一款人體感應開關電路圖

1、一款人體感應開關電路圖 一款人體感應開關電路圖筆者手頭有一個人體感應開關，它采用了專用感應集成電路，外圍電路簡潔，性能頗佳，可靠性高，現(xiàn)介紹如下：根據(jù)實物繪出的電路見圖。當開關置于“自動”位置時，將感應到的人體釋放的紅外線轉換成微弱的電信號送至的11腳，經(jīng)內部二級放大和阻容選頻網(wǎng)絡選頻后，在20腳輸出的交變信號，當此信號幅度大于時，2腳就會輸出一個與交流電源電壓同步的方波電壓，驅動雙向可控硅過零觸發(fā)導通，點亮電燈。為延遲時間調節(jié)電位器，燈點亮后，延遲熄燈時間可在秒至分鐘之間任意調節(jié)；為亮暗起控調節(jié)電位器，可以調節(jié)在白天和夜晚之間的任一亮度時起控，此時電燈點亮。亦腳（端）設計的點燈閾值

2、電壓為，亦腳電壓低于燈不能點亮，只有高于燈才能點亮。1.紅外測溫儀前置放大電路2.熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器是最常用的紅外檢測器之一，其工作原理是利用熱釋電效應，即在鈦酸鋇一類晶體上、下表面設置電極，在上表面加以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升T，其晶體內部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓U。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，例如，鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。熱釋電紅外傳感器的電路圖、外形圖如下圖所示。熱釋電紅外溫度傳感器的特點是反應速度快、靈敏度高、準確度高、測量范圍廣、使用方便，尤其非接觸式測量使紅外溫度傳

3、感器和以紅外傳感器為核心的紅外測溫模塊、紅外測溫儀在工業(yè)現(xiàn)場、國防建設、科學研究等領域得以廣泛應用。主要應用于鐵路、車輛、石油化工、食品、醫(yī)藥、塑料、橡膠、紡織、造紙、電力等行業(yè)的溫度測量、溫度檢測、設備故障的診斷。特別適用于高溫和危險場合的遠距離測溫。一、人體感應開關該電路廣泛應用于防盜報警器、自動門、自動風扇、展覽會及旅游景點的自動解說系統(tǒng)、樓梯及教室照明燈的控制等產(chǎn)品中。圖一給出了人體感應開關電路圖。電路主要由熱釋電紅外傳感器與控制電路組成。電路中的SR5553 是與熱釋電紅外傳感器PIR 配套使用的專用控制集成電路，它內部含40s 加熱器、低壓檢測器、多功能指示器等電路，靜態(tài)工作電流為

4、30uA，工作電壓為5V12V。人體感應開關電路的工作過程是：通電40s 后，電路即可進入正常的工作狀態(tài)。一旦有人進入設定的區(qū)域，PIR 將檢測到的人體紅外信號轉成微弱的電信號，送入SR5553 中，經(jīng)放大、鎖定等處理后，輸出控制、觸發(fā)等信號，觸發(fā)蜂鳴器、LED 或其它執(zhí)行機構。在本電路中它通過控制VT1 三極管導通，使LED 點亮，并控制相應的繼電器動作，達到控制目的。            熱釋電紅外自動測溫系統(tǒng)的研究摘 要: 本文介紹了紅外測溫的意義、原理，并詳細論述了

5、熱釋電紅外自動測溫系統(tǒng)的探測器、電子線路，以及MCS-51單片機在該系統(tǒng)中的應用。 關鍵詞: 紅外；熱釋電；測溫； 一、引言 紅外輻射這一物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀初1。但直到本世紀的50年代，紅外技術才開始進入廣泛應用的階段。非接觸測溫技術也叫輻射測溫，最早的非接觸測溫就是以光學高溫計為代表的亮溫法。以后，人們根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼公式，利用黑體輻射能與熱力學溫度關系進行測溫，這就是全輻射測溫和部分輻射測溫法。還有的人在光學高溫計上進行改進，出現(xiàn)了光電高溫計、紅外溫度計等。 非接觸紅外測溫有以下幾點優(yōu)點2： （1）它的測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測量準確度。 （2）測

