紅外感應(yīng)LED亮度調(diào)節(jié)(附單片機(jī)程序)

西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第26頁(yè)共22頁(yè)西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1頁(yè)共19頁(yè)摘要為了解決長(zhǎng)明燈所造成的能源浪費(fèi)而設(shè)計(jì)出了利用紅外熱釋傳感器控制樓道燈開(kāi)關(guān)的電路。當(dāng)白天光照很好時(shí)，不管有多少路過(guò)的行人，都不會(huì)使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，熱釋紅外探測(cè)頭就開(kāi)始工作，只要檢測(cè)到人體溫度，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明，過(guò)幾十秒鐘后又自動(dòng)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(jiǎn)單而且安裝方便、使用壽命也長(zhǎng)。此電路由一塊開(kāi)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(mén)，光敏電阻、二極管、單片機(jī)（AT89C51）、LED等元器件組成。本設(shè)計(jì)對(duì)電路原理作出詳細(xì)分析并闡述元器件的作用及其實(shí)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(jī)目錄TOC\o"2-3"\h\z\t"標(biāo)題1,1,一級(jí)標(biāo)題,1,樣式標(biāo)題1Char+(西文)小三(復(fù)雜文種)10磅非加粗居中段前:30磅段后:30磅...,1,修正一級(jí),1"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(jì) 63.1電源電路設(shè)計(jì) 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(jì) 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(jì) 103.4.1小信號(hào)放大電路 153.4.2繼電器 163.4.3紅外模塊與手動(dòng)PWM調(diào)節(jié)模塊電路 163.4.4紅外發(fā)射部分電路設(shè)計(jì) 173.4.5手動(dòng)PWM調(diào)節(jié)LED 20致謝 22參考文獻(xiàn) 23第1章緒論在學(xué)校、機(jī)關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場(chǎng)所以及居民區(qū)的公共樓道，長(zhǎng)明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費(fèi)。另外，由于頻繁開(kāi)關(guān)或者人為因素，墻壁開(kāi)關(guān)的損壞率很高，增大了維修量、浪費(fèi)了資金。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了利用紅外熱釋傳感器控制的樓道燈開(kāi)關(guān)。這是一種電路新穎、安全省電、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)的紅外熱釋傳感樓道燈開(kāi)關(guān)。當(dāng)白天光照好時(shí)，不管有多少過(guò)路者，都不會(huì)使燈泡發(fā)亮。夜晚光暗，熱釋紅外探測(cè)頭就開(kāi)始工作，只要檢測(cè)到人體溫度，就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明，過(guò)幾十秒鐘后又自動(dòng)熄滅。并且根據(jù)需要還可以手動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈燈數(shù)，大大提高了能源利用率。在本設(shè)計(jì)中介紹了紅外熱釋傳感器樓道開(kāi)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(shí)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(kāi)關(guān)集成電路、單片機(jī)可控電路和LED6大部分組成。在做電路設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了模擬電子線路和單片機(jī)應(yīng)用的基本知識(shí)。其知識(shí)的普遍性、實(shí)用性運(yùn)用的非常好。各部分電路的結(jié)構(gòu)清晰、明了、直觀，這對(duì)電路的分析起了很大的幫助。在電路的設(shè)計(jì)中，大部分采用了分立元件，便于檢測(cè)和維修，同時(shí)還節(jié)約了成本。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(kāi)關(guān)集成電路組成。其框圖如下：光控電路光控電路LED單片機(jī)控制模塊紅外探測(cè)邏輯電路延時(shí)電路電源電路~220V圖2-1系統(tǒng)框圖電源電路：220V的電網(wǎng)電壓進(jìn)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(qiáng)時(shí)，其電路不工作。在晚上或者白天光線很弱的時(shí)候，電路開(kāi)始工作，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。紅外熱釋傳感器：當(dāng)有人體接近時(shí)紅外他側(cè)區(qū)時(shí)，紅外傳感器探頭輸出微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)專用的集成芯片處理放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號(hào)，TTL電平信號(hào)送到控制電路，控制等的亮滅。邏輯門(mén)電路：對(duì)光控電路和紅外傳感器電路輸出的電平信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，達(dá)到最終想要的一個(gè)邏輯信號(hào)量。延時(shí)電路：邏輯電路判斷到有人靠近后，為亮燈提供足夠發(fā)時(shí)間。單片機(jī)控制模塊:通過(guò)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(duì)于系統(tǒng)的工作過(guò)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(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓。當(dāng)白天時(shí)，光線比較強(qiáng)，光電控制電路輸出高電平，經(jīng)過(guò)74LS27或運(yùn)算后輸出輸出低電平，再經(jīng)過(guò)74LS04反相器反相輸出高電平，此種請(qǐng)況下，不管有無(wú)人接近紅外探測(cè)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(huì)亮；當(dāng)晚上光線較弱的時(shí)候，光電控制電路輸出低電平，如果此時(shí)探測(cè)是否有人體接近，紅外傳感器就輸出低電平，74LS27或非門(mén)兩個(gè)輸入端都為低電平經(jīng)過(guò)或運(yùn)算后輸出輸出高電平，再經(jīng)過(guò)74LS04反相器反相輸出低電平，低電平信號(hào)送到延時(shí)電路，對(duì)電容C充電，并且此時(shí)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(jī)輸入高電位信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)輸出對(duì)應(yīng)點(diǎn)亮高電平，由放大器后電路LED；當(dāng)人走開(kāi)過(guò)后，紅外傳感器就輸出高電平，74LS27或非門(mén)兩個(gè)輸入端不能同時(shí)為低電平經(jīng)過(guò)或運(yùn)算后輸出輸出低電平，再經(jīng)過(guò)74LS04反相器反相輸出高電平，此時(shí)電容只有放電來(lái)維持控制級(jí)兩只三極管的飽和導(dǎo)通，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)電容C的電壓降到0.7V時(shí)，三極管截止，繼電器線圈斷路，繼電器斷開(kāi)，單片機(jī)無(wú)信號(hào)輸入，燈泡熄滅。當(dāng)又有人接近時(shí)重復(fù)上面的過(guò)程燈泡又會(huì)亮起來(lái)，再熄滅。第3章單元電路設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)

