對射型紅外感應(yīng)模塊——對射型紅外器

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 對射型紅外感應(yīng)模塊 對射型紅外報警器專業(yè)（系） 電 氣 工 程 系 班 級 智 能 電 網(wǎng) 102 學(xué)生姓名 張 鈺 杰 學(xué) 號 201001380218 指導(dǎo)老師 劉 郁 文 完成日期 2012年12月 2013屆畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書1、 項目名稱： 紅外線模塊及應(yīng)用2、 指導(dǎo)老師： 劉郁文三、設(shè)計內(nèi)容與要求1. 課題概述紅外線模塊主要包括反射型感應(yīng)模塊、對射型感應(yīng)模塊和熱釋電紅外探測模塊等。反射型感應(yīng)模塊是一種集紅外線發(fā)射，接收功能與一體的集成組件。內(nèi)部包含了紅外線發(fā)射，接收及信號放大與處理，能夠以非接觸方式探測前方 一定范圍內(nèi)的阻擋物，并轉(zhuǎn)換成控制信號輸出。對射型感應(yīng)

2、模塊分為獨立的發(fā)射模塊與接收模塊。發(fā)射模塊向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外線，接收模塊接收到有效信號時輸出控制信號。而熱釋電紅外探測模塊則不需要配置紅外線發(fā)射源，能直接接收人體或動物等物體輻射的微量紅外光線，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制信號輸出。 2設(shè)計內(nèi)容與要求 （1）確定整體設(shè)計方案； （2）軟件、硬件具體設(shè)計； （3）試制本機（含外觀設(shè)計）或搭建測試平臺； （4）確定測試方案； （5）現(xiàn)場測試、寫出測試報告； （6）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文（項目產(chǎn)品報告）。3. 技術(shù)指標(biāo) （1）工作電壓：5-15V （2）工作電流：30mA （3）探測距離：0.3-1m四、設(shè)計參考書 傳感器與檢測技術(shù)，電子實用手冊，數(shù)字電子技

3、術(shù)基礎(chǔ)，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)， 五、設(shè)計說明書要求 1.封面 要求：包括設(shè)計題目，系別，班級，學(xué)號，姓名，指導(dǎo)老師，完成日期； 2.目錄 要求：根據(jù)說明書的內(nèi)容決定，一般采用2-3級；3.內(nèi)容摘要 要求：中文摘要以300-400字為宜，配以相應(yīng)的外文摘要。4.正文要求：試驗方案設(shè)計的可行性、有效性以及試驗數(shù)據(jù)的處理及分析，對本研究內(nèi)容及成果進(jìn)行較全面、客觀的理論闡述。這是說明書的主要部分。5.結(jié)束語 要求：包括對本設(shè)計的客觀評價、設(shè)計特點、存在的問題以及改進(jìn)意見等。6.附錄 要求：包括參考文獻(xiàn)作者、署名、出版地、出版年月等；圖紙；材料清單。 六、設(shè)計答辯與論文要求 1.畢業(yè)設(shè)計答辯要求： 答辯前三

4、天，每個學(xué)生應(yīng)按時將畢業(yè)設(shè)計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導(dǎo)老師審閱，由指導(dǎo)老師寫出審閱意見。 學(xué)生答辯時對自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論及評價。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識、設(shè)計與計算方法、實驗方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。2.設(shè)計論文要求文字要求：說明書要求打?。ǔ龍D紙外），不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理,無錯別字，不允許抄襲。 圖紙要求：按機械制圖標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范。 曲線圖標(biāo)要求

5、：所有曲線、圖表、線路圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程制圖要求繪制。 目 錄摘 要1第1章 任務(wù)與要求11.1課題概述11.2設(shè)計任務(wù)書11.3設(shè)計內(nèi)容與要求11.4參數(shù)要求2第2章 引 言32.1研究背景32.2論文設(shè)計目的32.3 論文章節(jié)安排4第3章 方案論證與設(shè)計53.1 方案論述53.2 紅外線對射模塊概述53.3 紅外反射模塊73.4 熱釋電紅外探測模塊93.5 方案確定9第4章 紅外對射的硬件電路的主體介紹104.1 TX05C原理分析104.2 電路元器件分析124.3 音樂芯片電路134.4 電容濾波電路原理144.5 NE555時基電路簡介17第5章 電

6、路調(diào)試225.1調(diào)試的設(shè)備225.2調(diào)試步驟225.3調(diào)試出現(xiàn)的問題235.4成品展示23第6章 使用說明246.1 使用方法246.2 注意事項246.3 現(xiàn)象24第7章 畢業(yè)設(shè)計心得體會（致謝）25參考文獻(xiàn)26附錄27附件一：總原理圖27附件二：元器件明細(xì)表29摘 要隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，在安防報警方面的研究也漸漸深入了。目前國內(nèi)使用各種防盜、保安報警器基本都是以超聲波、紅外發(fā)射接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。本文所介紹的報警器主要是采用對射型紅外線感應(yīng)模塊設(shè)計制作紅外反射報警器，該紅外報警器，它制作簡單、成本低、安裝比較方便、而且性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。本文介紹了一種

