人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、人體紅外感應(yīng)燈電路設(shè)計(jì)與制作姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 專 業(yè)： 設(shè)計(jì)題目： 人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職 稱： 2016年 月 日3摘 要本文介紹了紅外線感應(yīng)開關(guān)的原理，采用熱釋電紅外探頭（PT8A2621）將接收到的微弱信號(hào)加以放大，然后驅(qū)動(dòng)繼電器，制成紅外熱釋電感應(yīng)開關(guān)。本開關(guān)能探測(cè)來自移動(dòng)人體的紅外輻射，只要人體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，開關(guān)會(huì)自動(dòng)開啟。該設(shè)計(jì)可作為企業(yè)、賓館、商場(chǎng)及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動(dòng)開關(guān)，起到“人來燈自亮，人走燈自滅”的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場(chǎng)所還能起到威懾盜竊活動(dòng)的防范作用。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗

2、很小，價(jià)格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴(kuò)展而達(dá)到實(shí)際的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：紅外線；感應(yīng)開關(guān)；紅外輻射；探測(cè)區(qū)域 目 錄1 前 言11.1課題的背景與目的11.2熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)簡(jiǎn)述12.1照明系統(tǒng)的構(gòu)成32.2人體紅外線樓道自動(dòng)照明系統(tǒng)電路33 熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)的組成53.1傳感器53.1.1人體熱釋電紅外線傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理53.1.2熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)93.1.3 CDS傳感器103.2集成控制電路113.2.1概述113.2.2運(yùn)算放大器133.2.3集成運(yùn)放的性能指標(biāo)133.2.4集成運(yùn)放的組成133.2.5振蕩器143.2.6電壓比較器153.3可控硅193.3

3、.1單向可控硅簡(jiǎn)介193.3.2雙向可控硅204.1元件的散熱問題234.2電子電路的靜電保護(hù)235 結(jié) 論25致 謝26參 考 文 獻(xiàn)27211 前 言1.1課題的背景與目的節(jié)能與環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)代產(chǎn)品開發(fā)的首要考慮因素和最大賣點(diǎn)。由于我國(guó)在新能源研發(fā)方面處于落后局面，目前市場(chǎng)上的普通船型開關(guān)、拉線開關(guān)占據(jù)著燈具開關(guān)市場(chǎng)的主要位置。然而由于許多不可控因素的出現(xiàn)及人們?nèi)粘Ａ?xí)慣所限，造成了大量的電能的浪費(fèi)。這種現(xiàn)象在我們的生活中隨處可見?？諢o一人的教室十多盞日關(guān)燈依然亮著，非常安靜的樓道內(nèi)燈火通明，衛(wèi)生間無人使用卻不熄滅燈光全國(guó)每年因此而損耗的電能可以以億度計(jì)量，同時(shí)因燈具使用時(shí)間的過長(zhǎng)，也縮短了

4、燈具的使用壽命，頻繁的更換燈具也造成了人力，財(cái)力的大量浪費(fèi)。所以通過這種直接和間接的損耗，每年電能的損失就達(dá)數(shù)億元。近十年以來，我國(guó)建筑體系的不斷發(fā)展，也對(duì)照明系統(tǒng)提出了更高的要求。隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市, 住宅電子化出現(xiàn)。近幾年樓宇智能化（智能家居是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、自動(dòng)化和智能化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體的高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的家居環(huán)境。）又飛速發(fā)展起來，其中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明系統(tǒng)可以減少電能浪費(fèi)成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化住宅的重要一筆。本課題從實(shí)際出發(fā)，準(zhǔn)備對(duì)紅外線樓道自動(dòng)照明系統(tǒng)進(jìn)行探索，隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,工業(yè),農(nóng)業(yè),商業(yè),教

