傳感器課程設(shè)計(jì)論文

傳感器技術(shù)——基于熱釋電紅外傳感器的簡單自動門開關(guān)設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號：專業(yè):指導(dǎo)老師：考試方式：時間：成績：前言21世紀(jì)的今天，隨著科技發(fā)展，讓科技為人類生活服務(wù)的理念，被人類所重視。門亦是人類生活的一個細(xì)節(jié)。更好的服務(wù)門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時。還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式--自動門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動門家族。大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。由于自動門在通電后可以實(shí)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。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(xiàng)配置。自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識，提升了人們的安全觀念。一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后服務(wù)的自動門品牌。自動平移門最常見的形式是自動門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動門時，雷達(dá)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(shí)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。目前市場上說售的自動門，紛繁復(fù)雜，原理各不相同，作為一個大學(xué)生，出于理論聯(lián)系實(shí)際的目的，借課上所學(xué)電路和傳感器知識設(shè)計(jì)一個簡單的自動門開關(guān)系統(tǒng)。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：功能分析：自動門功能簡單，當(dāng)有人需要進(jìn)門時無需用手開門，而是人走到自動門前，自動門感應(yīng)到人的存在，門自動打開，人進(jìn)門后，幾秒鐘如果再無人進(jìn)入門自動關(guān)上，當(dāng)人多的時候門開的時間自動延時，避免人被夾住。2、開關(guān)原理分析：我們知道人體能夠產(chǎn)生輻射的紅外線，此紅外線能夠被紅外線傳感器所捕捉，本設(shè)計(jì)應(yīng)用簡單的電路原理，通過捕捉人體輻射的熱紅外信號并將之轉(zhuǎn)化為電信號，通過放大電路放大，在輸出端輸出一個高電平，使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，通過555定時器延時，經(jīng)過一段時間，當(dāng)無人經(jīng)過時輸出端返回低電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，門自動關(guān)上。直到遇到下一個紅外信號來臨時，門再次自動打開。待測待測目標(biāo)熱釋電紅外傳感器信號處理自動門控制電路3、設(shè)計(jì)方案流程圖：開始開始若若紅外傳感器有信號信號放大輸出高電平電機(jī)正轉(zhuǎn)門打開延時8s,若紅外傳感器有信號返回低電平結(jié)束電機(jī)反轉(zhuǎn)門關(guān)閉電機(jī)反轉(zhuǎn)門關(guān)閉4、開關(guān)設(shè)計(jì)主要元器件選擇：4.1、熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料,由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為9~10--um，而探測元件的波長靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7~10--um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。4.2、555定時器555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖2.9.1和圖2.9.2所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/34.3、三端穩(wěn)壓管三端穩(wěn)壓管屬于集成電路，能將輸出電壓與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較后驅(qū)動調(diào)整管調(diào)整到穩(wěn)定的一個數(shù)值。4.4、電解電容三極管二極管電阻5、實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理及電路圖：5.1、信號放大部分：自動門開關(guān)的放大部分是通過熱釋電紅外傳感器對外部人輻射的紅外信號采集，并通過三極管把轉(zhuǎn)化的電信號進(jìn)行放大。紅外信號采集放大電路圖5.2、信號發(fā)大后延時部份：3腳輸出高電平，是電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，此時電源電壓向c2充電，知道c2上電壓上升到2/3Ec時，555定時器2腳復(fù)位，此時內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，3輸出端恢復(fù)低電平通過C2與R5的充放電實(shí)現(xiàn)電路的延時。電信號延時電路5.3、電路的整體部份：電路通過把常用的220v交流電經(jīng)電容C6，R7降壓，D2和D3整流穩(wěn)壓，C5濾波，變成定電壓的直流電，在經(jīng)三端穩(wěn)壓管進(jìn)一步穩(wěn)壓，C4濾波形成穩(wěn)定的低電壓直流電源Ec供后續(xù)電路使用，在沒有人走近門時，D1導(dǎo)通，R2經(jīng)VD1與R4分壓在2腳仍低于Ec/3，3腳為低電平，此時門處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)熱釋電紅外傳感器轉(zhuǎn)化電路信號被放大后使得三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，2輸入端處于低電平低于E/3,555定時器內(nèi)部處罰比較器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，3腳輸出一高電平，使得電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，此時555定時器放電端（7腳）內(nèi)部開路。從而解除對電容C2的鉗位。電源電壓開始通過R5想C2上的電壓經(jīng)7腳對地迅速放電，輸出端3腳恢復(fù)低電平，電動機(jī)反轉(zhuǎn)門自動關(guān)上，電路一旦受到促發(fā)，在準(zhǔn)問天期間，紅外傳感器有信號也不會起作用。自動門控制開關(guān)整體電路方案的不足：本設(shè)計(jì)方案，通過簡單的電路原理來對自動門開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單從功能上講，此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能單一，僅能實(shí)現(xiàn)簡單的開關(guān)門設(shè)計(jì)，且可靠性能不高。其次，由于本設(shè)計(jì)中用到的是熱釋電紅外傳感器，這種傳感器，反應(yīng)慢，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。使得此自動門開關(guān)不一定理想。其次，本設(shè)計(jì)沒有采用相關(guān)的，保護(hù)，報(bào)警電路，一旦發(fā)生外會造成夾傷的后果。本設(shè)計(jì)方案，僅利用了紅外信號轉(zhuǎn)化為電信號，控制高低電平的形式來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中并沒有涉及到電機(jī)怎樣通過高低電平運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)多久，怎樣使其停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這都是做開關(guān)必須考慮的問題，因此本設(shè)計(jì)方案有些片面且還不夠完善。結(jié)術(shù)語：經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的傳感器課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做此設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對這門課所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的學(xué)習(xí)生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。這次課程設(shè)計(jì)使我知道不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝同學(xué)們給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。參考文獻(xiàn)【1】汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].華中科技大學(xué)出版社.2006.08【2】華中理工電子學(xué)教研室編，康華光主編