7、應(yīng)用TX05C對射型紅外感應(yīng)專用模塊的報警系統(tǒng)。該模塊分TX05CT與TX05CR兩個獨立的紅外發(fā)射與紅外接收模塊。兩模塊的外形尺寸相同，均為3 2mm×64mm×17mm。發(fā)射模塊內(nèi)部由電源管理器件、密碼IC、紅外調(diào)制電路和中功率紅外發(fā)射管等組成，通電后正前方透鏡小孔即向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外光線，模塊后面有發(fā)射指示燈和電源引線，電源線采用屏蔽線連接，芯線為電源正極VDD，屏蔽皮層為電源負(fù)極。接收模塊內(nèi)部設(shè)有5 V穩(wěn)壓源、紅外接收放大、解調(diào)及處理電路。模塊正前方的小孔為紅外接收窗，在內(nèi)部兩側(cè)面各設(shè)置有狀態(tài)指示燈。關(guān)鍵詞: 工作原理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Abstract In rec

8、ent years, along with reform and open policy thorough development, electronic electric appliance's swift development. People's living standard had the very big enhancement. Each kind of upscale electrical appliances product and the valuables have for many families. However some unlawful elem

9、ents are also more and more. This sees majority of person security consciousness also insufficient. Creates steals the phenomenon to be common. Therefore, more and more resident families worried to the property security problem. The alarm apparatus had been solving many problems by now for the peopl

10、e. But in the market alarm apparatus majority of use in some big company fiscal institution. The price is soaring, generally the people accept with difficulty. If redesigns and produces one kind moderately-priced, the performance keen reliable burglar alarm, will certainly plays a more effective rol

11、e in security and the guarantee property security aspect. This design has used the red unauthorized biography correlation feeling, its manufacture is simple, the cost is low, the installment is quite convenient, moreover the security performance is quite stable, antijamming ability is strong, sensit

12、ivity high, safe reliable. This paper introduces a kind of application TX05C correlation type infrared induction special module alarm system. This module points TX05C - T and TX05C - R two independent infrared emission and infrared receiving module. The appearance of two modules the same size, are 3

13、 2 mm x 64 mm × 17 mm. Emission module the internal power management devices, password IC, infrared modulation circuit and the power infrared transmitting tube etc, after electrify ahead lens holes that is outside to launch the password modulation infrared light, module back emission light and

14、power supply leads, power cord used shielded wire connection, core for positive VDD, shielding the cortex is power negative. Receiving module with internal 5 V voltage source, the infrared receiving amplification, demodulation and processing circuit. Module ahead of the opening for infrared receivin

15、g window, within two side each set have status indicator lamp. key words: working principle system structure 第1章 任務(wù)與要求1.1課題概述 紅外對射型感應(yīng)模塊分為獨立的發(fā)射模塊與接收模塊，發(fā)射模塊向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外光線，接收模塊收到有效信號時輸出控制信號。利用對射型紅外線感應(yīng)模塊，可廣泛用于各種自動檢測、自動報警和自動控制等裝置中，如門窗及各種人行通道的報警系統(tǒng)、流水線的自動控制、量值的統(tǒng)計等。本設(shè)計就是利用TX05C是一種對射型紅外感應(yīng)專用模塊而設(shè)計的一個報警防盜系統(tǒng)。1.2

16、設(shè)計任務(wù)書 1.3設(shè)計內(nèi)容與要求1） 確定設(shè)計方案，繪制電路原理圖。2） 設(shè)計印刷板電路。3） 試制本機（含外觀設(shè)計）。4） 確定本機測試方案。5） 本課題組必須制作兩組實物。6） 現(xiàn)場測試、寫出測試報告1.4參數(shù)要求 1 工作電壓：5-15V ； 2 工作電流：30mA； 3 探測距離：0.3-1m。 第2章 引 言2.1研究背景 在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測

17、人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。 (1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。 (2)為了僅僅對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泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 (3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎

18、具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 (4)一旦人侵入探測區(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，經(jīng)信號處理而報警。(5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。 被動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。 缺點： 容易受各種熱源、光源干擾 被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 易受射頻輻射的干擾。 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時