5、育等等行業(yè)的用電量都大幅度增加,在這種情況下電能的浪費(fèi)成為人們普遍關(guān)注的問題。由此觀之，如何有效的減少照明用電的浪費(fèi)和更好的管理照明系統(tǒng)已成為一個(gè)不可忽視問題。1.2熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)簡(jiǎn)述普通人體會(huì)發(fā)射10um左右的特定波長(zhǎng)紅外線，用專門設(shè)計(jì)的傳感器就可以針對(duì)性的檢測(cè)這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生控制信號(hào)。這種專門設(shè)計(jì)的探頭只對(duì)波長(zhǎng)為10m左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，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

6、，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，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，于是輸出檢測(cè)信號(hào)。人體是一特定波長(zhǎng)紅外線的發(fā)射體，由紅外傳感器檢測(cè)到這種紅外線的變化并予以放大選頻處理后，可以推動(dòng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載，此乃人體紅外自動(dòng)開關(guān)。這一檢測(cè)技術(shù)較之超聲、啞聲、微波方式更為靈敏與準(zhǔn)確。它要求PIR熱釋電人體紅外傳感器的信號(hào)放大處理電路有很高的靈敏度并要能準(zhǔn)確鑒別生物體與非生物體的運(yùn)動(dòng)，使誤動(dòng)作率降到最低。且體積小，自耗電微少。采用熱釋電紅外傳感器及專用單片集成電路構(gòu)成的這種開關(guān)能成為人到燈亮、人走燈滅。

7、它安裝方便，可直接替換面板式開關(guān)，無需改動(dòng)市電線路。2照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1照明系統(tǒng)的構(gòu)成傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)是以照明配電箱通過手動(dòng)開關(guān)來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。傳統(tǒng)的照明電路只是為燈提供一定的電壓使其發(fā)光,這種燈只是人為控制,具有很大弊端,特別是在一些集體工作地,比如說,工廠,公司,學(xué)校等.而今出現(xiàn)的建筑物自控(BA)系統(tǒng)，是以電氣觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等功能。2.2人體紅外線樓道自動(dòng)照明系統(tǒng)電路該電路的主要元件是熱釋電紅外傳感器，因其抗干擾性好、探測(cè)靈敏度高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、自動(dòng)門、感應(yīng)燈、自動(dòng)水閥、自動(dòng)馬達(dá)控制等工

8、業(yè)和生產(chǎn)領(lǐng)域 。BISS0001是專為熱釋電紅外傳感器（PIR）配套設(shè)計(jì)的集成電路，采用 CMOS工藝制造，具有性能指標(biāo)高、一致性好、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)（整體電路設(shè)計(jì)如圖2-1所示）。圖2-1 整體電路圖的設(shè)計(jì)外圍電路元件說明：PIR感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波進(jìn)入芯片內(nèi)部進(jìn)行放大，與基準(zhǔn)電壓比較,如果判斷有觸發(fā)，運(yùn)放輸出高電平。這時(shí)候計(jì)時(shí)檢測(cè)電路開始計(jì)時(shí)，計(jì)滿一定內(nèi)部時(shí)鐘周期，跳變?yōu)楦撸杀苊庹`觸發(fā)）。上圖中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后

9、，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，值為Tx24576xR9C7；觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，值為Ti24xR10C6。3 熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)的組成3.1傳感器傳感器是將感受的物理量、化學(xué)量等信息，按一定

10、規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量和傳輸?shù)碾娦盘?hào)的裝置。電信號(hào)易于傳輸和處理，所以大多數(shù)的傳感器是將物理量等信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的。3.1.1人體熱釋電紅外線傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理人的眼睛能看到的可見光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.620.76m；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.380.46m。比紫光光波長(zhǎng)更短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光叫紅外線。熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。 一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，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。人體發(fā)射

11、的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強(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)生報(bào)警信號(hào)。人體熱釋電紅外線傳感器（以下簡(jiǎn)稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。熱釋電傳感器是對(duì)溫度變化敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有T的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(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Q會(huì)被空氣中的離子所結(jié)

