完整版BISS0001紅外熱釋電處理芯片中文資料

紅外熱釋電處理芯片BISS0001BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于平安區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。特點*CMOS工藝*數(shù)?；旌?具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器*內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾*內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器*采用16腳DIP封裝管腳圖引腳名稱I/O功能說明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1〞時，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變時，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1--輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1--輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2--觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2--觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS--工作電源負(fù)端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0〞時可使定時器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)Vc<VR時禁止觸發(fā)；當(dāng)Vc>VR時允許觸發(fā)(VR≈0.2VDD)10IB--運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD--工作電源正端122OUTO第二級運(yùn)算放大器的輸出端132IN-I第二級運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運(yùn)算放大器的反相輸入端161OUTO第一級運(yùn)算放大器的輸出端管腳說明工作原理BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比擬器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰Ｒ韵铝袌D所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形首先，根據(jù)實際需要，利用運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后耦合給運(yùn)算放大器OP2，再進(jìn)行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM(≈0.5VDD)后，將輸出信號V2送到由比擬器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，當(dāng)VDD=5V時，可有效抑制±1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。COP3是一個條件比擬器。當(dāng)輸入電壓Vc<VR(≈0.2VDD)時，COP3輸出為低電平封住了與門U2,禁止觸發(fā)信號Vs向下級傳遞；而當(dāng)Vc>VR時，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時周期。當(dāng)A端接“0〞電平時，在Tx時間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直至Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx時間結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進(jìn)入封鎖周期Ti。在Ti時間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)〔高電平〕,可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。以下列圖所示的可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程?？芍貜?fù)觸發(fā)工作方式下的波形在Vc=“0〞、A=“0〞期間，信號Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=“1〞、A=“1〞時，Vs可重復(fù)觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時間內(nèi)，只要Vs發(fā)生上跳變，那么Vo將從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個Tx周期；假設(shè)Vs保持為“1〞狀態(tài)，那么Vo一直保持有效狀態(tài)；假設(shè)Vs保持為“0〞狀態(tài)，那么在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。應(yīng)用線路圖BISS0001的熱釋電紅外開關(guān)應(yīng)用電路圖上圖中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級放大，再經(jīng)由電壓比擬器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動繼電器去接通負(fù)載。上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時，假設(shè)環(huán)境較明亮，R3的電阻值會降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號Vs。SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時，芯片那么處于不可重復(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，實際使用時可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間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。紅外檢測專用BISS0001芯片DIP每片2.9元貼片每片3元配套的360度球形菲涅耳透鏡，體積25x25x25毫米每個1元相關(guān)鍵連：菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾透鏡(Fresnellens)是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片外表一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干預(yù)及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是外表光潔，紋理清晰，其厚度一般在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射〔反射〕在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為假設(shè)干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域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。菲涅爾透鏡,簡單的說就是在透鏡的一側(cè)有等距的齒紋.通過這些齒紋,可以到達(dá)對指定光譜范圍的光帶通(反射或者折射)的作用.傳統(tǒng)的打磨光學(xué)器材的帶通光學(xué)濾鏡造價昂貴。菲涅爾透鏡可以極大的降低本錢。典型的例子就是PIR〔被動紅外線探測器〕。PIR廣泛的用在警報器上。如果你拿一個看看，你會發(fā)現(xiàn)在每個PIR上都有個塑料的小帽子。這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內(nèi)部都刻上了齒紋。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的頻率峰值限制到10微米左右〔人體紅外線輻射的峰值〕。本錢相當(dāng)?shù)牡?。菲涅耳透鏡可以把透過窄帶干預(yù)濾光鏡的光聚焦在硅光電二級探測器的光敏面上。菲涅爾透鏡由有機(jī)玻璃制成,不能用任何有機(jī)芤?如酒精等)擦拭。除塵時可先用蒸餾水或普通凈水沖洗,再用脫脂棉擦拭。菲涅爾鏡片是紅外線探頭的“眼鏡〞，它就象人的眼鏡一樣，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的成效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動作和漏動作，致使用戶或者開發(fā)者對其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。菲涅爾鏡片是根據(jù)法國光物理學(xué)家FRESNEL創(chuàng)造的原理采用電鍍模具工藝和PE〔聚乙烯〕材料壓制而成。鏡片〔0.5mm厚〕外表刻錄了一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠(yuǎn)；圓環(huán)線刻錄的深感應(yīng)距離遠(yuǎn)，焦距近。紅外光線越是靠進(jìn)同心環(huán)光線越集中而且越強(qiáng)。同一行的數(shù)個同心環(huán)組成一個垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長感應(yīng)段越多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)人體移動幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類為：長形、方形、圓形，從功能分類為：單區(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。圖〔1〕是常用鏡片外觀示意圖：圖〔2〕是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分、垂直和平面感應(yīng)圖。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負(fù)載工作。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。鏡片主要有三種顏色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。二、白色主要用于適配外殼顏色。三、黑色用于防強(qiáng)光干擾。鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美觀。每一種鏡片有一型號〔以年號+系列號命名〕，鏡片主要參數(shù)：