19、造成短時失靈。 抗干擾性能： 1.防小動物干擾 探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。 2.抗電磁干擾 探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。 2.2論文設(shè)計目的2.3 論文章節(jié)安排本論文大致可分為四部分：第一部分包含第一章至第二章；第二部分包含第3章，介紹紅外線模塊的三個部分，及反射型感應(yīng)模塊、對射型模塊和熱釋電紅外探測模塊；第三部分包含第四章至第六章給出我們設(shè)計的主題及利用TX50C的工作原理設(shè)計的報警器；第四部分包括第七章，是論文總結(jié)及未來相關(guān)展望。本文的內(nèi)容組織安排如下：第1章 主要寫中文摘要，還有畢業(yè)設(shè)計的課

20、題概述、任務(wù)要求及內(nèi)容、參數(shù) 要求。第2章 介紹講述論文的研究背景、論文研究目標(biāo)以及章節(jié)安排。第三章的內(nèi)容包含了總體設(shè)計分析、方案的選擇與設(shè)計、紅外線的三個模塊簡述及方案的確定。第四章主要介紹了對射型紅外線感應(yīng)模塊的原理分析、工作原理圖中的重要元器件的介紹。第五章講述了電路的調(diào)試，及出現(xiàn)的問題。第六章介紹了本組實物的使用說明。第七章講述了我做本次畢業(yè)設(shè)計的心得體會及對指導(dǎo)老師的感謝之情。第3章 方案論證與設(shè)計3.1 方案論述 紅外線模塊主要包括反射型感應(yīng)模塊、對射型感應(yīng)模塊和熱釋電紅外探測模塊等。反射型感應(yīng)模塊是一種集紅外線發(fā)射、接收功能于一體的集成組件，內(nèi)部包含了紅外線發(fā)射、接收及信號放大與

21、處理，能夠以非接觸方式探測前方一定范圍內(nèi)的阻擋物，并轉(zhuǎn)換成控制信號輸出。對射型感應(yīng)模塊分為獨立的發(fā)射模塊與接收模塊，發(fā)射模塊向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外光線，接收模塊收到有效信號時輸出控制信號。而熱釋電紅外探測模塊則不需要配置紅外線發(fā)射源，能直接接收人體或動物等物體輻射的微量紅外光線將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制信號輸出。3.2 紅外線對射模塊概述 紅外對射全名叫“主動紅外入侵探測器”(Active infrared intrusion detectors)，其基本的構(gòu)造包括發(fā)射端、接收端、光束強度指示燈、光學(xué)透鏡等。其偵測原理乃是利用經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體發(fā)射的脈沖紅外線,再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光線傳

22、至很遠(yuǎn)距離,由受光器接受。當(dāng)紅外脈沖射束被遮斷時就會發(fā)出警報。紅外線是一種不可見光，而且會擴散，投射出去之后，在起始路徑階段會形成圓錐體光束，隨著發(fā)射距離的增加，其理想強度與發(fā)射距離呈反平方衰減。當(dāng)物體越過其探測區(qū)域時，遮斷紅外射束而引發(fā)警報。傳統(tǒng)型主動紅外入侵探測器，由于只有兩光束、三光束、四光束類型，常用于室外圍墻報警。主動紅外入侵探測器要選擇合適的觸發(fā)響應(yīng)時間：響應(yīng)時間太短容易引起不必要的干擾，如小鳥飛過，落葉飄過等引發(fā)誤報警；太長則易形成漏報警。 國家標(biāo)準(zhǔn)GB10408.42000主動紅外入侵探測器規(guī)定40ms為報警觸發(fā)時間，是鑒于傳統(tǒng)型主動紅外入侵探測器通常安裝在傳統(tǒng)造型墻頭的應(yīng)用條

23、件。而針對于安裝在地面應(yīng)用條件，就必須以人員奔跑最高速度10m/s，來確定最短遮光時間。若人的寬度為20cm，則最短遮斷時間為20ms。以20ms的阻斷為觸發(fā)報警，國家標(biāo)準(zhǔn)GB10408.42000主動紅外入侵探測器規(guī)定20ms不得報警。目前，有部分廠家生產(chǎn)采用編碼調(diào)制技術(shù)，制造多光束遠(yuǎn)距離紅外線幕墻產(chǎn)品，主要應(yīng)用于現(xiàn)代造型墻頂及地面等應(yīng)用條件。 紅外對射應(yīng)用于周邊防范的優(yōu)點1、采用紅外波段的射束，人視覺不可見，具有隱蔽的防衛(wèi)方式：使入侵者在不知不覺中觸警。 2、傳統(tǒng)型主動紅外入侵探測器防范面低，易存在盲區(qū)或死角。多光束遠(yuǎn)距離紅外線幕墻產(chǎn)品不存在盲區(qū)和死角。 3、完備的防衛(wèi)能力：入侵者無法以快

