紅外線傳感器-畢業(yè)論文..docx

1、南京工程高等職業(yè)學(xué)校五年制高職畢業(yè)設(shè)計(jì)姓名：學(xué) 號(hào)：系部：電子工程系專業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)題目：紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：職 稱：講師2015年3月南京摘要隨著現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展， 時(shí)代進(jìn)步，高新技術(shù)的快速融入， 人們的生活發(fā)生了巨大的改變，人們置購(gòu)了大量高新技術(shù)的產(chǎn)品， 許多高科技產(chǎn)品的使用越來(lái)越成為家庭生活的主旋律， 因此人們對(duì)自己所處環(huán)境的安全要求就越來(lái)越高， 特別是家居安全，不得不時(shí)刻留意不速之客的光顧。 現(xiàn)在許多小區(qū)都有著保安看管， 但在一些農(nóng)村就沒(méi)有這些設(shè)施了， 于是，許多家庭都安裝了報(bào)警系統(tǒng)， 這有效的保護(hù)了大家的財(cái)產(chǎn)安全。 在本文中， 介紹一種利用熱釋電紅外傳感器進(jìn)行監(jiān)控， 并進(jìn)

2、行報(bào)警的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該報(bào)警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測(cè)電路，報(bào)警電路組成。 熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用。檢測(cè)電路主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。關(guān)鍵詞：紅外線；感應(yīng)器；電壓比較器；放大電路；熱釋電報(bào)警器AbstractWith the development of modern society, the progress of the times, the rapid integration into the high-tech, tremendous changes have

3、taken place in people's life, people for the purchase of a large number of high-tech products, the use of many high-tech products increasingly become the main theme of family life, so people on the safety requirements of their environment is more and more high, especially is Home Furnishing secu

4、rity, had to be constantly pay attention to the casual visitor to patronize. Now many areas have a security guard, but in some rural areas without these facilities, so, many families have installed an alarm system, the effective protection of all property safety. In this paper, introduces a monitori

5、ng using pyroelectric infrared sensor, design and alarm system.The alarm is mainly composed of a pyroelectric infrared sensor and its detection circuit, alarm circuit. Pyroelectric infrared sensor is the key device for alarm design, it can convert infrared signal of human body to the electric signal

6、 for the signal processing part of the use of. The detection circuit is mainly to weak electrical signal sensor output amplification, filtering, delay, comparison, so as to achieve the alarm function.Keywords: Infrared sensor；voltage comparator； amplifier circuit ；the heat release alarm目錄1. 緒論 .11.1

7、、設(shè)計(jì)背景.11.2、設(shè)計(jì)概述.12. 設(shè)計(jì)思路 .23. 熱釋電傳感器概述.33.1、熱釋電紅外傳感器 .33.1.1、熱釋電紅外傳感器優(yōu)缺點(diǎn).43.1.2、熱釋電紅外傳感器抗干擾能力 .43.1.3、菲涅爾透鏡 .43.1.4、BISS0001 紅外傳感信號(hào)處理器 .43.2 、信號(hào)放大電路的概述 .53.2.1、信號(hào)放大電路的分析.63.2.2、集成運(yùn)放的概述 .63.2.3、集成運(yùn)放的特點(diǎn) .63.2.4、集成運(yùn)放的傳輸特性.73.2.5、芯片介紹 .73.3、電壓比較器的概述.93.4音響報(bào)警電路 .103.5、開機(jī)延時(shí)電路 .113.6、12V 電源電路 .114.系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)

8、.125.仿真調(diào)試 .155.1、multisim 介紹 .155.2、仿真電壓和波形 .155.3、仿真結(jié)果分析 .226.總結(jié)與展望 .23致謝.24參考文獻(xiàn) .25附錄 1：元件清單 .26附錄 2：電路仿真圖271 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步， 人們對(duì)自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求， 尤其是在家居安全方面， 不得不時(shí)刻留意那些不速之客。 這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國(guó)的傳感元件熱釋電紅外傳感器。 這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線， 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)， 同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，

9、也可以用于自動(dòng)控制、 接近開關(guān)、 遙測(cè)等領(lǐng)域。 用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場(chǎng)上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)：1. 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源；2. 靈敏度高、控制范圍大；3. 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。1.2 設(shè)計(jì)概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 人類不斷研究， 不斷創(chuàng)新紀(jì)錄， 人們自身的安防意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。 紅外線具有隱蔽性， 在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。 此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)： 其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。該報(bào)警器能探測(cè)人體發(fā)出的紅外線， 當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)， 即可發(fā)出報(bào)警聲，適用于家庭、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等

