熱釋電傳感器課程設(shè)計報告

熱釋電傳感器課程設(shè)計PAGEPAGE9熱釋電傳感器《課程設(shè)計報告》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)計背景隨著社會的進步，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)運而生。由于紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，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、報警、安全、自動控制等方面，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)計總體背景被設(shè)計為防盜報警系統(tǒng)電路。利用熱釋電紅外傳感器探測人體紅外變化，配以相關(guān)的信號處理電路，達到自動報警的目的。2.設(shè)計方案（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意人體移動人體移動菲涅爾透鏡傳感器放大濾波電壓比較器信號延時驅(qū)動電路報警電路基準(zhǔn)電壓開關(guān)延時（2）結(jié)構(gòu)簡述當(dāng)有人體進入傳感器探測區(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行處理后才可使用?？梢愿鶕?jù)需要報警的外部危險程度來確定一個電壓比較范圍，用以判決報警與否。此報警信號送入報警驅(qū)動電路用以驅(qū)動報警模塊，進行報警工作。設(shè)計中，在信號延時的地方設(shè)置一個開關(guān)延時電路，目的是為了防止工作人員在打開報警器電路時由于自身移動所造成的錯誤報警。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（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低電平。此基準(zhǔn)電壓是根據(jù)設(shè)定的報警門限所確定的可調(diào)值，也可以認(rèn)為是調(diào)節(jié)報警器的靈敏性。當(dāng)沒有信號輸入時，比較器維持一個高電平輸出。C.信號延時&開關(guān)延時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，前端NE555將會輸出一個延時高電平脈沖，延時時間約為1.1RC=11秒。后端芯片為NE555組成的開關(guān)延時電路，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大，因而其負(fù)極端的電位由高電位逐漸降低，最后充電完成，電位達到接近0，同樣，充電時間約為11秒。在此11秒時間內(nèi)，2引腳作為后端NE555的輸入腳，一直接受一個減小的高電位，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4,8引腳，即供電端和使能端，二極管的加入是為了使輸出更穩(wěn)定。因此，在起初的11秒時間內(nèi)，前端555沒有進入工作狀態(tài)，故而無任何輸出。待11秒延時完成后，后端555的2腳跳變?yōu)榈碗娖?，才輸出一個穩(wěn)定的高電平送入前端555的4,8腳，前端555進入正常工作狀態(tài)，等待前置電路的信號輸入。這樣，電路就起到了開關(guān)延時的作用，避免了錯誤報警。D.報警電路由信號延時電路3腳輸出的延時高電平信號送入報警電路，打通9013NPN型三極管PN結(jié)，LED燈和蜂鳴器正負(fù)兩端產(chǎn)生電壓差，開始報警。而在沒有信號到來時，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，因而不會工作。4.設(shè)計和調(diào)試中的問題（1）放大器芯片選擇起初設(shè)計時使用的是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。LM324LM358（2）放大器反饋電阻在使用同相放大電路時，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。（3）電壓比較門限電壓比較器作為判決報警與否的重要環(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)定的時候，沒有考慮這個問題，基準(zhǔn)電壓設(shè)定過低，導(dǎo)致電路經(jīng)常會自己報警。后來經(jīng)過測試各點電壓信號，發(fā)現(xiàn)了這個問題。于是將基準(zhǔn)電壓調(diào)高后，此問題得到了解決。（4）放大和濾波的先后問題先放大還是先濾波，這個問題開始沒有在意，于是設(shè)計的是濾波再放大。后來在老師的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了電路設(shè)計中的這個錯誤，改用先放大再濾波的結(jié)構(gòu)。因為RC濾波電路在濾波的同時，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，很難進行放大作用。（5）電阻大小與耗電起初電路設(shè)計中，個別電阻值取地比較小，導(dǎo)致導(dǎo)線裸露部分發(fā)熱，而且電池消耗也比較大。為了解決這個問題，采用了大電阻，把小的電阻換掉。換掉之后，上述問題得以解決。5.測試情況描述及分析6.成本制作所用的元件來源分兩部分，網(wǎng)購的元件、到電子市場購買的元件以及已有元件。1.網(wǎng)購部分名稱數(shù)量/個金額/元總運費：34元KD9561-IC22.40.01uf電容12060.1uf電容24012100M電阻44總費用：60元S9013三極管60.4814腳IC插座81.28腳IC插座40