24、速跳躍（能夠?qū)崿F(xiàn)20ms觸發(fā)報警的產(chǎn)品才具有此項功能）、匍伏或其它動作通過隱形紅外防衛(wèi)射束網(wǎng)的防范 范圍。 4、良好的抗干擾特性：采用阻斷所有紅外脈沖編碼射束為報警觸發(fā)條件，當(dāng)昆蟲、落葉或小動物等通過紅外防衛(wèi)射束網(wǎng)時，由于不能完全遮斷全部紅外脈沖編碼射束所以不會產(chǎn)生誤報警。 5、嚴(yán)密的防破壞能力：當(dāng)紅外接收端電源線或信號線被剪斷時，報警信號輸出電路將自動輸出無線報警信號。 6、可全天侯工作。紅外對射探測器執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB10408.42000 主動紅外入侵探測器“ 第探測距離b)室外用：主動紅外入侵探測器的最大射束距離應(yīng)是制造廠規(guī)定的探測距離的6倍以上”的規(guī)定，以抗御雨、霧、霾、強烈水蒸氣、強

25、烈陽光對于射束的衰減，抗御大風(fēng)（特別是側(cè)向大風(fēng)）吹而引起射束的偏移等不良天氣及氣象條件干擾。紅外對射的分類：雙光束紅外對射型號 規(guī)格ABT-40 雙光束室外探測距40米ABT-60 雙光束室外探測距離60米ABT-80 雙光束室外探測距離80米ABT-100 雙光束室外探測距離100米三光束紅外對射型號 規(guī)格ABE-50 三光束室外探測距離50米ABE-100 三光束室外探測距離100米ABE-150 三光束室外探測距離150米ABE-200 三光束室外探測距離200米ABE-250 三光束室外探測距離250米四光束紅外對射型號 規(guī)格ABH-50L 四光束室外探測距離50米ABH-100L 四

26、光束室外探測距離100米ABH-150L 四光束室外探測距離150米ABH-200L 四光束室外探測距離200米ABH-250L 四光束室外探測距離250米3.3 紅外反射模塊紅外線反射型檢測傳感器 反射型紅外線感應(yīng)模塊，它們可廣泛用于各種自動檢測、自動報警和自動控制等裝置中，如：行程限位器、光電計數(shù)器、接近式照明開關(guān)、自動干手器、自控水龍頭、感應(yīng)門鈴及倒車告警電路等TX05D反射型紅外線感應(yīng)模塊，實質(zhì)上是一種集紅外線發(fā)射、接收功能于一體的集成組件，內(nèi)部包含了紅外線發(fā)射、接收及信號放大與處理等全部電路，能夠以非接觸方式探測前方一定范圍內(nèi)有無阻擋物，并轉(zhuǎn)換成高電平信號輸出。模塊全部元器件均裝焊在

27、一塊印制電路板上，然后封裝在體積為46.5mm×32×17mm的塑殼內(nèi)(不包括安裝支架的尺寸)，模塊外形見圖3.1。 圖3.1在塑殼的前側(cè)面安裝有紅外發(fā)射管與紅外接收管，在旁側(cè)面有一只LED工作指示燈和一個靈敏度調(diào)節(jié)孔，LED用來指示模塊的工作狀態(tài)，平時指示燈熄滅，一旦有反射阻擋物時，指示燈發(fā)光。調(diào)節(jié)孔內(nèi)有一只微調(diào)電位器，可調(diào)節(jié)反射探測靈敏度，順時針調(diào)節(jié)可加大探測距離，逆時針調(diào)節(jié)則減小探測距離。此外模塊的探測距離還與工作電壓高低有關(guān)，電壓高探測距離遠(yuǎn)，反之則近。圖3.2是一個實用的紅外反射報警器，可用于多種場合，如高壓有電危險區(qū)域或其他禁止行人通行或接近的地方等，一旦有人靠

28、近它就發(fā)出響亮的報警聲。報警器主要由TX05D模塊ICl、NE555時基電路IC2、警燈、警鈴及電源電路等部分組成。圖3.2 電源電路主要由變壓器T降壓、二極管VD2VD5橋式整流、三端穩(wěn)壓集成電路IC3和電容C5、C6濾波組成，接通電源后，IC3輸出12V穩(wěn)定直流電壓供模塊ICl用電，時基電路IC2則直接取用整流后的15V左右的直流電壓。平時，ICl前方無物體阻擋時，模塊ICl輸出端0UT無信號輸出，三極管VT截止。時基電路IC2接成定時工作模式，因C3已充滿電荷，IC2的6腳為高電平，IC2處于復(fù)位狀態(tài)，輸出端3腳為低電平，繼電器K不動作，觸點K-1打開，警鈴與警燈均不工作，報警器處于靜止