1、外觀描述——外觀形狀〔長、方、圓〕、尺寸〔直徑〕。以毫米為單位。

2、探測范圍——指鏡片能探測的有效距離〔米〕和角度。

3、焦距——指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數(shù)點為單位。長形和方形鏡片要呈弧形以焦距為單位對準(zhǔn)探頭窗口。見圖〔3A〕示意圖。鏡片與探頭的配合應(yīng)用——我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點對7—14um的紅外波長特別敏感的TO—5材料連接著場效管。見圖〔3B〕所示。靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補(bǔ)技術(shù)，不會產(chǎn)生電信號輸出。動態(tài)情況下，人體經(jīng)過探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號輸出，見圖〔3C〕。當(dāng)人對著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號輸出。因此，探測器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜。根據(jù)以上原理探頭與鏡片結(jié)合可以做成以下感應(yīng)方式的人體探測器。

A、單區(qū)多段水平式和單區(qū)多段垂直式：特征：圖〔4〕單區(qū)多段水平式感應(yīng)角度大，這是探頭水平視場角度大的緣故，形成一個長方形扇面感應(yīng)區(qū)，單區(qū)多段水平式亦稱水平幕簾式感應(yīng)，此感應(yīng)方式能避開上下紅外線干擾。圖〔5〕單區(qū)多段垂直式感應(yīng)角度小，這是探頭垂直視場角度小的緣故，形成一個垂直形扇面感應(yīng)區(qū)，單區(qū)多段垂直式亦稱垂直幕簾式感應(yīng)，此感應(yīng)方式能避開左右紅外線干擾。圖〔6〕探頭與鏡片配合不符合Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值的要求，因此感應(yīng)不靈敏。采用雙區(qū)同心圓相近的鏡片也能到達(dá)幕簾式感應(yīng)效果。單區(qū)多段和雙區(qū)多段多用于局部區(qū)域感應(yīng)。

B、多區(qū)多段感應(yīng)式和多區(qū)多段圓錐體式。特征：圖〔7〕是多區(qū)多段感應(yīng)式探頭與鏡片對應(yīng)位置和探測效果圖，多區(qū)多段感應(yīng)式多用于掛墻式安裝，傾斜向下探測三個不同的區(qū)域。圖〔8〕是多區(qū)多段圓錐體感應(yīng)式，多用于吸頂式安裝，直接向下探測。采用雙源探頭配用圓形鏡片感應(yīng)方向圖不似圓錐體，因為探頭水平視角大于垂直視角而且出現(xiàn)Sa=Sb的現(xiàn)象，圓錐體效果圖會中間凹陷。如果圓形鏡片配用四源探頭，感應(yīng)方向圖更趨似圓錐體，見圖〔8〕探測效果圖。多區(qū)多段感應(yīng)式和多區(qū)多段圓錐體式感應(yīng)區(qū)域?qū)拸V，多用于大面積探測。圖〔9〕探頭與鏡片配合不符合要求，圖〔9〕左圖鏡片放反，右圖探頭設(shè)置在鏡片中間，均無遠(yuǎn)距離感應(yīng)效果，下盲區(qū)加大，出現(xiàn)不感應(yīng)現(xiàn)象。

