人體釋熱電自動(dòng)燈控開(kāi)關(guān)

1、人體釋熱電自動(dòng)燈控開(kāi)關(guān)劉云峰 沈靜逸 朱斌系統(tǒng)功能、性能的簡(jiǎn)介: 隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)的人工操作和維護(hù)控制手段已不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市發(fā)展的需求。當(dāng)前,以人體信息為控制源的控制電路,在采集人體信息時(shí),或直接使用熱釋電傳感器被動(dòng)遠(yuǎn)紅外探測(cè)功能,或?qū)鞲衅髦糜诓粩噢D(zhuǎn)動(dòng)的云臺(tái)上,使被動(dòng)探測(cè)變成主動(dòng)探測(cè)。本文介紹的燈控開(kāi)關(guān)利用人體發(fā)出的紅外線，通過(guò)熱釋電紅外傳感器的接收、放大形成具有一定電壓幅度的控制信號(hào)。用這一控制信號(hào)去觸發(fā)繼電器使其導(dǎo)通，就可以制成具有自動(dòng)控制功能的電燈開(kāi)關(guān)。當(dāng)有人到來(lái)時(shí)，電燈自動(dòng)打開(kāi)，人走后電燈自動(dòng)關(guān)閉。方案論證與選型 ： 信號(hào)的采集： 用熱釋電紅外傳感器P228收集人體紅外

2、線，輸出超低頻脈沖。信號(hào)放大： 方案一：用三極管構(gòu)成多級(jí)放大器對(duì)采集的微弱信號(hào)進(jìn)行放大 方案二：用運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大 方案三：采用運(yùn)算放大器構(gòu)成低通放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大 由于信號(hào)是由傳感器從外界采集的，必然會(huì)存在其他不需要的干擾信號(hào)，為了濾除干擾信號(hào)，將我們所需要的信號(hào)進(jìn)行有效放大，我們采用方案三，用低通放大器對(duì)采集來(lái)的超低頻信號(hào)進(jìn)行放大！開(kāi)關(guān)控制電路： 方案一：用三極管觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，使負(fù)載電路導(dǎo)通。 方案二：采用繼電器代替方案一中的可控硅 由于負(fù)載采用220V的高壓電源供電，所以采用方案二中的繼電器代替雙向可控硅可將高壓負(fù)載電路與低壓控制電路分開(kāi)，降低調(diào)試階段的

3、危險(xiǎn)性，延長(zhǎng)電路的使用壽命！全電路框圖與原理圖框圖設(shè)計(jì):由運(yùn)算放大器組成低頻帶通放大器，增益為6070dB，即幾千倍。經(jīng)三極管控制繼電器來(lái)控制電燈的開(kāi)和關(guān)。比較后輸出的高或低電頻經(jīng)過(guò)延時(shí)電路，可以在人離開(kāi)后電燈能延時(shí)一段時(shí)間后熄滅。放大后輸出信號(hào)輸入到比較器，參考電壓約為3.9V熱釋電紅外傳感器收集人體紅外，輸出0.110HZ的超低頻脈沖，幅度不大于1mV。原理圖設(shè)計(jì)：原理圖解析： 大器U1A、一級(jí)低通反相放大器U1B、一級(jí)電壓比較器U1C、一級(jí)單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路、觸發(fā)電路、繼電器組成。 低頻脈沖（頻率值視使用的菲涅爾透鏡和人體移動(dòng)的速度而定），而且脈沖的幅度不大于1mV。這就需要一個(gè)高增益、低噪

4、聲的低頻帶通放大器，將其放大后才能對(duì)電路執(zhí)行控制功能。通常要求放大器的增益為60-70dB，即幾千倍，而且對(duì)放大器的帶寬有一定的要求。帶寬窄，則噪聲小，誤動(dòng)作率低；帶寬寬，則噪聲大，誤動(dòng)作率較高，但對(duì)不同移動(dòng)速度的人體運(yùn)動(dòng)均有較好的響應(yīng)。權(quán)衡二者，通常帶寬取0.3-7Hz。 在本電路中，U1A和U1B組成兩級(jí)低頻帶通放大器，兩級(jí)的總增益等于每級(jí)增益的乘積。 U1C組成電壓比較器，R10、R11將同相端（10腳）分壓為3.9V，作為參考電壓【V10=6*（R11/R10+R11）】。當(dāng)U1B輸出的信號(hào)電壓大于參考電壓3.9V時(shí)，U1C的8腳輸出低電平。此低電平通過(guò)D1加至U1D的同相端（5腳），

5、使U1D的7腳輸出低電平。這一低電平通過(guò)R12加至Q1的基極，使其導(dǎo)通，流過(guò)Q1的電流加載到R14與繼電器線圈并聯(lián)端形成電壓將繼電器導(dǎo)通，接通了電燈的電源，燈亮！ 在電壓比較器U1C中，將其參考電壓設(shè)定為3.9V，目的是為了抑制干擾信號(hào)，使低于3.9V的干擾信號(hào)被抑制，從而保證了電路的工作可靠性。 當(dāng)充電使C9的正極電壓升至大于3.9V時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，U1D的7腳恢復(fù)高電平，Q1截止，繼電器斷開(kāi)，電燈滅。由于C9的充電需要時(shí)間，因此當(dāng)人離去時(shí)，電燈并不立即熄滅，而是延遲一段時(shí)間后熄滅！電路分析：（Multsim 11.0）信號(hào)放大部分的仿真：運(yùn)算放大器U1A和U2B分別構(gòu)成第一級(jí)低

6、通同相放大器和第二級(jí)反相放大器組成系統(tǒng)的信號(hào)放大部分：輸入信號(hào)是由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率為5Hz，幅度為1mA的低頻矩形脈沖（紅色），用雙蹤示波器分別觀察輸入，輸出信號(hào)（藍(lán)色）：用波特儀觀察放大部分的帶寬和增益：由波特圖示儀可以看出，放大電路的增益為80dB。由波特圖示儀可以看出，放大電路的下限截止頻率約為1.7Hz，下限截止頻率為850Hz，其帶寬為842.3Hz。功能仿真：用示波器觀察7腳輸出波形：當(dāng)R18取值合適時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)接入輸入信號(hào)，7腳輸出高電平經(jīng)延時(shí)127ms后跳變?yōu)榈碗娖讲⒈３值碗娖?，觸發(fā)電路Q(chēng)1導(dǎo)通，電流流過(guò)R14，產(chǎn)生電壓，雙向可控硅觸發(fā)，燈亮！斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，沒(méi)有輸入信號(hào)，7腳持續(xù)輸出高電平，觸發(fā)電路Q(chēng)1不導(dǎo)通，燈不亮！制作與調(diào)試：PCB板制作：焊接組裝：注：實(shí)際電路中使用的元件與原理圖有差異：元件名稱(chēng)原理圖使用型號(hào)實(shí)際使用型號(hào)熱釋電紅外傳感器P228D204B三極管2N5227C9015繼電器EMR011A03HRS4H-S-DC5V功能調(diào)試：經(jīng)過(guò)我們組組員的努力調(diào)試，還是沒(méi)有能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的功能！我們的設(shè)計(jì)并沒(méi)有像理想中那樣受到傳感器接收到的信號(hào)影響！雖然燈會(huì)亮，但是它是因?yàn)槭艿焦╇婋娫吹挠绊懚恋模?dāng)