29、守候狀態(tài)。 當(dāng)模塊ICl前方有人走近時，ICl發(fā)射的紅外線將被部分反射回來并被ICl內(nèi)紅外接收管收到，經(jīng)模塊內(nèi)部電路放大處理后，輸出端OUT突變?yōu)楦唠娖剑?jīng)R1、C1、C2平滑使VT導(dǎo)通，一方面使時基電路的觸發(fā)端2腳為低電平， IC2立即置位，輸出端3腳突變?yōu)楦唠娖?，繼電器K吸合，觸點K-1閉合，220V交流警鈴?fù)姲l(fā)聲報警，同時警燈EL發(fā)光，可照亮“請勿靠近!”等警示牌。另一方面VT導(dǎo)通使得C3所充電荷得以泄放。當(dāng)人離開后，ICl的OUT端恢復(fù)低電平，VT1截止，此時正電源就通過RP、R2向C3充電，經(jīng)t=1.1(R0+R2)×C3延遲后，時基電路IC2翻回復(fù)位態(tài)，3腳恢復(fù)低電平，

30、繼電器K釋放，警鈴?fù)Ｖ拱l(fā)聲，EL熄滅。若之后又有人靠近監(jiān)控區(qū)，電路又發(fā)聲、發(fā)光報警。 電路被觸發(fā)報警的時間長短可通過電位器RP進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同場合的需要。K可選用JZC-32F、DCl2V小型中功率電磁繼電器，其觸點容量為3 A、AC250V。警燈EL可選用40W100W白熾燈泡。警鈴應(yīng)選用交流220V供電的電鈴。其他元器件無特殊要求。3.4 熱釋電紅外探測模塊熱釋電紅外傳感器簡介: 熱釋電紅外傳感器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的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而

31、產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，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，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式

32、輸入，從而強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。3.5 方案確定 經(jīng)過課題研究組員的討論，本課題設(shè)計的是第4章 紅外對射的硬件電路的主體介紹4.1 TX05C原理分析 對射型紅外線感應(yīng)模塊，可廣泛用于各種自動檢測、自動報警和自動控制等裝置中，如門窗及各種人行通道的報警系統(tǒng)、流水線的自動控制、量值的統(tǒng)計等。 圖4.1

33、 TX05C是一種對射型紅外感應(yīng)專用模塊。該模塊分TX05CT與TX05CR兩個獨立的紅外發(fā)射與紅外接收模塊。兩模塊的外形尺寸相同，均為3 2mm×64mm×17mm。模塊的外形見圖1，發(fā)射模塊內(nèi)部由電源管理器件、密碼IC、紅外調(diào)制電路和中功率紅外發(fā)射管等組成，通電后正前方透鏡小孔即向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外光線，其內(nèi)電路框圖見圖4.1。模塊后面有發(fā)射指示燈和電源引線，電源線采用屏蔽線連接，芯線為電源正極VDD，屏蔽皮層為電源負(fù)極。接收模塊內(nèi)部設(shè)有5 V穩(wěn)壓源、紅外接收放大、解調(diào)及處理電路，內(nèi)電路框圖見圖4.2。模塊正前方的小孔為紅外接收窗，在內(nèi)部兩側(cè)面各設(shè)置有狀態(tài)指示燈。當(dāng)

34、模塊未接收到有效信號時，紅色指示燈亮；收到信號時，綠色指示燈亮。輸出線為雙芯屏蔽線，紅色芯線為電源正極線Vmm白色芯線為信號輸出端OUT，屏蔽層皮網(wǎng)為電源負(fù)端。信號輸出方式采用集電極開路輸出，輸出晶體三極管在綠色燈亮?xí)r截止，紅色燈亮?xí)r，三極管導(dǎo)通，輸出驅(qū)動能力圖4.2 于50mA，并設(shè)有續(xù)流二極管，可直接驅(qū)動繼電器。 發(fā)射模塊的發(fā)射距離與工作電壓高低有關(guān)，電壓愈高，發(fā)射距離愈遠(yuǎn)，但最高工作電壓不能超過12V，同時發(fā)射模塊的工作電源應(yīng)盡量使用穩(wěn)壓電路，以免瞬間超過12V時，燒毀內(nèi)部電路。當(dāng)作用距離足夠滿足使用的前提下，應(yīng)盡量降低發(fā)射模塊的工作電壓，一是有效降低功耗，二是減少內(nèi)部47 W限流電阻的