10、比較重要場(chǎng)合防盜報(bào)警。本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師給定課題的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)分析利用熱釋電紅外線傳感器探測(cè)人體輻射出的紅外線信號(hào)原理設(shè)計(jì)出來(lái)的人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器。 內(nèi)容廣泛，靈活應(yīng)用。12 設(shè)計(jì)思路熱釋紅外傳感系統(tǒng)由傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)電路三部分構(gòu)成，其中傳感器由敏感元（紅外熱釋電材料 PZT 制成）、場(chǎng)效應(yīng)管（作阻抗變換）、高阻 Rg （釋放柵極電荷使場(chǎng)效應(yīng)管安全正常工作） 和濾光片（有效地防止抑制電燈、太陽(yáng)光的干擾，選取人體的紅外輻射）等組成；熱釋電傳感器前面安裝菲涅爾透鏡，使外來(lái)紅外輻射通過(guò)透鏡僅會(huì)聚光于一個(gè)傳感元上，產(chǎn)生的信號(hào)不會(huì)被抵消，增加傳感器的探測(cè)距離；在探測(cè)范圍內(nèi)，傳感器的輸出信號(hào)頻率大約

11、為0.110Hz，檢測(cè)電路由檢測(cè)、放大、比較電路、延時(shí)電路驅(qū)動(dòng)電路等組成。最終將信號(hào)轉(zhuǎn)化為發(fā)光二極管亮的光信號(hào)或蜂鳴器響的聲信號(hào)。圖 2-1 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2-2 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接圖利用模擬電子電路構(gòu)成被動(dòng)紅外線感應(yīng)報(bào)警器。系統(tǒng)主要有紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、開機(jī)延時(shí)、音響報(bào)警延時(shí)和12V 電源電路組成。紅外線電壓比較延時(shí)電路信號(hào)放大傳感器電源電路開機(jī)延時(shí)音響報(bào)警圖 2-3 人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器組成框圖23 熱釋電傳感器概述3.1 熱釋電紅外線傳感器的概述主要是由一種高熱電系數(shù)的材料， 如鋯鈦酸鉛系陶瓷、 鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm的探測(cè)元件。在每

12、個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件， 并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)， 以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。 由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)， 經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。 為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離， 一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡， 該透鏡用透明塑料制成， 將透鏡的上、 下兩部分各分成若干等份， 制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡， 它和放大電路相配合， 可將信號(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測(cè)出 1020 米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。熱釋電紅外傳感器多用于檢測(cè)物體發(fā)射的紅外線，其檢測(cè)區(qū)呈球形，視角70 度左右。熱釋電紅外傳感器自身的接收靈敏度較低，一

13、般檢測(cè)距離僅 2cm左右，但熱釋電外傳感器表面罩一塊菲涅爾透鏡后， 可以提高傳感器的靈敏度， 擴(kuò)大監(jiān)視范圍，檢測(cè)距離可以由原來(lái)的 2cm增加到 10cm。在防盜報(bào)警系統(tǒng)中所采用的熱釋電傳感器為雙元型紅外傳感器， 雙元型紅外傳感器由兩個(gè)極性相反的熱釋電元件反向串聯(lián)。 當(dāng)移動(dòng)物體發(fā)射的紅外線進(jìn)入透鏡的監(jiān)視范圍時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交替“盲區(qū)”和“高敏感區(qū)”，使傳感器的兩個(gè)反向串聯(lián)的熱釋電元件的溫度，使它輸出一串脈沖信號(hào)。 若物體靜止不動(dòng)地站在熱釋電元件前， 極性相反的敏感元件產(chǎn)生的熱釋電信號(hào)將相互抵消， 它會(huì)無(wú)輸出，這樣也可以有效地防止因太陽(yáng)光等紅外線及環(huán)境溫度變化而引起的誤差， 提高熱釋電紅外傳感器

14、的抗干擾性能。熱釋電紅外感應(yīng)系統(tǒng)在防盜報(bào)警、自動(dòng)門、自動(dòng)消防水龍頭、電梯、照明控制等領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。3.1.1 熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)1. 優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射器件功耗很小，隱蔽性好價(jià)格低廉32. 缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾被動(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3.1.2 熱釋電紅外線傳感器的抗干擾能力1）防小動(dòng)物干擾：探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。2）抗電磁干擾：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中 4.6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤

15、報(bào)。3）抗燈光干擾： 探測(cè)器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受 3 米外 H4 鹵素?zé)敉高^(guò)玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。3.1.3 菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡 (Fresnellens)多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面， 另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求來(lái)設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測(cè)距離遠(yuǎn)。3.1.4 BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器BISS0001 紅外傳感信號(hào)處理器是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、和狀態(tài)控制、延遲時(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)

16、間定時(shí)器以及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰？蓮V泛應(yīng)用于多種傳感器和延時(shí)控制器。圖 4 為其引腳圖， 圖 5 為其信號(hào)處理器的原理圖。圖 3-1 BISS000引腳圖4圖 3-2BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器的原理圖3.2 放大電路的概述放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制， 即能量的轉(zhuǎn)換： 用能量比較小的輸入信號(hào)來(lái)控制另一個(gè)能源， 使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號(hào)。 放大的對(duì)象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。放大電路的基本形式有 3 種：共發(fā)射極放大電路，共基極放大電路和共集電極放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需要相互組合使用。信號(hào)放大電路如圖 3-1 ，VT1和運(yùn)算放

17、大器 LM358等組成放大電路，由 IC1 的腳輸出微弱的電信號(hào)， 經(jīng)三極管 VT1組成的共發(fā)射極放大電路進(jìn)行第一級(jí)放大，再通過(guò) C2 耦合到運(yùn)算放大器 IC2A 中進(jìn)行高增益、低噪聲的同相比例放大，此時(shí)由 IC2A腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)，輸入電壓比較電路。圖 3-3 信號(hào)放大電路圖53.2.1 放大電路的分析反饋指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過(guò)程。反饋可分為負(fù)反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用，使系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)目標(biāo)的誤差減小，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定； 后者使輸出起到與輸入相似的作用，使系統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。本電路采用的是由 R2 構(gòu)

18、成了電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，此電路還是共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路具有以下特點(diǎn)：1. 輸入信號(hào)與輸出信號(hào)反相；2. 無(wú)電壓放大作用；3. 有電流放大作用；4. 功率增益最高（與共集電極、共基極比較）；5. 適用于電壓放大與功率放大電路。3.2.2 集成運(yùn)放的概述集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放， 是由多級(jí)直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高，輸入電阻大，輸出電阻低，共模抑制比高，失調(diào)與飄移小，而且還具有輸入電壓為零時(shí)輸出電壓亦為零的特點(diǎn)，適用于正，負(fù)兩種極性信號(hào)的輸入和輸出。運(yùn)算放大器除具有十、一輸人端和輸出端外，還有十、一電源供電端、外接補(bǔ)償電路端、調(diào)零端、相位補(bǔ)償端、公共接地端

19、及其他附加端等。它的放大倍數(shù)取決于外接反饋電阻，這給使用帶來(lái)很大方便。3.2.3 集成運(yùn)放的特點(diǎn)1.集成運(yùn)放采用直接耦合放大器，對(duì)直流信號(hào)和交流信號(hào)都有放大作用；2.為克服零飄現(xiàn)象，提高共模抑制比，輸入端全部采用差分放大電路，并采用恒流源供電；3.采用復(fù)合管提高電路的增益；4.電路中的無(wú)源器件都采用無(wú)源器件來(lái)代替。63.2.4 集成運(yùn)放的傳輸特性本電路由 R7、R8、 C4組成同相比例放大電路。同相比例運(yùn)算放大器在正常運(yùn)行的時(shí)候，輸出電壓總是滿足使反饋在反向輸入端的電壓等于同相端的電壓(Av= R8/R7+1) 。如果在放大器輸出端接上負(fù)載引起輸出電壓下降，那么下降的輸出電壓就會(huì)使反饋在反向輸

20、入端的電壓不等于同相端的電壓，于是又會(huì)引起輸出端的電壓回到 Av= R8/R7+1的參數(shù)。這與反向比例放大器的調(diào)整作用原理相同。3.2.5 芯片介紹芯片一： LM3581. 芯片概述LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、 高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用， 也適用于雙電源工作模式， 在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。 它的使用范圍包括傳感放大器、 直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。圖 3-4 LM358 引腳圖2. 芯片特點(diǎn)：內(nèi)部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高 ( 約 100dB) 單位增益頻帶寬 ( 約 1MHz)電源電壓范圍寬