12、合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，T=0，則傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有T輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)傳感。由實(shí)驗(yàn)證明，傳感器不加光學(xué)透鏡(也稱菲涅爾透鏡)，其檢測(cè)距離小于2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測(cè)距離可大于7m。1) 熱釋電效應(yīng)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。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)

13、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3-1表示了熱釋電效應(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）懸浮電荷溫度變化熱平衡條件TK極化溫度變化造成極化T+ TK熱能圖3-1 熱釋電效應(yīng)的形成原理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T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Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓V。由于它的輸出阻抗極高，所

14、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Q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)，T=0，傳感器無輸出。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T，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。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，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽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

15、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。對(duì)不同的傳感器來說，敏感單元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由LiTaO3 制成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對(duì)的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個(gè)等效的小電容 ，例P1、P2。因?yàn)檫@兩個(gè)小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，極化的結(jié)果是，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負(fù)電荷。但這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)之處，因而使得它具有獨(dú)特的抗干擾性。當(dāng)傳感器沒有檢測(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)， 由于P1、P2自身產(chǎn)

16、生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，照射到P1、P2上的紅外線光能能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號(hào)輸出。同理，在燈光或陽光下，因陽光移動(dòng)的速度非常緩慢，P1、P2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上傳感器的響應(yīng)頻率很低（一般為0.110Hz），即傳感器對(duì)紅外光的波長(zhǎng)的敏感范圍很窄（一般為515um），因此，傳感器對(duì)它們不敏感。當(dāng)環(huán)境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，因

17、P1、P2做在同一硅晶片上的，它所產(chǎn)生的極性相反、能量相等的光電流在回路中仍然相互抵消，傳感器無輸出。從原理上講，任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對(duì)紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號(hào)的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號(hào)；而傳感器的低頻響應(yīng)（一般為0.110Hz）和對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線（一般為515um）的響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏感，而這種變化對(duì)人體而言就是移動(dòng)。所以，傳感器對(duì)人體的移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)敏感，對(duì)靜止或移動(dòng)很緩慢的人體不敏感；它可以抵抗可見光和大部分紅外線的干擾。2

18、) 濾光窗 它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，濾光窗能有效地濾除7.014um波長(zhǎng)以外的紅外線。例如，SCA02-1對(duì)7.514um波長(zhǎng)的紅外線的穿透量為70%，在6.5um處時(shí)下降為65%，而在5.0um處時(shí)陡降為0.1%；P2288的響應(yīng)波長(zhǎng)為614um，中心波長(zhǎng)為10um。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿足m*T=2989（um.k）（其中m為最大波長(zhǎng)，T為絕對(duì)溫度）。人體的正常體溫為3637.5。C ，即309310.5K，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)為m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波長(zhǎng)為9.65um。因此，人體輻射的最強(qiáng)的紅外線

19、的波長(zhǎng)正好落在濾光窗的響應(yīng)波長(zhǎng)（714um）的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。綜上所述，傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體和體溫近似人體的物體起作用。菲涅爾透鏡 根據(jù)菲涅耳原理制成，把紅外光線分成可見區(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)。不使用菲涅

20、爾透鏡時(shí)傳感器的探測(cè)半徑不足2米，只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測(cè)半徑可達(dá)到10米。例如，一些傳感器對(duì)遠(yuǎn)在20米處快速行駛的汽車?yán)锏娜梭w也能可靠地檢測(cè)到。菲涅爾透鏡采用塑料片制作而成。圖2為它的平面圖。從圖中可以看出，透鏡在水平方向上分寸成3個(gè)部分，每一部分在豎直方向上又等分成若干不同的區(qū)域。最上面部分的每一等份為一個(gè)透鏡單元，它們由一個(gè)個(gè)同心圓構(gòu)成，同心圓圓心在透鏡單元內(nèi)。中間和下半部分的每一等份也為分別一個(gè)透鏡單元，同樣由同心圓構(gòu)成，但同心圓圓心不在透鏡單元內(nèi)。當(dāng)光線通過這些透鏡單元后，就會(huì)形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。由于每一個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視角