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，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(shí)間變化的脈動(dòng)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(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)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2.1直流穩(wěn)壓電源框圖3.1.1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(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。這兩個(gè)繞組具有不同的匝數(shù)且互相絕緣，兩繞組間只有磁的耦合而沒(méi)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(guò)分析計(jì)算查找選用TRAN-2P3S微型干式變壓器，其功率小，耗能底，性價(jià)比高，且能滿足此設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用要求。干式變壓器的性能特點(diǎn)：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(jī)械強(qiáng)度高，抗短路能力強(qiáng)。2、可配置低噪音的風(fēng)冷裝置，通過(guò)溫控器對(duì)風(fēng)扇的起動(dòng)和關(guān)閉可以自動(dòng)控制，由此可以使變壓器增容40%運(yùn)行。本實(shí)驗(yàn)要求所加在報(bào)警器上的電源電壓為220V，但報(bào)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(guò)變壓以后才能加在實(shí)驗(yàn)電路上。此干式變壓器的輸出電壓有12V和8V兩種，所以本實(shí)驗(yàn)的變壓器電路大致如下圖所示：圖3.1變壓器TRAN-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(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流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(jiàn)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(mén)的換相電路，因而電路簡(jiǎn)單、工作可靠，得到廣泛應(yīng)用。但相控整流電路在控制用α較大時(shí)，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(dòng)中，低速運(yùn)行時(shí)，采用斬控整流電路可解決功率因數(shù)變壞的問(wèn)題。圖3.2橋式整流電路整流電路是電力電子電路中最早出現(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(duì)交流整流。用可控硅組成的可控整流相對(duì)用普通二極管組成的不可控整流系統(tǒng)價(jià)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(jì)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(gè)普通二極管組成。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課題的要求，本實(shí)驗(yàn)的電源要求用5V直流電，所以經(jīng)過(guò)變壓后的5V交流電必須經(jīng)過(guò)整流電路整流后才能加到實(shí)驗(yàn)電路上。綜合各方面的因素，本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的整流電路如圖所示（其中4個(gè)二極管都選用1N4007）3.3光控電路設(shè)計(jì)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(hào)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管。在次設(shè)計(jì)中利用光敏電阻和一個(gè)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(shí)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(duì)光線非常敏感。無(wú)光線照射時(shí)呈高阻態(tài)，暗阻值一般可達(dá)1.5M歐姆以上;有光照時(shí)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?？梢?jiàn)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(hào)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(hù)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(jiàn)表：表3-1幾種光敏電阻器的參數(shù)型號(hào)亮阻/k暗阻/k峰值波長(zhǎng)/nm時(shí)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-A<5×10>100520<50100<1-40～80<100CdSRG-CdS-B<1×10×2>100520<50150<0.5-40～80<100CdSRG-CdS-C<5×10×2>100520<50150<0.5-40～80<100CdSJN54C3843～20最低0.5-->100--30～6030CdSJN54C6950～100最低20-->100--30～6060CdS3.3.2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(dòng)管截止，使8腳輸入的信號(hào)控制無(wú)效。當(dāng)夜晚來(lái)臨時(shí)，由于RG無(wú)光照阻值在兆歐級(jí)以上IC1的2腳電位<0.7V,則其9腳內(nèi)輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通，此時(shí)IC1受其8腳輸入信號(hào)的控制。C3是用來(lái)控制在某些時(shí)候由于人為因素使光敏電阻無(wú)法正常拾取光信號(hào)而通過(guò)C3的充放電來(lái)延遲拾取光信號(hào)的時(shí)間。電路圖所3-8所示。圖3.3光控電路3.4紅外控制電路設(shè)計(jì)紅外線防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了紅外線感光原理和單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。(1)紅外線報(bào)警器分類：紅外線報(bào)警器分主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式紅外線報(bào)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(wú)法看到，但是用手機(jī)是可以觀察到的，聰明的犯罪分子在盜竊時(shí)很有可能會(huì)用手機(jī)先觀測(cè)看看你的愛(ài)車的紅外報(bào)警器安裝在哪里，所以這樣就體現(xiàn)不出紅外報(bào)警器的隱蔽性，主動(dòng)式紅外報(bào)警器的工作原理是報(bào)警器主動(dòng)發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會(huì)反彈回來(lái)，被報(bào)警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測(cè)到，紅外線是靜止不動(dòng)的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報(bào)警器就不會(huì)報(bào)警。當(dāng)有會(huì)動(dòng)的物體觸犯了這根看不見(jiàn)的紅線的時(shí)候，探頭就會(huì)檢測(cè)到有異常，就會(huì)報(bào)警。主動(dòng)式紅外線報(bào)警器主要由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路組成。被動(dòng)式紅外線報(bào)警器少了一項(xiàng)功能，就是發(fā)射紅外線。被動(dòng)式紅外報(bào)警器最主要的是探測(cè)人體皮膚表面散發(fā)出的紅外線。大家都知道當(dāng)物體的溫度高的時(shí)候，就會(huì)發(fā)出紅外線，換句話說(shuō)任何物體都能發(fā)出紅外線，只是發(fā)出紅外線的強(qiáng)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(qiáng)，相對(duì)而言還比較好檢測(cè)。紅外線報(bào)警器對(duì)溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強(qiáng),當(dāng)感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強(qiáng)度的輻射時(shí)，就觸發(fā)反警。而其后的原理，被動(dòng)式報(bào)警器和主動(dòng)式是一樣的。被動(dòng)式紅外線報(bào)警器主要由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、延時(shí)電路和音響報(bào)警電路組成。(2)紅外線報(bào)警器的選擇因?yàn)橹鲃?dòng)動(dòng)式紅外線報(bào)警器，安裝不便，隱蔽性相對(duì)熱釋紅外傳感器較差，檢測(cè)范圍較窄，而被動(dòng)式紅外線報(bào)警器的電路相對(duì)也比較較簡(jiǎn)單，成本低廉，安裝簡(jiǎn)單，檢測(cè)范圍寬，隱蔽性非常好，易于廣泛的運(yùn)用于現(xiàn)代大眾生活中，所以在本論文中，我選擇被動(dòng)式紅外線報(bào)警器的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的。(3)熱釋紅外傳感器簡(jiǎn)介當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)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(lái)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(lái)。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)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。