21、：?jiǎn)坞娫?(3 30V)；雙電源 ( ±1.5 一± 15V) 低功耗電流，適合于電池供電低輸入偏流7低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大（ 0 至 Vcc-1.5V)3. 電氣特性：輸入偏置電流45 nA輸入失調(diào)電流50 nA輸入失調(diào)電壓2.9mV輸入共模電壓最大值VCC1.5 V共模抑制比80dB電源抑制比100dB8 腳: 電源 VCC4腳:接地1、 7 腳：輸出端3、 5 腳：同相輸入端2、 6 腳：反相輸入端芯片二： 90141. 主要參數(shù)：集電極最大耗散功率PCM0.4W集電極最大允許電流ICM=

22、0.1A集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V集電極發(fā)射極飽和壓降UCE=0.3V (IC=100mA; IB=5mA)基極發(fā)射極飽和壓降UBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA)2. 主要用途作為低頻、低噪聲前置放大，應(yīng)用于電話機(jī)、VCD、DVD、電動(dòng)玩具等電子產(chǎn)品。83.3 電壓比較器的概述電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別與比較的電路， 是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小( 用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入

23、電壓的大小關(guān)系) ：當(dāng)”輸入端電壓高于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)”輸入端電壓低于”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平。電壓比較器的作用：用作模擬電路和數(shù)字電路的接口；可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等；利用簡(jiǎn)單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。圖 3-5 電壓比較電路圖電壓比較器如圖 3-3 ， IC3A 和 VD1等作電壓比較器， IC3A 的第腳由 R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓，U_=R12/R12+R11當(dāng). IC2A腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá) IC3A 的腳時(shí)，兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較， 此時(shí) IC3A 的腳由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖健仉妷海罕容^器兩個(gè)輸入端之間的電壓在過(guò)零時(shí)

24、輸出狀態(tài)將發(fā)生改變，由于輸入端常常疊加有很小的波動(dòng)電壓， 這些波動(dòng)所產(chǎn)生的差模電壓會(huì)導(dǎo)致比較9器輸出發(fā)生連續(xù)變化， 為避免輸出振蕩， 新型比較器通常具有幾mV的滯回電壓。偏置電流：理想的比較器的輸入阻抗為無(wú)窮大， 因此，理論上對(duì)輸入信號(hào)不產(chǎn)生影響，而實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能做到無(wú)窮大， 輸入端有電流經(jīng)過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻并流入比較器內(nèi)部， 從而產(chǎn)生額外的壓差。 偏置電流定義為兩個(gè)比較器輸入電流的中值，用于衡量輸入阻抗的影響。超電源擺幅：為進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓范圍， Maxim公司利用 NPN管與 PNP 管相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級(jí)， 從而使比較器的輸入電壓得以擴(kuò)展， 這樣，其下限可低至最

25、低電平，上限比電源電壓還要高出 250mV，因而達(dá)到超電源擺幅標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。漏源電壓：由于比較器僅有兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)（零電平或電源電壓），且具有滿電源擺幅特性的比較器的輸出級(jí)為射極跟隨器， 這使得其輸入和輸出信號(hào)僅有極小的壓差。該壓差取決于比較器內(nèi)部晶體管飽和狀態(tài)下的發(fā)射結(jié)電壓， 對(duì)應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。輸出延遲時(shí)間：包括信號(hào)通過(guò)元器件產(chǎn)生的傳輸延時(shí)和信號(hào)的上升時(shí)間與下降時(shí)間，對(duì)于高速比較器， 設(shè)計(jì)時(shí)需注意不同因素對(duì)延遲時(shí)間的影響，其中包括溫度、容性負(fù)載、輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)等的影響。3.4 音響報(bào)警電路圖 3-6音響報(bào)警延時(shí)電路圖LM393為報(bào)警延時(shí)電路， R

26、14和 C6 組成延時(shí)電路，其時(shí)間約為1 分鐘。當(dāng)IC3A 的腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， C6 通過(guò) VD2放電，此時(shí) IC3B 的腳變?yōu)榈碗娖剿cIC3A 的腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時(shí)，IC3B 的腳變?yōu)楦唠?0平， VT2 導(dǎo)通，訊響器 BL通電發(fā)出報(bào)警聲。人體的紅外線信號(hào)消失后， IC3A 的腳又恢復(fù)高電平輸出， 此時(shí) VD2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)， IC3A 的腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)間約為 1 分鐘，即持續(xù) 1 分鐘報(bào)警。3.5 開機(jī)延時(shí)電路圖 3-7 開機(jī)延時(shí)電路圖如圖 3-6 ，由 VT3、R20