C、另類探測效果的方法。探頭與鏡片偏離，產(chǎn)生不同的探測方向和效果。探頭偏上，探測方向向下，見圖〔10〕。同理，探頭偏下，探測方向向上。探頭偏左，探測方向向右，見圖〔11〕。同理，探頭偏右，探測方向向左。探頭偏45度，降低人體活動受方向的限制，見圖〔12〕。探頭偏45度且稍微傾斜，適宜探測狹長區(qū)域。

D、增強(qiáng)探測動作靈敏度的方法。前面已經(jīng)闡述區(qū)段數(shù)量越多被感應(yīng)人體移動幅度就越小，因此，選用區(qū)段多且密的鏡片就能增強(qiáng)探測動作靈敏度，人體只要在感應(yīng)的有效范圍內(nèi)稍微移動就有效。段密度高的鏡片在50mm長度有26段之多。

E、增強(qiáng)抗干擾的方法。從前面闡述的原理中得知，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大，選用區(qū)段數(shù)量少的鏡片就能減少誤動作，一是人體運(yùn)動幅度要大二是區(qū)段數(shù)量少的鏡片形成局部探測，減少外圍干擾源。隨著人體感應(yīng)器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，鏡片種類越來越多，應(yīng)用的針對性越來越強(qiáng)配套的熱釋電元件RE200B體積：8.3*4.2mm每個5.8元靈敏元面積2.0×1.0mm2

基片材料硅基片厚度0.5mm

工作波長7-14μm

平均透過率＞75%

輸出信號＞2.5V

(420°k黑體1Hz調(diào)制頻率0.3-3.0Hz帶寬72.5db增益)

噪聲＜200mV

(mVp-p)(25℃)

平衡度＜20%

工作電壓2.2-15V

工作電流8.5-24μA

(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)

源極電壓0.4-1.1V

(VD=10V,Rs=47kΩ,25℃)

工作溫度-20℃-+70℃保存溫度-35℃-+80℃視場139°×126°說明該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。1、上述特性指標(biāo)是在源極電阻R2=47KΩ條件下測定的，用戶使用傳感器時，可根據(jù)自己的需要調(diào)整R2的大小。2、注意靈敏元的位置及視場大小，以便得到最正確光學(xué)設(shè)計。3、所有電壓信號的測量都是采用峰一峰值定標(biāo)。平衡度B中的EA和EB分別表示兩個靈敏元的電壓輸出信號的峰一峰值。4、使用傳感時，管腳的彎曲或焊接部位應(yīng)離開管腳基部4mm以上。5、使用傳感器前，應(yīng)先參考說明書，尤其要防止接錯管腳熱釋電紅外傳感控制器

1、實驗?zāi)康模骸?〕了解熱釋電型紅外傳感器件的工作特性、菲濕耳透鏡的作用?！?〕學(xué)習(xí)運(yùn)算放大器作前置多級放大和窗口式電壓比擬器、定時積分器等電路組合應(yīng)用?！?〕掌握熱釋電紅外傳感控制器的電路調(diào)試方式。

2、工作原理：本裝置電路主要由紅外傳感器BH、放大器、窗口比擬器、開機(jī)延時器、輸出定時器及控制輸出等電路組成。紅外傳感器BH能在較遠(yuǎn)的距離探測到由人體移動所發(fā)出的微弱紅外線，當(dāng)BH檢測到人體移動所發(fā)出的7~14μm的紅外信號后，BH中的s腳便輸出極微弱的信號直接送到IC1a放大器的同相輸入端，IC1a對信號放大約2200倍后，再由電容C1藕合到IC1b作進(jìn)一步放大。IC1C、IC1d構(gòu)成窗口式電壓比擬器，當(dāng)IC1d輸出電壓幅度在UA和UB之間時〔小于UA，大與UB〕，IC1c、IC1d的輸出端均無電平輸出；當(dāng)IC1b輸出電壓幅度大于UA或小于UB時，IC1C、IC1d的輸出端分別都會有高電平輸出，經(jīng)二極管VD1、VD2相互隔離和“或〞的作用從P點輸出控制脈沖信號。RW用于設(shè)定窗口的閾值電平，調(diào)節(jié)RW可調(diào)節(jié)檢測器的靈敏度。IC2a和IC2C等原件是作開機(jī)延時電路〔剛開機(jī)時，電路各工作點尚還未被建立，P點電壓處于不穩(wěn)定狀態(tài)〕。由于電容C3