圖3.4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(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì)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(shí)，ΔT=0，傳感器無(wú)輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見(jiàn)圖3.5所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場(chǎng)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(guò)的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈光的短波長(zhǎng)（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長(zhǎng)在8mm～12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)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。

圖3.5熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路圖3.6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(jiàn)區(qū)和盲區(qū)，同時(shí)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(hào)折射（反射）在PIR上；二是將檢測(cè)區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的移動(dòng)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(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。

如果我們?cè)跓犭娫由线m當(dāng)?shù)碾娮瑁?dāng)元件受熱時(shí)，電阻上就有電流流過(guò)，在兩端得到電壓信號(hào)。

（4）、被動(dòng)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(duì)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(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)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37°C左右，會(huì)發(fā)出10mm左右特定波長(zhǎng)的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外線通過(guò)菲涅耳濾光片增強(qiáng)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(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。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)的熱釋電元件，而且制成的兩個(gè)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(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(wú)信號(hào)輸出[3]。

（5）、被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)

不同于主動(dòng)式紅外傳感器，被動(dòng)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(jià)格低廉。但是，被動(dòng)式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn)，如：

①信號(hào)幅度小，容易受各種熱源、光源干擾；

②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；

③易受射頻輻射的干擾；

④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；

⑤被動(dòng)紅外探測(cè)器的主要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)徑向方向運(yùn)動(dòng)的物體檢測(cè)能力比較差。