21、，視角內(nèi)為可見區(qū)，視角外為盲區(qū)。任何兩個(gè)相鄰?fù)哥R單元之間均以一個(gè)盲區(qū)和可見區(qū)相間隔，它們斷續(xù)而不重疊和交叉，如圖3.1.3這樣，當(dāng)把透鏡放在傳感器正前方的適當(dāng)位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)的人體一旦出現(xiàn)在透鏡的前方，人體輻射出的紅外線通過透鏡后在傳感器上形成不斷交替變化的陰影區(qū)（盲區(qū)）和明亮區(qū)（可見區(qū)），使傳感器表面的溫度不斷發(fā)生變化，從而輸出電信號(hào)。也可以這樣理解，人體在檢測(cè)區(qū)內(nèi)活動(dòng)時(shí)，一離開一個(gè)透鏡單元的視場(chǎng)，又會(huì)立即進(jìn)入另一個(gè)透鏡單元的視場(chǎng)，（因?yàn)橄噜復(fù)哥R單元之間相隔很近），傳感器上就出現(xiàn)隨人體移動(dòng)的盲區(qū)和可見區(qū)，導(dǎo)致傳感器的溫度變化，而輸出電信號(hào)。菲涅爾透鏡不僅可以形成可見區(qū)和盲區(qū)，還有聚焦作用，其焦點(diǎn)

22、一般為5厘米左右，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況或資料提供的說明調(diào)整菲涅爾透鏡與傳感器之間的距離，一般把透鏡固定在傳感器正前方15厘米的地方。菲涅爾透鏡一般采用聚乙烯塑料片制成，顏色為乳白色或黑色，呈半透明狀，但對(duì)波長(zhǎng)為10um左右的紅外線來說卻是透明的。表3-1熱釋電人體紅外線傳感器SCA02-1的主要電參數(shù)。項(xiàng) 目參 數(shù)條 件電源電壓2.210.0V源極電壓0.32.0V25C源極阻抗47KId=643uA電 平 衡10%Max）頻率響應(yīng)0.330Hz12db（Max）響應(yīng)波長(zhǎng)7.514um平均大于70%工作溫度-10+50。C3.1.2熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)不同于主動(dòng)式紅外傳感器，被動(dòng)紅

23、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)能力比較差抗干擾性能： 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

24、起誤報(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^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。 紅外線熱釋電傳感器的安裝要求：紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件： 1）紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。 2）紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。 3）紅外線熱釋電傳感器探測(cè)范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。 4）紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引 起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。 紅外線熱釋電

25、傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。3.1.3 CDS傳感器硫化鎘（Cds）即光敏電阻器，這是目前最常見的光敏電阻器。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光致導(dǎo)電的原理制造的。這種光敏電阻器的基座是陶瓷片，上面涂有硫化鎘多晶體，再經(jīng)燒結(jié)制成。光敏電阻器的表面還涂有防潮樹脂。光敏電阻器的光譜特性曲線與人眼對(duì)可見光的響應(yīng)曲線比較接近。光敏電阻器的電阻值隨光照強(qiáng)度而變化。在暗光條件下它的電阻值可達(dá)10M，在強(qiáng)光下它的電阻值僅

26、為數(shù)百歐姆或數(shù)千歐姆。光敏電阻器的光照特性在多數(shù)情況下是非線性的，只有在微小區(qū)域內(nèi)呈線性。光敏電阻器的電阻值有較大的離散性。光敏電阻器的靈敏度是指光敏電阻器不受光照時(shí)的電阻值(暗阻)和受光照時(shí)的電阻值(亮阻)的相對(duì)變化值。在一般情況下，照度越低，單位照度改變時(shí)的電阻值變化越大。即在低照度下光敏電阻器的靈敏度較高。 光敏電阻器是電路的關(guān)鍵元件，它對(duì)光線的強(qiáng)弱有敏感的反應(yīng)，在本電路中要求光敏電阻器受到光照時(shí)的阻值應(yīng)小于5k，在暗光情況下阻值應(yīng)大于1M，可選符合要求的MG41-22光敏電阻器。3.2集成控制電路3.2.1概述雖然被動(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