27、、C8組成開機(jī)延時(shí)電路，剛開機(jī)時(shí)電源向 C8充電，時(shí)間約為 1 分鐘，它的設(shè)置主要是防止使用者開機(jī)后立即報(bào)警， 好讓使用者有足夠的時(shí)間離開監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)可防止停電后又來(lái)電時(shí)產(chǎn)生誤報(bào)。3.6 12V 電源電路由功率為 12V 5W的變壓器，電橋等組成，為報(bào)警電路提供 12V 的電壓源。該裝置采用 912V 直流電源供電，由 T 降壓，全橋 U 整流， C10濾波，檢測(cè)電路采用 78L06 供電。本裝置交直流兩用，自動(dòng)無(wú)間斷轉(zhuǎn)換。圖 3-8 12V 電源電路圖114 系統(tǒng)總電路分析接通電源時(shí)， C8、R20、 VT3組成開機(jī)延時(shí)電路時(shí)間大約為 1 分鐘。當(dāng)有感應(yīng)信號(hào)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)由 R2、R3、VT

28、1等組成的共發(fā)射極放大電路進(jìn)行反相放大，放大后的信號(hào)送入 LM368進(jìn)行同相比例放大， 放大倍數(shù)為 （1+Rf/R7）, 得出的信號(hào)已經(jīng)足夠大了，再送入 LM393的第一級(jí)與 R10、 R11、R13、VD1組成的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較， 因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓較小， 所以比較器第一級(jí)輸出為低電平， C6經(jīng)過(guò) VD2 放電，當(dāng) LM393第二級(jí)負(fù)相輸入端的電壓低于 R15、R16形成的基準(zhǔn)電壓時(shí)， LM393的輸出端為高電平，信號(hào)經(jīng)過(guò)VT2放大后驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)感應(yīng)信號(hào)消失時(shí)，由于 C6 的電壓不能突變，電源經(jīng)過(guò)R14向電容充電，直到電容上的電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，報(bào)警器才會(huì)停止報(bào)警，時(shí)間大約為1 分鐘。電源電

29、路由市電經(jīng)過(guò)降壓變壓器、 橋式整流、 電容濾波、穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的 12V 電源，再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓塊 78L06 形成 6V 電源向 IC 器件供電。圖 4-1系統(tǒng)總電路分析圖12熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀(jì) 80 年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件 , 現(xiàn)在電子防盜報(bào)警設(shè)備研制中已得到廣泛的應(yīng)用。 利用該電路檢測(cè)到有人進(jìn)入防范區(qū)時(shí)通過(guò)能量變化導(dǎo)致產(chǎn)生電信號(hào) , 最終電話報(bào)警。其工作原理如下 : 一般人體體溫是 37°C,所以會(huì)發(fā)出波長(zhǎng) 10m左右的紅外線 , 被動(dòng)式紅外傳感器探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的 10 m左右的紅外線進(jìn)行工作的。 人體發(fā)射的 10m左右的紅外線通過(guò)菲涅耳濾光片增強(qiáng)后聚

30、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 , 經(jīng)后續(xù)電路檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)了。被動(dòng)式紅外報(bào)警器主要由菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)、 熱釋電紅外傳感器、 信號(hào)濾波和放大電路、信號(hào)處理和報(bào)警電路等幾部分。 菲涅耳透鏡的焦點(diǎn)一般為 5 厘米左右 , 除有聚焦作用還可形成可見區(qū)和盲區(qū) , 實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般把菲涅耳透鏡固定在傳感器正前方 15 厘米的地方。當(dāng)物體射出的紅外線通過(guò)菲涅耳透鏡后 , 傳到熱釋電紅外探測(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 , 由電壓比較器將其與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較 ,

31、 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)。被動(dòng)紅外報(bào)警器根據(jù)外界紅外能量的變化來(lái)判斷是否有人在移動(dòng)。 人體的紅外能量與環(huán)境有差別， 當(dāng)人通過(guò)探測(cè)區(qū)域時(shí)， 報(bào)警器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變化，進(jìn)而通過(guò)分析發(fā)出報(bào)警。人體都有恒定的體溫，一般在 37 度左右，會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10m左右的紅外線， 被動(dòng)紅外報(bào)警器就是靠探測(cè)人體發(fā)射的 10m左右的紅外線而進(jìn)行工作的。 人體發(fā)射的 10m左右的紅外線通過(guò)菲涅爾濾光片增強(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)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。1.

