課程設(shè)計(jì)報(bào)告人體遙感燈光門鈴

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：人體遙感燈光/門鈴指導(dǎo)老師：彭朝勇組別：第三小組組長/副組長：曾敏/李冉成員人數(shù)：9人2012年5月1.設(shè)計(jì)背景隨著社會的進(jìn)步，人們對家居生活安全性的要求也越來越高，各種防盜探測器應(yīng)運(yùn)而生。由于紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因而在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和新型材料的發(fā)展，熱釋電紅外探測器的防誤報(bào)能力、控制范圍與可靠性都有了很大程度的提高，可以滿足多數(shù)環(huán)境下的使用要求，因此，在防盜、報(bào)警、安全、自動(dòng)控制等方面，熱釋電紅外傳感器比其他類型的傳感器應(yīng)用更為廣泛。 本次設(shè)計(jì)總體背景被設(shè)計(jì)為防盜報(bào)警系統(tǒng)電路。利用熱釋電紅外傳感器探測人

2、體移動(dòng)產(chǎn)生的紅外變化，配以相關(guān)的信號處理電路，達(dá)到自動(dòng)報(bào)警的目的。2.設(shè)計(jì)方案（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意人體移動(dòng)菲涅爾透鏡傳感器放大濾波電壓比較器信號延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警電路基準(zhǔn)電壓開關(guān)延時(shí)（2）結(jié)構(gòu)簡述 當(dāng)有人體進(jìn)入傳感器探測區(qū)域，人體發(fā)出的紅外線經(jīng)由菲涅爾透鏡吸收后，送入熱釋電紅外傳感器。傳感器根據(jù)人體遠(yuǎn)近以及移動(dòng)快慢輸出不同的電信號。此電信號比較微弱，并且雜波較多，需要經(jīng)過一定的放大濾波電路進(jìn)行處理后才可使用。可以根據(jù)需要報(bào)警的外部危險(xiǎn)程度來確定一個(gè)電壓比較范圍，用以判決報(bào)警與否。此報(bào)警信號送入報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路用以驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊，進(jìn)行報(bào)警工作。設(shè)計(jì)中，在信號延時(shí)的地方設(shè)置一個(gè)開關(guān)延時(shí)電路，目的是為了防止工

3、作人員在打開報(bào)警器電路時(shí)由于自身移動(dòng)所造成的錯(cuò)誤報(bào)警。這里也充分體現(xiàn)出了人性化的思想。3.電路原理圖設(shè)計(jì)（1）原理圖示意（2）原理圖簡述 A. 前置放大濾波電路由于熱釋電紅外傳感器的輸出信號十分微弱，因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的前置放大電路就顯的尤為重要。此部分電路的核心為三片LM358運(yùn)算放大器，采用級聯(lián)方式提高放大倍數(shù)。一級放大約9倍，二級放大約100倍，三級放大約80倍。在三片放大器之間穿插兩個(gè)濾波電路。采用低通和高通串聯(lián)的RC電路，有一定的信號衰減作用，中心頻率約為1HZ。（附：濾波電路仿真效果圖）B.電壓比較電路此部分電路采用最為簡單的單向運(yùn)放電壓比較器。由前置放大電路產(chǎn)生的電壓信號送入比較器

4、的負(fù)相輸入端，當(dāng)信號足夠大，超過基準(zhǔn)電壓值則會輸出一個(gè)低電平。此基準(zhǔn)電壓是根據(jù)設(shè)定的報(bào)警門限所確定的可調(diào)值，也可以認(rèn)為是調(diào)節(jié)報(bào)警器的靈敏性。當(dāng)沒有信號輸入時(shí)，比較器維持一個(gè)高電平輸出。C.信號延時(shí)&開關(guān)延時(shí)電路此模塊電路采用NE555芯片構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器。前端芯片，由電壓比較器輸出的低電平信號到來時(shí)，前端NE555將會輸出一個(gè)延時(shí)高電平脈沖，延時(shí)時(shí)間約為1.1RC=11秒。后端芯片為NE555組成的開關(guān)延時(shí)電路，下面簡述其原理。接入電源后，與2，6引腳連接的RC開始進(jìn)行充電工作。電容采用10uF極性電容，正極接Vcc，負(fù)極接1M電阻后接地。充電過程中，電容兩端電壓差不斷擴(kuò)大，因而其負(fù)極端

5、的電位由高電位逐漸降低，最后充電完成，電位達(dá)到接近0，同樣，充電時(shí)間約為11秒。在此11秒時(shí)間內(nèi)，2引腳作為后端NE555的輸入腳，一直接受一個(gè)減小的高電位，因而此555輸出一直維持低電平。注意到，后端輸出腳3接入到前端555的4引腳，即清零端。因此，在起初的11秒時(shí)間內(nèi)，前端555沒有進(jìn)入工作狀態(tài)，故而無任何輸出。待11秒延時(shí)完成后，后端555的2腳跳變?yōu)榈碗娖剑泡敵鲆粋€(gè)穩(wěn)定的高電平送入前端555的4腳，前端555進(jìn)入正常工作狀態(tài)，等待前置電路的信號輸入。這樣，電路就起到了開關(guān)延時(shí)的作用，避免了錯(cuò)誤報(bào)警。D.報(bào)警電路由信號延時(shí)電路3腳輸出的延時(shí)高電平信號送入報(bào)警電路，打通9013NPN型三