27、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HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、WELTREND WT8072,BISS0001。圖3.2.1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。圖3.2.1PIR信號(hào)處理部分電路圖由于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：a）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

28、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0.3Hz7Hz。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。b）窗口比較器經(jīng)過放大后的信號(hào)通過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)。c）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）。 比較器分壓電路隱壓器系統(tǒng)振蕩器定時(shí)振蕩器噪聲抑制控制電路鎖定電路模式及CDS控制電路輸出驅(qū)動(dòng)上電復(fù)位過零觸發(fā)O

29、P2OOP2NOP2POP1POP1NOP1O VEESOCSOSCDCDSMODEOUTRESTZC圖3-2 人體感應(yīng)開關(guān)方框圖 3.2.2運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）是一種高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。它工作在放大區(qū)時(shí)，輸入和輸出呈線性關(guān)系，所以它又被稱為線性集成電路。集成運(yùn)放是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路。3.2.3集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod它是指集成運(yùn)放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。2）最大輸出電壓 Uop-p它是指一定電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰-峰值。3）差模輸入電阻rid它的大小反映了集成運(yùn)

30、放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。要求它愈大愈好。4）輸出電阻 rO它的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。5）共模抑制比 CMRR它放映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好3.2.4集成運(yùn)放的組成它有四部分組成：1）偏置電路:偏置電路是提供各級(jí)靜態(tài)工作電流的;2）輸入級(jí)：其作用是提供與輸出端成同相關(guān)系和反相關(guān)系的兩個(gè)輸入端,為了抑制零漂，采用差動(dòng)放大電路3）中間級(jí)：其作用是提供較高的電壓放大倍數(shù);為了提高放大倍數(shù)，一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。4）輸出級(jí)：其作用是提供一定的電壓變化和電流變化;為了提高電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱輸

31、出級(jí)電路3.2.5振蕩器振蕩電路在測(cè)量,自動(dòng)控制,通信,無線電廣播和遙控等許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,甚至在收音機(jī) 電視機(jī) 和電子表等日常生活用品中也離不開它。振蕩電路包括正弦波振蕩電路和非正弦波振蕩電路,它們不需要輸入信號(hào)便能產(chǎn)生各種周期性的波形,如:正弦波,方波,三角波和鋸齒波等.因?yàn)楸菊n題涉及到系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)電路,所以現(xiàn)介紹一下非正弦波振蕩電路:矩形波振蕩電路。矩形波有兩種,一種是輸出電壓處于高電平時(shí)時(shí)間TH和輸出電壓處于低電平的時(shí)間TL不相等,另一種是二者相等.人們常把TH= TL的矩形波稱為方波.下面介紹方波發(fā)生電路。方波發(fā)生電路的構(gòu)成：我們可選擇滯回比較器作為開關(guān)，用電阻與電容相串聯(lián)

32、的RC電路作為具有延遲作用的反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成圖如下所示。它的右邊是滯回比較器，起開關(guān)作用；他的左邊是RC電路，起反饋和延時(shí)作用。圖3-3 方波發(fā)生電路滯回比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。設(shè)接通電源時(shí)刻電容兩端的電壓UC=0，滯回比較器的輸出電壓U0=+UZ，則集成運(yùn)放同相輸入端此時(shí)的電位為 U+ =R2/R2+R3（+UZ）而U0=+UZ時(shí)電容充電，使集成運(yùn)放反向輸入端的電位U-（它等于UC）由零逐漸上升。在U-低于U+以前，U0=+UZ不變。當(dāng)U-上升到略高于U+時(shí)，U0從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，即變?yōu)?UZ。 當(dāng)U0=-UZ時(shí)，U+=R2/R2+R3（-UZ），同時(shí)電容經(jīng)R1放電，

