi)啟或是關(guān)閉。因?yàn)楣怆婇_(kāi)關(guān)測(cè)量電路與紅外線傳感器測(cè)量電路相似，就不再作陳述。傳感器檢測(cè)信息與控制系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)系統(tǒng)控制涉及到伺服電機(jī)，PLC以及其他傳感器等控制元件，相對(duì)較為復(fù)雜， 因此不在此一一陳述。編寫感想通過(guò)這次論文編寫，我能夠把理論知識(shí)同實(shí)際結(jié)合起來(lái)，收獲很多，在編寫 過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，通過(guò)上網(wǎng)查資料和同學(xué)討論，最終得到解決。編寫過(guò)程中 我發(fā)現(xiàn)自己的理論知識(shí)掌握的還不是很牢固，沒(méi)有理論作支持，實(shí)踐是很難進(jìn)行 的。這次論文編寫從初選題、找資料、確定題目、編寫都是我自己獨(dú)立完成的。 在編寫的過(guò)程中遇到了許多的問(wèn)題，但自己通過(guò)仔細(xì)的分析，不斷的查閱，最終 都解決了。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了要想編寫一篇論文，不但要認(rèn)真細(xì)心，而且 要有耐心，全面的去考慮問(wèn)題。在整個(gè)論文的編寫過(guò)程中，對(duì)整個(gè)論文要有系統(tǒng) 的把握，還要對(duì)一些細(xì)節(jié)考慮周全。只有這樣才能編寫好論文。在編寫過(guò)程中總感覺(jué)自己對(duì)知識(shí)的掌握及運(yùn)用知識(shí)的能力不足。總體來(lái)說(shuō)， 這次論文編寫使我收獲頗豐。不但