的二端電壓不能突變，IC2C的正輸入端瞬間為1，故它的輸出也為1，通過二極管VD4向電容C4充電，那么IC2a負(fù)端也為高電平，輸出為低電平，故P點電平就被箝在低電平上，保證了輸出為低電平。之后隨著電容C4通過R4、R3的放電，IC2a的負(fù)輸入端電位變低〔小于1/2VCC〕，那么輸出為高電平，二極管VD2被截止，此時P點電平就成了穩(wěn)定狀態(tài)。IC2b為P點電壓輸出比擬器。IC2d等器件構(gòu)成輸出控制電路的積分延時器。改變電容C5的容量，那么就可改變輸出延時的時間。3．安裝與調(diào)試：在制作熱釋紅外線傳感器中，可以邊安裝邊調(diào)試，當(dāng)然也可以全部安裝完畢后再作總調(diào)?？傊?，首先要掌握它的工作原理，然后就能迎刃而解。剛開始可以先不裝菲涅耳透鏡進(jìn)行調(diào)試，把手在BH上作來回移動，IC1b輸出否有較大電平變化，因為IC1a和IC1b

是該電路前置放大器，增益過高信號會產(chǎn)生漂移，過低會使增益下降，被測距離變近。所以在調(diào)試中一定要二者兼顧，缺一不可。然后再調(diào)節(jié)Rw，使檢測反響最為靈敏。開機(jī)延時時間應(yīng)略大于P點電壓的穩(wěn)定時間。輸出工作時間的長短要根據(jù)實際控制需要而定。最后加上菲涅耳透鏡再作進(jìn)一步的調(diào)整。對紅外傳感來說不加透鏡探測半徑較近，配上透鏡后，其探測距離將十倍的增加。

4．學(xué)習(xí)與思考：〔1〕在熱釋電紅外傳感器中，為什么要加窗口式電壓比擬器電路？〔2〕熱釋電紅外線傳感器可應(yīng)用在什么地方？

5．資料與介紹：熱釋電型紅外傳感器件。熱釋電型紅外傳感器件是根據(jù)某些強(qiáng)介電質(zhì)材料的熱釋電效應(yīng)而制成的一種新穎傳感器，所謂熱釋電效應(yīng)是強(qiáng)介電質(zhì)材料的外表溫度發(fā)生變化時，這些材料的外表就會產(chǎn)生電荷的變化。這鐘現(xiàn)象在鈦酸鋇等強(qiáng)介電質(zhì)材料上表現(xiàn)尤為顯著，通常在這類晶體的上下外表設(shè)置電極，并在上外表加以黑色膜，如有紅外線間隙地照射，使其外表溫度發(fā)生變化，其晶體內(nèi)部的原子排列也隨發(fā)生變化，因而引發(fā)極化電荷，電極間就有相應(yīng)電壓輸出。器件簡介：適用制作熱釋電型紅外傳感器的光敏材料很多，使用最多的有：陶瓷氧化物〔PbTiO3〕鉭酸鋰〔LiTaO3〕、硫酸三甘肽〔LATGS〕及鈦鋯酸鉛〔PZT〕等。熱釋電型紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意見圖〔a〕所示。傳感器的敏感元件是PZT〔或其他材料〕，在它的上下兩面做上電極，并在外表加以一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。它的等效電路是一個在負(fù)載電阻Rg上并聯(lián)一個電容的電壓發(fā)生器，它的輸出阻抗極高而且輸出電壓也很微弱，故在器件內(nèi)附有一個場效應(yīng)管〔FET〕加以放大，并到達(dá)阻抗變換的目的，見圖〔b〕常見熱釋電型紅外