33、使U-逐漸下降。在U-高于U+以前，U0=-UZ不變，當(dāng)U-下降到略低于U+時(shí)，U0從-UZ跳變?yōu)?UZ，又回到初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，輸出方波。振蕩周期由圖可知，UC的值從T1時(shí)刻的R2/R2+R3（UZ）下降到T2時(shí)刻的-R2/R2+R3（UZ）所需要的時(shí)間就是振蕩周期的一半，即而UC的變化規(guī)律就是簡(jiǎn)單的RC充放電規(guī)律。不難看出這里RC充放電的三要素是：1）時(shí)間常數(shù)=R1C2）在T1時(shí)刻UC的初始值是R2/R2+R3（UZ）3）若T=，UC的終了值是-UZ。根據(jù)一階RC電路的三要素法可得UC=（-UZ-R2/R2+R3（UZ）（1-e（-t/R1C）+R2/R2+R3（UZ）其中

34、T=T-T1，且T1TT2。當(dāng)T=T/2時(shí)，UC=-R2/R2+R3（UZ），將這些條件代如上面的式，得-R2/R2+R3（UZ=（-UZ-R2/R2+R3（UZ）（1-e（-t/R1C）+R2/R2+R3（UZ）解之可得：T=2R1Cln(1+2R2/R3)通常將矩形波為高電平的時(shí)間與周期時(shí)間之比稱為占空比。方波的占空比為50%。如果需要產(chǎn)生占空比小于或大于50%的矩形波，可以利用電容充電的時(shí)間常數(shù)與放電的時(shí)間常數(shù)不相等。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢允闺娙莩潆娕c放電回路不同，因而可使電容充電與放電的時(shí)間常數(shù)不同。 內(nèi)部振蕩器外接振蕩電阻器引腳，個(gè)別需外接RC振蕩元件，此時(shí)外接的電阻器或電容器便

35、可作為時(shí)間的調(diào)整元件。也有的集成電路將振蕩元件全部集成在芯片內(nèi)部，不需要外接元器件，這時(shí)振蕩頻率就無法外調(diào)節(jié)。 3.2.6電壓比較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)輸入電壓的大小關(guān)系)。電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。注：電壓比較器中的集成運(yùn)放通常工作在非線性區(qū)。及滿足如下關(guān)系：U-U+ 時(shí) UO=UOL U- 需要高峰值IG。2）由IG 觸發(fā)到負(fù)載電流開始流動(dòng)，兩者之間遲后時(shí)間較長(zhǎng) 要求IG 維持較長(zhǎng)時(shí)間。3）低得多的dIT/dt 承受能力 若控制負(fù)載具有高dI/dt 值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能

36、發(fā)生強(qiáng)烈退化。4）高IL 值（1-工況亦如此）對(duì)于很小的負(fù)載，若在電源半周起始點(diǎn)導(dǎo)通，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間的IG，才能讓負(fù)載電流達(dá)到較高的IL。在標(biāo)準(zhǔn)的AC 相位控制電路中，如燈具調(diào)光器和家用電器轉(zhuǎn)速控制，門極和MT2 的極性始終不變。這表明，工況總是在1+和3-象限，這里雙向可控硅的切換參數(shù)相同。這導(dǎo)致對(duì)稱的雙向可控硅切換，門極此時(shí)最靈敏。這是從雙向可控硅的V/I 特性圖導(dǎo)出的代號(hào)。正的MT2相應(yīng)正電流進(jìn)入MT2，相反也是（見圖3-8）。實(shí)際上，工作只能存在1 和3 象限中。上標(biāo)+和-分別表示門極輸入或輸出電流。圖3-8 雙向可控硅V/I特性曲線（象限1、3導(dǎo)通）本為零時(shí)，V1才截止。當(dāng)電源為負(fù)