6、溫范圍寬。在理論上無測量上限，可以測量相當高的溫度。 （3）探測器的響應時間短，反應速度快，易于快速與動態(tài)測量。 （4）不必接觸被測物體，操作方便。 （5）可以確定微小目標的溫度。 非接觸測溫技術的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視1。例如在不停機的情況下對機械設備、電力設備、生產(chǎn)設備等進行溫度測量；在不能造成產(chǎn)品的污染或損壞的情況下對生產(chǎn)過程中或倉庫里的產(chǎn)品溫度進行測量；在醫(yī)學領域內，為了了解病人的身體狀況，需對病人身體各個部分的溫度進行安全的測量3。在這種背景下，使用方便、可快速對物體溫度

7、進行非接觸、無損測量的紅外測溫技術就得到了極大的發(fā)展。若測溫不僅限于某一點，而是一個區(qū)域，則可以呈現(xiàn)溫場分布的圖像4。 本文擬對紅外測溫技術的原理、熱釋電紅外探測器、測溫自動化作出詳細介紹，以推動和促進對非接觸式熱釋電紅外測溫技術的進一步研究和發(fā)展。 二、非接觸式紅外測溫的原理 眾所周知，凡是溫度高于絕對零度的物體都可以產(chǎn)生紅外輻射。物體所發(fā)出的紅外輻射能量的強度與其溫度成比例5。物體溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能量越強1。紅外探測器經(jīng)匯聚的紅外光照射后產(chǎn)生信號，該信號傳到處理電路，處理電路對其進行處理并計算出物體的溫度。 設溫度為T的物體，其輻出度M（輻射源在單位面積上向半球空間發(fā)射的總輻射功

8、率，單位為W/cm2）由溫度T決定。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，輸出度M由下式求出: M =s·T 4 (對黑體而言) M =e·s·T 4 （對非黑體而言） 式中： s斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù); e物體表面的發(fā)射率； T物體熱力學溫度。 圖1中輻射出射度隨溫度的增加而迅速增大是很明顯的；這個增加與絕對溫度的四次方成正比。故相當小的溫度變化，就會引起輻射出射度很大的變化6。 發(fā)射率是指被測量的物體吸收、透過和發(fā)射紅外波段能量的能力，其值為0.0（極光滑的鏡面）至1.0（黑體）。根據(jù)輻射源的e隨波長變化的情況，輻射源可分為三類： (1)黑體：e(l)=e=1； (2)灰體

9、：e(l)=e=常數(shù)（小于1）； (3)選擇性輻射體：e(l)隨波長而變。 在自然界中幾乎所有物體的輻射都具有選擇性。具有粗糙表面的固體的選擇性最小，它們可看作灰體?；殷w的輻射也與黑體一樣具有連續(xù)光譜，且其光譜曲線的形狀與黑體類似。在相同溫度下灰體和黑體具有相同的峰值波長。影響發(fā)射率的因素有： （1） 材料的類別。一般情況下，金屬材料的發(fā)射率較低，而非金屬材料的發(fā)射率比較高。 （2） 溫度。一般情況下，金屬材料的發(fā)射率隨著溫度的升高而逐漸增大；非金屬材料的發(fā)射率隨著溫度的升高而減小。 （3） 輻射波長。一般物體的發(fā)射率會隨著波長的改變而變化。 （4） 物體表面的加工狀況。光滑而清潔的表面發(fā)射率

10、一般較低；粗糙的、有氧化膜的表面發(fā)射率較高。 （5） 表面涂層。發(fā)射率是物體表面狀態(tài)的函數(shù)，涂層不同，發(fā)射率不同。 （6） 涂層厚薄。 三、熱釋電紅外探測器 紅外探測器是紅外測溫儀的重要組成部分。它可以分為熱探測器和光子探測器兩大類7。其中，熱釋電探測器是熱探測器中的一種，它是利用熱釋電效應工作的探測器，其響應速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應寬、工作頻率寬9、10，靈敏度與波長無關，因此其應用領域廣，容易使用10。常用的熱釋電探測器如：硫酸三甘鈦（TGS）探測器、鈮酸鍶鋇（SBN）探測器、鉭酸鋰（LiTaO3）探測器、鋯鈦酸鉛（PZT）探測器等。 圖2為熱釋電紅外傳感器的結構