35、發(fā)熱量。圖4.3是一個采用TX05C對射型紅外線感應(yīng)模塊設(shè)計制作的辦公樓走廊自動燈電路，當(dāng)有人穿越走廊時，照明燈EL便會自動點亮1min左右。它主要由電源電路、對射型紅外模塊ICl與IC2、NE555時基電路IC3和IC式固態(tài)繼電器SSR等部分組成。 圖4.3電源電路由變壓器T、二極管VDlVD6、三端穩(wěn)壓集成塊IC4及電容C3C7等組成，電路通電后可輸出9V穩(wěn)定的直流電壓供接收模塊IC2、時基電路IC3等器件用電。VD5、VD6起降壓作用，目的是減小發(fā)射模塊的供電電壓，以降低發(fā)射模塊的功耗。 當(dāng)無人經(jīng)過走廊區(qū)域時，IC2接收到ICl發(fā)射的紅外光線，模塊內(nèi)部的輸出三極管截止，輸出端OUT輸出高

36、電平。NE555時基電路IC3接成典型的單穩(wěn)態(tài)工作模式，此時電路處于復(fù)位狀態(tài)，3腳無輸出，固態(tài)繼電器SSR內(nèi)藏發(fā)光管不亮，SSR第8與10腳間開路，燈EL不亮。 當(dāng)有人經(jīng)過走廊區(qū)域時，就會阻擋ICl發(fā)出的紅外光線，只要IC2一旦沒有收到紅外指令，OUT端內(nèi)部三極管導(dǎo)通，即IC3的觸發(fā)端2腳受到低電平觸發(fā)，單穩(wěn)態(tài)電路立即翻轉(zhuǎn)進(jìn)入暫態(tài)，3腳輸出高電平，SSR內(nèi)藏發(fā)光管發(fā)光，內(nèi)部光控晶閘管開通，燈EL點亮發(fā)光。約經(jīng)t =1.1R2·C1 1min后，暫態(tài)結(jié)束，電路回復(fù)到原來的靜止?fàn)顟B(tài)，燈EL熄滅。如嫌燈亮?xí)r間不合適可以增減R2或C1的數(shù)值調(diào)整之。SSR可選用IC式TAC018型固態(tài)繼電器，

37、它可以直接插焊在印制電路板上，電流容量為lA，可滿足一般照明燈具等電器的工作需要。在安裝時，發(fā)射模塊與接收模塊固定必須牢固，且模塊的發(fā)射窗與接收窗必須保持在同一軸線上，否則電路不能正常可靠工作。 4.2 電路元器件分析固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（Solid State Relay,縮寫SSR），是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關(guān)。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負(fù)載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號，達(dá)到直接驅(qū)動大電流負(fù)載。組成固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路。 （1）、輸入電路按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交

38、直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能，可以方便的與TTL,MOS邏輯電路連接。對于控制電壓固定的控制信號，采用阻性輸入電路。控制電流保證在大于5mA。對于大的變化范圍的控制信號（如332V）則采用恒流電路，保證在整個電壓變化范圍內(nèi)電流在大于5mA可靠工作。 （2）、隔離（耦合）固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種：光電耦合通常使用光電二極管光電三極管，光電二極管雙向光控可控硅，光伏電池，實現(xiàn)控制側(cè)與負(fù)載側(cè)隔離控制；高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號產(chǎn)生的自激高頻信號經(jīng)耦合到次級，經(jīng)檢波整流，邏輯電路處理形成驅(qū)動

39、信號。 （3）、輸出電路SSR的功率開關(guān)直接接入電源與負(fù)載端，實現(xiàn)對負(fù)載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管（開關(guān)管-Transistor），單向可控硅（Thyristor或SCR），雙向可控硅（Triac），功率場效應(yīng)管（MOSFET），絕緣柵型雙極晶體管（IGBT）。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。按負(fù)載類型，可分為直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼電器。直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管，交流輸出時通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅。而交流固態(tài)繼電器又可分為單相交流固態(tài)繼電器和三相交流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器，按導(dǎo)通與關(guān)斷的時機，可分為

40、隨機型交流固態(tài)繼電器和過零型交流固態(tài)繼電器。4.3 音樂芯片電路 簡單的音樂電路由KD9300芯片、三極管9013、電阻、3V直流電源以及開關(guān)即可實現(xiàn)聲音功能。 工作原理 圖4.4聲光音樂電路如上圖4.4所示，它的核心元件是一片有ROM記憶功能的音樂集成電路A。ROM是英文縮寫詞，中文意思是“只讀存儲器”，也就是說存儲器內(nèi)容已經(jīng)固定，只能把內(nèi)容“讀”出來。音樂集成電路A內(nèi)儲什么曲子，完全由ROM的內(nèi)容決定。音樂集成電路A實際上是一種大規(guī)模CMOS（互補對稱金屬氧化物半導(dǎo)體集成電路的英文縮寫）電路，它內(nèi)部線路很復(fù)雜，這里不作專門介紹，讀者只要弄清楚它的外接引腳功能及用法就可以了。在圖4.4中，V