32、被動(dòng)紅外報(bào)警器是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10m左右的紅外輻射必須非常敏感。2. 為了僅僅對(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爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。3. 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， 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，于是報(bào)警器無(wú)信號(hào)輸出。134. 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)， 人體紅外輻射通過(guò)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(hào)處理而報(bào)警。在紅外探頭中有兩個(gè)關(guān)鍵性的器件 , 一個(gè)是熱

33、釋電紅外傳感器 , 它能將波長(zhǎng)為 812 m之間的紅外信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) , 并對(duì)自然界中的可見光信號(hào)具有抑制作用 , 因此在紅外探測(cè)器的有效警戒區(qū)內(nèi) , 當(dāng)無(wú)人體移動(dòng)時(shí) , 熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度 , 沒(méi)有信號(hào)變化 , 所以不能產(chǎn)生電信號(hào) , 也不會(huì)報(bào)警 ; 當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū) , 通過(guò)菲涅耳透鏡 , 熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào) , 此時(shí)產(chǎn)生電信號(hào) , 從而報(bào)警。另外一個(gè)器件就是菲涅耳透鏡,它具有聚焦即將熱釋電的紅外信號(hào)反射在紅外傳感器上的作用 , 還能將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū) , 使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上

34、產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào) , 這樣熱釋電紅外傳感器產(chǎn)生變化的電信號(hào) , 后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。目前市場(chǎng)上經(jīng)常采用 P288 型熱釋電紅外傳感器作為敏感元件 , 能以非接觸方式檢測(cè)出人體輻射出的紅外能量 , 并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。該傳感器外接 12V 電源 , 內(nèi)部裝有菲涅耳透鏡 , 檢測(cè)區(qū)域?yàn)榍蛐?, 有效警戒距離為 1215m,方向角為 85°。當(dāng)紅外警戒區(qū)內(nèi)無(wú)移動(dòng)物體時(shí), 傳感器無(wú)輸出信號(hào) , 報(bào)警電路不工作 ;當(dāng)有人闖入警戒區(qū)時(shí) , 只要人體移動(dòng) , 其輻射出的紅外線便會(huì)被熱釋電紅外傳感器所接收 , 并輸出微弱的電信號(hào)。 該信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器A1 和 A2 放大后 ,

35、會(huì)輸出一個(gè)較強(qiáng)的電信號(hào)。延時(shí)時(shí)間由 R17和 C8確定 , 按照電路給定的參數(shù)，可以計(jì)算出 , 延時(shí)時(shí)間為 10s。當(dāng)?shù)碗娖接|發(fā)單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn) , 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后 , 報(bào)警電路工作 , 報(bào)警時(shí)間大約 60s。系統(tǒng)由人為啟動(dòng) , 初始化時(shí)延遲一段時(shí)間 , 然后進(jìn)入警戒狀態(tài) , 檢測(cè)在規(guī)定范圍內(nèi)是否有人活動(dòng) , 如果發(fā)現(xiàn)有人則延遲 10s 后再檢測(cè) , 判斷此人是否離開 , 若離開 , 則進(jìn)入警戒狀態(tài) , 否則發(fā)出報(bào)警音。發(fā)出報(bào)警音后延遲10s 再檢測(cè) ; 如果此人還未離開 , 則啟動(dòng)自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng) , 撥打事先存儲(chǔ)的電話號(hào)碼報(bào)警。145 仿真調(diào)試5.1 multisim介紹Multisim是美國(guó)國(guó)家儀

36、器（ NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/ 數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim10 的特點(diǎn)：通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境,輕松設(shè)計(jì)電路通過(guò)交互式 SPICE仿真 ,迅速了解電路行為借助高級(jí)電路分析 ,理解基本設(shè)計(jì)特征通過(guò)一個(gè)工具鏈 ,無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程,減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間5.2 仿真電壓和波形仿真圖（見附錄 2）：1. 感應(yīng)信號(hào)波形圖 5-1感應(yīng)信號(hào)Ui 波形圖輸入電壓為10mV，時(shí)基因數(shù)為10ms/Div ，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為20mv/Div15