11、圖、電路圖8。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉換效率。它的等效電路是一個在負載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號又極其微弱，故在管內附有JFET及厚膜電阻，以達到阻抗變換的目的。在管殼的頂部設有濾光鏡（TO-5封裝）。 熱釋電體的自發(fā)極化強度與溫度有關。隨著溫度升高，自發(fā)極化強度下降。溫度升高到Tc時，自發(fā)極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生相變，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，Ps變?yōu)榱恪?由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負束縛電荷，其密度等于自發(fā)極化強度。但是這些面束縛電荷常常被晶

12、體內部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化。但是自由電荷中和面束縛電荷所需的時間很長，而晶體自發(fā)極化的弛豫時間很短，約10-12s。因此當晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體內的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。 如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應的電荷量為 Q=AP s , 當紅外輻射照射時，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化強度降低，因而電極表面上感應電荷減少，這相當于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖3所示的電路連接負載，則在紅外輻射照射時，就有電流流過負載，經(jīng)放大后成為

13、輸出信號。 若沒有經(jīng)過調制的紅外輻射照射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么電極表面的感應電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號。因此，熱釋電探測器與其他熱探測器不同，它只有在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調制。 如果用調制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度，自發(fā)極化強度（Ps）及其引起的面束縛電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于Ps的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負載電阻Rg把兩個電極連接起來，就會有熱釋電電流is通過負載。熱釋電晶體自發(fā)極化強度

14、隨溫度變化，使電極表面感應電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖4所示11。 電流源的電流強度為Is為： 式中：p自發(fā)極化強度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)， A光敏面面積； 四、紅外測溫系統(tǒng)的設計 熱釋電紅外自動測溫系統(tǒng)的原理方框圖如圖5所示：經(jīng)聚焦后的紅外輻射被調制后間斷地入射到探頭上，輸出信號經(jīng)前置放大，后級放大、濾波，積分后恢復為探頭所接收的紅外輻射功率曲線，再經(jīng)絕對值電路、峰值保持電路檢測出紅外輻射的最大功率，與補償?shù)陌雽w熱敏傳感器所測斬波片的功率，雙道緩沖后經(jīng)A/D轉換，由CPU處理，執(zhí)行顯示被測物的攝氏溫度。 本測溫系統(tǒng)中最關鍵的是制備高靈敏度、低噪聲鐵電材料熱釋電紅外傳感器探頭。熱釋電式

15、紅外傳感器的輸出是電荷，這并不能直接使用，要附加電阻Rg，用電壓形式輸出，但因電阻非常大（1100GW），要用場效應管進行阻抗變換12。若采用鐵電薄膜熱釋電紅外傳感器探頭，由于鐵電薄膜的電阻率低，易引入各種較大的噪聲，而且它對外界響應所產(chǎn)生的熱釋電電荷比體材料要小的多。因此，設計優(yōu)良的高靈敏度、低噪聲微電流前置放大器成為研制測溫儀的關鍵。 前置放大器的主要作用，是以盡可能高的信噪比放大探測器的信號，并實現(xiàn)探測器與電路系統(tǒng)的阻抗匹配以及擴展探測器的頻率響應。通常前放與探測器置于同一電磁屏蔽之中，以防止外界電磁干擾和探測器信號的泄漏。前放的噪聲特性直接決定整個信息處理系統(tǒng)的噪聲性能。 低噪聲前置放

16、大器的設計又稱為放大器的低噪聲電子設計，其關鍵是低噪聲半導體器件（例如，雙極晶體管、結型場效應管等）的選擇，低噪聲電子線路及其工作狀態(tài)的優(yōu)化設計，同時還包括減少放大器外來干擾的技術措施。在本系統(tǒng)中，我們只考慮如何選用合適的低噪聲器件，以及優(yōu)化的噪聲電子線路的設計。 低噪聲設計要達到的主要目的是在給定信號源（包括信號源阻抗）的條件下，使在信號工作頻率范圍內有最小的噪聲。主要的設計內容有： （1） 半導體器件及其工作點選擇，同時還要滿足信號源阻抗和放大器噪聲匹配。 （2） 從信號源來看，可能有各種性質，例如，源電阻（如電阻時傳感器、熱電偶等），源阻抗（如電感時傳感器、差動變壓器等），甚至還有點抗性