41、DD和Vss分別是音樂集成電路A的外接電源正、負(fù)極引腳。OSC1、OSC2是音樂集成電路A的內(nèi)部振蕩器外接振蕩電阻器引腳，個別需外接RC振蕩元件，此時外接的電阻器或電容器便可作為樂曲演奏速度及音調(diào)調(diào)整元件。也有的音樂集成電路A將振蕩元件全部集成在芯片內(nèi)部，不需要外接元器件，這時振蕩頻率就無法外調(diào)節(jié)。TG是音樂集成電路A的觸發(fā)端，一般采用高電平（直接與VDD相連）或正脈沖（通過按鈕開關(guān)SB接VDD）觸發(fā)均可。OUT是音樂集成電路A的樂曲信號輸出端。 一般的聲光音樂電路的工作過程如下：每按動一下按鈕開關(guān)SB，音樂集成電路A的觸發(fā)端TG便獲得正脈沖觸發(fā)信號，音樂集成電路A工作，其輸出端OUT輸出一遍

42、內(nèi)儲的音樂電信號，經(jīng)三極管VT功率放大后，驅(qū)動揚聲器B發(fā)出優(yōu)美動聽的樂曲聲；與此同時，并接在B兩端的發(fā)光二極管VD也會隨樂曲節(jié)奏閃閃發(fā)光。電路中，C是交流旁路電容器，它的作用是防止音樂集成電路A受雜波感應(yīng)誤觸發(fā)。因為音樂集成電路A的TG腳輸入阻抗很高，當(dāng)按鈕開關(guān)SB的引線較長時，特別是引線與室內(nèi)220V交流電源線靠得較近時，每開關(guān)一次電燈或家用電器就會造成集成電路誤觸發(fā)，使門鈴自鳴一次。有了電容器C就能有效消除這種外干擾，使門鈴穩(wěn)定、可靠地工作。實際中，C也可用一只300510的1/8W碳膜電阻器來代替；也可將C直接跨接在音樂集成電路A的VDD與TG引腳（接SB的位置）之間。4.4 電容濾波電

43、路原理濾波電容的作用簡單講是使濾波后輸出的電壓為穩(wěn)定的直流電壓，其工作原理是整流電壓高于電容電壓時電容充電，當(dāng)整流電壓低于電容電壓時電容放電，在充放電的過程中，使輸出電壓基本穩(wěn)定。 濾波電容容量大，因此一般采用電解電容，在接線時要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時，二極管D1和D3管導(dǎo)通，D2和D4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對電容C充電。當(dāng)uC>u2，導(dǎo)致D1和D3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。圖4.5為單相橋式整流電容濾波波形分析圖。 當(dāng)u2為

44、負(fù)半周幅值變化到恰好大于uC時，D2和D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對C充電，uC上升到u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時D2和D4變?yōu)榻刂?，C對RL放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時D1和D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。圖4.5RL、C對充放電的影響 電容充電時間常數(shù)為rDC，因為二極管的rD很小，所以充電時間常數(shù)小，充電速度快；RLC為放電時間常數(shù)，因為RL較大，放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時間常數(shù)。電容C愈大，負(fù)載電阻RL愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大. 工作原理它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點

45、開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。 交流固態(tài)繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型（簡稱過零型）和隨機導(dǎo)通型（簡稱隨機型）按輸出開關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強型）按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）另外輸入端又有寬范圍輸入（DC332V）的恒流源型和串電阻限流型等。SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式，可分為零壓型（Z）和調(diào)相型（P）兩種。在輸入端施加合適的控制信號IN時，P型SSR立即

46、導(dǎo)通。當(dāng)IN撤銷后，負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時（交流換向），SSR關(guān)斷。Z型SSR內(nèi)部包括過零檢測電路，在施加輸入信號IN時，只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到過零區(qū)時，SSR才能導(dǎo)通，并有可能造成電源半個周期的最大延時。Z型SSR關(guān)斷條件同P型，但由于負(fù)載工作電流近似正弦波，高次諧波干擾小，所以應(yīng)用廣泛。北京靈通電子公司的SSR由于采用輸出器件不同，有普通型（S，采用雙向可控硅元件）和增強型（HS，采用單向可控硅元件）之分。當(dāng)加有感性負(fù)載時，在輸入信號截止t1之前，雙向可控硅導(dǎo)通，電流滯后電源電壓90O（純感時）。t1時刻，輸入控制信號撤銷，雙向可控硅在小于維持電流時關(guān)斷（t2），可控硅將承受電壓