6、極管PN結(jié)，LED燈和蜂鳴器正負(fù)兩端產(chǎn)生電壓差，開始報(bào)警。而在沒有信號到來時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，LED燈和蜂鳴器一端接Vcc，另一端相當(dāng)于未接入電路，因而報(bào)警器不會工作。4.設(shè)計(jì)和調(diào)試中的問題（1）放大器芯片選擇 起初設(shè)計(jì)時(shí)使用的是LM324放大芯片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放大情況比較糟糕。后來通過查閱相關(guān)技術(shù)資料，得知LM324為正負(fù)雙電源供電芯片，若是單電源，則需要將運(yùn)放正輸入端偏置在1/2Vcc。因此，我們換了放大器芯片的選擇，改用可單電源供電的LM358芯片。改變之后，發(fā)現(xiàn)放大效果相當(dāng)好，于是就確定了放大器芯片的選擇問題。 LM324 LM358（2）放大和濾波的先后問題 先放大還是先濾波，這個(gè)問

7、題開始沒有在意，于是設(shè)計(jì)的是濾波再放大。后來在老師的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)中的這個(gè)錯(cuò)誤，改用先放大再濾波的結(jié)構(gòu)。因?yàn)镽C濾波電路在濾波的同時(shí)，也會對信號產(chǎn)生一定衰減，如何不先放大，那么信號被衰減得很小之后，很難進(jìn)行放大作用。 （3）放大器反饋電阻 在使用同相放大電路時(shí)，剛開始我們接入的反饋電阻比較小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放大效果不佳，無法達(dá)到信號放大目的。后來改用較大的電阻，用千歐姆級以上甚至兆歐姆級的電阻后，放大效果得到了明顯的改觀。經(jīng)過查閱資料，也顯示了這一改動(dòng)的正確性。比如用同相放大電路將信號放大100倍，另可使用10K電阻配以1M電阻，而不用10K電阻和0.1K電阻。 （4）信號放大倍數(shù) 運(yùn)算放大

8、器的放大輸出是有上限的，即約小于供電電壓。因而放大倍數(shù)不宜過大，否則放大輸出超過上限之后，信號的動(dòng)態(tài)范圍將被截止，失去傳感信號的功能。靜態(tài)時(shí)的放大信號應(yīng)當(dāng)被控制在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，所以放大倍數(shù)應(yīng)當(dāng)充分考慮到使靜態(tài)輸出信號較小。（5）電壓比較門限 電壓比較器作為判決報(bào)警與否的重要環(huán)節(jié)，其基準(zhǔn)電壓的設(shè)定尤為重要。由于D204B熱釋電紅外傳感器比較靈敏，其輸出電壓不會一直穩(wěn)定不變，而會在一定小的范圍內(nèi)來回跳變，因此放大輸出電壓也會跟著跳變。起初設(shè)定的時(shí)候，沒有考慮這個(gè)問題，基準(zhǔn)電壓設(shè)定過低，導(dǎo)致電路經(jīng)常會自己報(bào)警。后來經(jīng)過測試各點(diǎn)電壓信號，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題。于是將基準(zhǔn)電壓調(diào)高后，此問題得到了解決。5.測

9、試情況描述及分析報(bào)警電路開關(guān)延時(shí)電路信號延時(shí)電路前置放大濾波電路電壓比較電路傳感模塊1.線路情況：各點(diǎn)信號全部通達(dá)。2.信號穩(wěn)定情況：各點(diǎn)信號相對穩(wěn)定，只是各級放大輸出信號有較小波動(dòng)。3.探測距離情況：未加菲涅爾透鏡時(shí)，最遠(yuǎn)可達(dá)約100cm左右。4.主要信號點(diǎn)測試數(shù)據(jù)情況：input/VOutput/VminmaxminMax一級放大0.738206.86.97二級放大0.0170.0551.024.98三級放大-0.2770.5230.0113.28可以看到，輸出信號的區(qū)分度逐級變大，便于報(bào)警判決。6.成本制作所用的元件來源分為三部分，網(wǎng)購元件、市場購買的元件以及已有元件。1.網(wǎng)購部分名稱數(shù)

10、量/個(gè)金額/元運(yùn)費(fèi)：34元KD9561-IC22.40.01uf電容12060.1uf電容24012100M電阻44總費(fèi)用：60元S9013三極管60.4814腳IC插座81.28腳IC插座40.322.電子市場購買部分名稱數(shù)量/個(gè)金額/元總費(fèi)用/元9V電池31228菲涅爾透鏡18LM35877OP0778.4排針52.5單芯線（粗）1m23.已有元件 已有元件全部為各個(gè)阻值的電阻，不計(jì)入成本。 經(jīng)統(tǒng)計(jì)，總成本費(fèi)用為88元。7.感想體會1.理論與實(shí)踐有一定差別，要靈活對待。不可完全依賴?yán)碚摚嗖豢蓲仐壚碚摗?.要有鍥而不舍、堅(jiān)持到底的科學(xué)精神（態(tài)度）。3.合作溝通、團(tuán)隊(duì)意識比較缺乏，有待加強(qiáng)。8.小組成員貢獻(xiàn)及個(gè)人評分姓名貢獻(xiàn)評分姓名貢獻(xiàn)評分陳力立搭建電路3李冉搭建電路、焊接、購買