17、源（如光電傳感器、壓電傳感器等）。從被測信號看，有低頻（通常是傳感器輸出）、高頻（通信系統(tǒng)）。從信號占據(jù)帶寬看，有在帶、寬帶信號等。這些，均給低噪聲電子設計帶來不同的要求及不同的設計方法。其中，使噪聲系數(shù)最小的設計方法僅適于源電阻及源電抗情況。 （3） 要得到良好的的噪聲性能，還必須盡量避免外來的各種干擾，例如，空間的電磁干擾、電源工頻干擾，以及各種用電設備干擾等。這些干擾，有時會造成比器件內部噪聲更大的影響。因此，低噪聲放大器要同時考慮各種抗干擾措施。 圖6是本測溫系統(tǒng)中的熱釋電電流前置放大電路。由于信號源是一種電容性元件，電容量在5nF50nF之間其阻抗大約為109左右，熱釋電性可產(chǎn)生的電

18、流為pA級，故在電路設計中，重點因為前置放大器的設計。信號源與放大器直接相連，中間不加任何網(wǎng)絡，即采用直接耦合方式。在這種情況下，前置放大器必須選擇低噪聲器件和合適的工作點。其中JFET的型號是2SK30A，參數(shù)如下： gm=1.5ms， IGSS=-nA， IDSS=0.3mA，VP=-0.2V。R1=10k，R2=20k， 則場效應管的工作點為： ID=0.39mA, VGS=0.78V. 在該電路中，應注意Rg的取值。它強烈的影響了樣品的低頻響應，并使得本來很微弱的輸出信號再度衰減。但它也不能太大，否則會產(chǎn)生更大的噪聲。從理論上來說，當Rg與樣品的內阻相等時，才能使它獲得最大的功率，而且

19、不引入過量的噪 聲。在實際應用中，Rg應當盡量取大些以避免過多的取用信號源電流。通常，取Rg= Rs/100，則在這種情況下測得的電流就可以認為是熱釋電電流。 五、紅外測溫的自動化 由于輻射測溫本身特點所限制，電壓-溫度曲線只能在較小范圍內近似看為直線，所以，傳統(tǒng)的模擬式測溫儀難以做到寬量程、高精度、多功能。微處理機的發(fā)展對紅外測溫起了很大的促進作用，使測量儀表的功能擴大，并簡化了控制系統(tǒng)。 使用微機技術的紅外測溫儀，靈活性好，儀器的測溫范圍改變和擴大都十分方便，容易實現(xiàn)溫度的自動控制，采用高位A/D轉換，儀器的分辨率和精度可以進一步改善，穩(wěn)定性和可靠性進一步提高。 清華大學用硅太陽電池作探測

20、元件，研制出WH-11紅外測溫儀13?？紤]到測溫范圍內電壓溫度曲線的切線的斜率在高低端相差太大，故將測溫范圍分為三段，同時采用高精度的12位A/D轉換芯片，從而使儀器總的測量精度達到0.5%。由于輻射定律復雜，使編程困難且計算誤差大，程序長而降低儀器的響應速度。他們利用單片機的查表功能，根據(jù)實測溫度的電壓信號，查出溫度的范圍，再結合線性插值法求出精確的溫度值，使分辨率僅為1。 西北輕工業(yè)學院也研究了微機控制的紅外測溫技術14。紅外測溫儀中鉭酸鋰（LiTaO3）元件接收到的深埋在強噪聲中的微弱信號，經(jīng)閉路 相敏檢波鎖相放大器的提取、放大、整流15，其輸出的模擬信號含環(huán)境溫度的輻射影響，且與被測溫度是非線性關系16。他們應用微機技術將 16路采樣開關采集的電壓信號送給12位ADC1210模/數(shù)轉換器，使其輸出的模擬量轉換為數(shù)字量，然后將該帶有環(huán)境溫度的被測信號的數(shù)字量輸給CPU微處理機，進行數(shù)據(jù)處理、環(huán)境溫度校正、黑度運算、電壓溫度