47、上升率dv/dt很高的反向電壓。這個電壓將通過雙向可控硅內(nèi)部的結(jié)電容，正反饋到柵極。如果超過雙向可控硅換向dv/dt指標(biāo)（典型值10V/ s，將引起 換向恢復(fù)時間長甚至失敗。單向可控硅（增強型SSR）由于處在單極性工作狀態(tài)，此時只受靜態(tài)電壓上升率所限制（典型值200V/s），因此 增強型固態(tài)繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標(biāo)提高了520倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯(lián)，改變了電流分配和導(dǎo)熱條件，提高了SSR輸出功率。增強型SSR在大功率應(yīng)用場合，無論是感性負(fù)載還是阻性負(fù)載，耐電壓、耐電流沖擊及產(chǎn)品的可靠性，均超過普通固態(tài)繼電器。主要參數(shù)1）工作電壓 12V3） 2）工作電流

48、 工作溫度 -20+854）發(fā)射接收偏差角度 <10 5）波長 1310納米6）發(fā)射距離 5m4.5 NE555時基電路簡介圖4.6 NE555實物圖簡介：NE555(Timer IC)是一種將模擬功能和邏輯功能結(jié)合在同一塊芯片上的集成電路，8腳封裝。最初由美國SIGNETICS公司在1972推出投放市場,很快得到廣泛應(yīng)用也因為應(yīng)用廣泛，許多其它公司也推出了功能一樣的類似型號。此芯片內(nèi)使用了3個精度較高的5K分壓電阻，型號由此而得名。NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是兼容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也

49、不大相同；而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。 圖4.7引腳圖 圖4.8方框圖NE555是雙極性器件的集成電路，內(nèi)含2個555電路的型號為NE556，為14腳。另有CMOS工藝的7555和7556。NE555電壓使用范圍為4.5V - 18V.7555則為3V - 15V。它的主要特點是： 1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。的其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。2.它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路高、低電平匹配

50、。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。555定時器應(yīng)用（1）555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器NE555的引腳位配置：Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。Pin 2（觸發(fā)點）-這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3VCC，下緣須低于1/3VCC。Pin 3（輸出）-當(dāng)時間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到0伏左右低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200mA。Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器

51、和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏

52、特(最大值)。圖4.11 NE555 第5章 電路調(diào)試正確的調(diào)試系統(tǒng)才能使各模塊電路正常工作，實現(xiàn)高穩(wěn)定性的顯示。5.1調(diào)試的設(shè)備變壓器220V/12V一個數(shù)字萬用表一臺紅外對射探頭一套一臺一塊5.2調(diào)試步驟1） 首先對電源部分進(jìn)行調(diào)試。先將整流、濾波部分元件焊上，然后接上電源變壓器，用交流檔測變壓器輸出電壓為12.7V，再用直流檔測整流濾波后的電壓為直流12V左右，正常，接上三端穩(wěn)壓后再測其輸出電壓，為穩(wěn)定的5.04V，這些數(shù)據(jù)說明電源部全全部工作正常；2） 發(fā)射部分的調(diào)試。接通發(fā)射部分的電源，用萬用表測量VT7腳的基極電壓，為-0.4V，這說明電路已起振，工作正常。3） 紅外接收部分的調(diào)試

53、。將紅外發(fā)射部分與接收部分對齊，測量VT2基極電壓，當(dāng)用物體擋住紅外線時，應(yīng)看到電壓有明顯的變化，這個變化的電壓信號經(jīng)VT2、VT1兩極放大后，在VT1的集電極能輸出幅度較大的變化信號，測量CD4011的8腳電壓，為0.4V，然后用手擋住紅外線，這時電壓變?yōu)?.8V，這說明紅外部分電路工作正常。4） 報警電路的調(diào)試。用一導(dǎo)線將VT3的發(fā)射極與集電極短接，這時聽到了響亮的110警車報警聲。5） 組裝與報警輸出使用。5.3調(diào)試出現(xiàn)的問題1）繼電器不動作原因：多方檢查后，發(fā)現(xiàn)電路并沒什么問題，555芯片2管腳為高電平，符合時基電路的特性。最后確認(rèn)為是對射探頭的型號問題。應(yīng)對措施：考慮到如果再去買一個探頭的話會造成現(xiàn)在這對探頭浪費，于是采用添加一個7805穩(wěn)壓集成管和一個非門芯片。因為555時基電路原理是要給二端腳一個低電平觸發(fā)，而接收探頭的信號輸出端輸出信號正好與電路要實現(xiàn)的功能相反，而加一個非門就可以轉(zhuǎn)換過來。5.4成品展示第6章 使用說明6.1 使用方法、 將電源插頭插入220V交流市電插座，電源指示燈亮。、 將發(fā)射器與接收器的紅外線發(fā)射與接收管對齊；、 確認(rèn)發(fā)射管與接收管對齊后，若還在報警，可按下復(fù)位鍵，此時報警停止，系統(tǒng)進(jìn)入守候狀態(tài)；、 當(dāng)用手在紅外