37、2. 第一級(jí)放大波形及電壓圖 5-2 第一級(jí)放大信號(hào)U1波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div ，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為1V/Div圖 5-3第一級(jí)放大信號(hào)U1 電壓163. 第二級(jí)放大波形及電壓圖 5-4 第二級(jí)放大信號(hào)U2波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div ，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為20V/Div圖 5-5第二級(jí)放大信號(hào)U2 電壓174. 第一級(jí)比較波形圖 5-6 第一級(jí)比較信號(hào)U3波形圖5. 第二級(jí)比較波形及電壓圖 5-7 第二級(jí)比較信號(hào)U4波形圖186. 基準(zhǔn)電壓一、二電壓圖 5-8 基準(zhǔn)電壓一圖 5-9 基準(zhǔn)電壓二197. 開機(jī)延時(shí)圖 5-10開機(jī)延時(shí)波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div ，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖 5-

38、11開機(jī)時(shí)電路的工作狀態(tài)圖208. 報(bào)警延時(shí)圖 5-12報(bào)警延時(shí)波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div ，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖 5-13有感應(yīng)信號(hào)時(shí)電路的工作狀態(tài)圖215.3 仿真結(jié)果分析1. 三極管的放大倍數(shù)輸入電壓為10mV,輸出電壓為U1=687.142mVAu=U1/ Ui=687.142/10=68.72. 運(yùn)放的放大倍數(shù)輸入電壓為 U1=687.142mV, 輸出電壓為 U2=20.228V 測(cè)試值： Au=U2/ U1=20.228*1000/ 687.142=29.4 理論值： Au=1+R8/ R7=1+30=313. 基準(zhǔn)電壓一：理論值： U1=R12/(R11+R12)*0

39、.7=100/ 110*0.7=0.63V測(cè)量值： U1=551.41mV=0.551V4. 基準(zhǔn)電壓二：理論值： U2=R16/(R15+R16)*12V=300/400*6=9V測(cè)量值： U2=8.999V5. 兩比較波形對(duì)比分析從圖 4-6 、4-7 中可以看出第一級(jí)比較輸出電壓與第二級(jí)比較輸出總是一高一低，符合電路原理。6. 開機(jī)延時(shí)開機(jī)延時(shí)波形如圖4-10 、 4-11 ：沒(méi)有接通電源時(shí)電壓幾乎為零，當(dāng)接通電源時(shí)電源通過(guò) R21 向 C8 進(jìn)行充電，充電時(shí)間很快，此時(shí)斷開電源，電容C8 經(jīng)R20向 VT3放電，使 VT3導(dǎo)通，不報(bào)警，放電時(shí)間即為開機(jī)延時(shí)時(shí)間，大約30秒延時(shí)。7. 報(bào)

40、警延時(shí)報(bào)警延時(shí)波形如圖4-12 、 4-13 ：當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)，電路就報(bào)警，當(dāng)人消失后，此時(shí) IC3 的腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，VD2截至。由于電容C6兩端電壓不能突變，電源經(jīng)R14向 C6進(jìn)行充電。當(dāng)電壓超過(guò)基準(zhǔn)電壓時(shí)，報(bào)警停止。充電時(shí)間即為報(bào)警延時(shí)時(shí)間。大約為48 秒。226 總結(jié)與展望從 2014 年 9 月，我開始了做我的畢業(yè)論文，時(shí)至今日，論文已基本完成。在這段時(shí)間里我一直在南京師范大學(xué)專接本， 通過(guò)在大學(xué)的學(xué)習(xí)， 學(xué)習(xí)到的知識(shí)比在大專的更加全面。 在學(xué)習(xí)的過(guò)程中我也接觸到了， 我設(shè)計(jì)的論文知識(shí)， 在遇到不懂的問(wèn)題上，我會(huì)向老師請(qǐng)教和同學(xué)交流。 整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中真的收獲很多！本設(shè)計(jì)中所闡述的僅僅是一種簡(jiǎn)易的紅外線感應(yīng)報(bào)警器電路設(shè)計(jì)。 我學(xué)習(xí)過(guò)Protel 99se 、Protues 、 Keil7.6 、 LabVIEW8.2、 VC+6.0等軟件。運(yùn)用相關(guān)的理論知識(shí)，通過(guò)對(duì)