（6）、熱釋電紅外探頭處理芯片原理及應(yīng)用

雖然被動(dòng)式熱釋電紅外探頭有些缺點(diǎn)，但是利用特殊信號(hào)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(jì)了專用信號(hào)處理器，比如HOLTEKHT761X、PTIPT8A26XXP、WELTRENDWT8072,BISS0001。本文對(duì)PTI（百利通電子有限公司）專用芯片PT8A26XXP作一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的介紹。

圖4陰影部分是PIR信號(hào)處理部分，有兩個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)窗口比較器、一個(gè)穩(wěn)壓器、一個(gè)系統(tǒng)振蕩器和一個(gè)邏輯控制器。其它是依賴處理結(jié)果的控制部分，這里重點(diǎn)介紹PIR信號(hào)處理部分，控制部分就簡(jiǎn)單略過(guò)。

由于PIR信號(hào)變化緩慢、幅值小，針對(duì)該特點(diǎn)，專用信號(hào)處理器一般分為三步處理，具體處理步驟如下：

①濾波放大

普通PIR傳感器輸出信號(hào)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0.3Hz～7Hz。同時(shí)，由于是處理模擬小信號(hào)，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(gè)穩(wěn)壓器用于給傳感器、放大器和比較器供電。

②窗口比較器

經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)通過(guò)窗口比較器后檢出滿足幅值要求的信號(hào)后，再轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字脈沖信號(hào)。

圖3.7熱釋電紅外探頭處理原理

③噪聲抑制數(shù)字信號(hào)處理

根據(jù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及傳感器的特性的長(zhǎng)期研究，用固定時(shí)間內(nèi)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)和測(cè)脈沖寬度的方法來(lái)甄別有效的人體信號(hào)，這里由系統(tǒng)振蕩器提供時(shí)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(gè)有效脈沖：寬度必須大于340ms；雙脈沖，其中寬的必須大于160ms，窄的大于24ms；三個(gè)脈沖有效，每個(gè)都必須大于24ms。

經(jīng)過(guò)上述三步處理后就能準(zhǔn)確、可靠地判斷人體信號(hào)。根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)既定控制，例如報(bào)警器自動(dòng)告警，自動(dòng)開(kāi)啟某個(gè)設(shè)備。PT8A26XX系列主要是用于自動(dòng)延時(shí)開(kāi)關(guān)，其中延時(shí)可調(diào)，還可設(shè)定白天不工作。另外其它幾個(gè)公司處理器功能都基本類似，在節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用較廣。3.4.1小信號(hào)放大電路本電路小信號(hào)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(gè)能相互影響的PN結(jié)，組成一個(gè)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(kāi)關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。因?yàn)槿龢O管具有放大、開(kāi)關(guān)等功能，所以在本設(shè)計(jì)中采用NPN型和PNP型兩種三極管。用來(lái)控制信號(hào)的放大，以及信號(hào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)其放大電路如圖（4-2）所示：圖3-8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(diǎn)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(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）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(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。在本設(shè)計(jì)中需要電路自動(dòng)控制電機(jī)的運(yùn)作，所以采用繼電器來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止。如圖（1-14）所示：圖3.9繼電器3.4.3紅外模塊與手動(dòng)PWM調(diào)節(jié)模塊電路在紅外模塊與手動(dòng)調(diào)節(jié)模塊電路設(shè)計(jì)，主要采用AT公司的89C51單片機(jī)來(lái)作為核心控制器件。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示。圖3-9AT89C51單片機(jī)引腳圖3.4.4紅外發(fā)射部分電路設(shè)計(jì)1）紅外接收模塊紅外發(fā)射模塊的工作過(guò)程是：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊檢測(cè)按鍵的狀態(tài)（是否有按鍵按下，有哪個(gè)鍵按下等）獲取信息碼，經(jīng)過(guò)軟件編碼后由P3.4口輸出控制碼并進(jìn)行放大，然后調(diào)制到NE555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生的占空比為1/3的38kHz載波上，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管工作，送出紅外調(diào)光信號(hào)。NE555多諧振蕩器如圖3.10所示，電阻R1、R2分別選用20kΩ（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12.65kΩ、R2調(diào)節(jié)為25.31kΩ時(shí)，3號(hào)引腳就能輸出占空比為1/3、頻率為38kHz載波。圖3-10基于NE555的多諧振蕩器為了使信號(hào)能更好的被傳輸，發(fā)送端將二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射。發(fā)射部分的信息碼由AT89C51單片機(jī)的定時(shí)器1中斷產(chǎn)生紅外線方波信號(hào)，由P1.0口輸出經(jīng)過(guò)三極管C8050放大。用555定時(shí)器，產(chǎn)生38kHz方波，經(jīng)過(guò)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(duì)紅外線發(fā)射器的振蕩頻率進(jìn)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(jī)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(jìn)行調(diào)制，然后通過(guò)D5發(fā)射。圖3.11紅外發(fā)射信號(hào)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