37、半周時(shí)，重復(fù)上述過程。如此循環(huán)，電熱毯的溫度就逐漸升高。調(diào)節(jié)RP，改變C3充電快慢，即可改變V1的導(dǎo)通角，也即改變了RL的通電時(shí)間，因而實(shí)現(xiàn)了調(diào)溫。（ND指示燈、LC1高頻濾波、R2C2保護(hù)電路）。4 整體電路制作問題 4.1元件的散熱問題熱阻Rth 是限制熱流自結(jié)散出的熱阻。熱阻和電阻是相似的概念。如同電阻公式R=V/I，有相應(yīng)的熱阻公式Rth =T/P，這里T 是溫升，以K（Kelvin）為單位；P 是功率耗散，以W 為單位；因此Rth 的單位為K/W。對(duì)于垂直安裝在大氣中的器件，熱阻決定于結(jié)至環(huán)境熱阻Rth j-a 。1.散熱器尺寸計(jì)算對(duì)給定的雙向可控硅和負(fù)載電流，要計(jì)算需要的散熱器熱阻

38、，首先要根據(jù)下列公式確定雙向可控硅的功率耗散：P=Vo IT(AVE) + RS IT(RMS)2拐點(diǎn)電壓Vo 和斜率電阻RS 可從SC03 手冊(cè)的VT 圖取得。若數(shù)據(jù)沒有直接列出，可通過作圖取得。對(duì)最大VT 曲線作一切線，切線和VT 軸線的交點(diǎn)給出Vo 值，切線斜率（VT/IT）給出RS。應(yīng)用前面的熱阻公式： Rth j-a=T/P在最高環(huán)境溫度下，結(jié)溫Tj 升至最高允許結(jié)溫Tjmax，由此得出結(jié)溫最大允許提升值。這提供溫升T。根據(jù)選定的安裝方法，SC03 手冊(cè)提供Rth j-mb 和Rth mb-h 數(shù)據(jù)。應(yīng)用前面的熱阻公式Rth j-a= Rth j-mb + Rthmb-h+ Rth

39、h-a ，可最后求得散熱器熱阻Rth h-a 。2.熱阻抗前面的熱阻計(jì)算只適用于穩(wěn)定狀態(tài)，即過程時(shí)間大于1 秒。這條件下，熱量才有足夠的時(shí)間從結(jié)傳送到散熱器。對(duì)持續(xù)時(shí)間短于1 秒的電流脈沖或瞬間過程，散熱器的效果大為減弱。熱量只在器件內(nèi)部擴(kuò)散，很少傳到散熱器。對(duì)于這種瞬間過程，結(jié)的溫升決定于結(jié)至安裝基面的熱阻抗Zth j-mb 。隨著電流脈沖持續(xù)時(shí)間減小，Zth j-mb 下降，因?yàn)樾酒訜釡p少。假如持續(xù)時(shí)間增大，接近1 秒，Zth j-mb增大至穩(wěn)定狀態(tài)的熱阻值Rth j-mb。手冊(cè)SC03 提供每種器件的Zth j-mb 曲線，適用于持續(xù)時(shí)間低至10s 的雙向或單向的電流。4.2電子電路的靜電保護(hù)靜電放電(ESD)是大家熟知的電磁兼容問題,它可引起電子設(shè)備失靈或使其損壞.當(dāng)半導(dǎo)體器件單獨(dú)放置或裝入電路模塊時(shí),即使沒有加電,也可能找成這些器件的永久性損壞.對(duì)靜電放電敏感的元件被稱為靜電放電敏感元件(ESDS).如果一個(gè)元件的兩個(gè)針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度,就會(huì)對(duì)元件造成損壞.這是MOS器件出現(xiàn)故障