紅外線傳感器-畢業(yè)論文

./工程高等職業(yè)學(xué)校五年制高職畢業(yè)設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：系部：電子工程系專業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)題目：紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：職稱：講師2015年3月南京.摘要隨著現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展,時(shí)代進(jìn)步,高新技術(shù)的快速融入,人們的生活發(fā)生了巨大的改變,人們置購了大量高新技術(shù)的產(chǎn)品,許多高科技產(chǎn)品的使用越來越成為家庭生活的主旋律,因此人們對自己所處環(huán)境的安全要求就越來越高,特別是家居安全,不得不時(shí)刻留意不速之客的光顧。現(xiàn)在許多小區(qū)都有著保安看管,但在一些農(nóng)村就沒有這些設(shè)施了,于是,許多家庭都安裝了報(bào)警系統(tǒng),這有效的保護(hù)了大家的財(cái)產(chǎn)安全。在本文中,介紹一種利用熱釋電紅外傳感器進(jìn)行監(jiān)控,并進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該報(bào)警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測電路,報(bào)警電路組成。熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件,它可把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用。檢測電路主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較,從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。關(guān)鍵詞：紅外線；感應(yīng)器；電壓比較器；放大電路；熱釋電報(bào)警器AbstractWiththedevelopmentofmodernsociety,theprogressofthetimes,therapidintegrationintothehigh-tech,tremendouschangeshavetakenplaceinpeople'slife,peopleforthepurchaseofalargenumberofhigh-techproducts,theuseofmanyhigh-techproductsincreasinglybecomethemainthemeoffamilylife,sopeopleonthesafetyrequirementsoftheirenvironmentismoreandmorehigh,especiallyisHomeFurnishingsecurity,hadtobeconstantlypayattentiontothecasualvisitortopatronize.Nowmanyareashaveasecurityguard,butinsomeruralareaswithoutthesefacilities,so,manyfamilieshaveinstalledanalarmsystem,theeffectiveprotectionofallpropertysafety.Inthispaper,introducesamonitoringusingpyroelectricinfraredsensor,designandalarmsystem.Thealarmismainlycomposedofapyroelectricinfraredsensoranditsdetectioncircuit,alarmcircuit.Pyroelectricinfraredsensoristhekeydeviceforalarmdesign,itcanconvertinfraredsignalofhumanbodytotheelectricsignalforthesignalprocessingpartoftheuseof.Thedetectioncircuitismainlytoweakelectricalsignalsensoroutputamplification,filtering,delay,comparison,soastoachievethealarmfunction.Keywords:Infraredsensor；voltagecomparator；amplifiercircuit；theheatreleasealarm目錄1.緒論11.1、設(shè)計(jì)背景11.2、設(shè)計(jì)概述12.設(shè)計(jì)思路23.熱釋電傳感器概述33.1、熱釋電紅外傳感器33.1.1、熱釋電紅外傳感器優(yōu)缺點(diǎn)43.1.2、熱釋電紅外傳感器抗干擾能力43.1.3、菲涅爾透鏡43.1.4、BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器43.2、信號(hào)放大電路的概述53.2.1、信號(hào)放大電路的分析63.2.2、集成運(yùn)放的概述63.2.3、集成運(yùn)放的特點(diǎn)63.2.4、集成運(yùn)放的傳輸特性73.2.5、芯片介紹73.3、電壓比較器的概述93.4音響報(bào)警電路103.5、開機(jī)延時(shí)電路113.6、12V電源電路114.系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)125.仿真調(diào)試155.1、multisim介紹155.2、仿真電壓和波形155.3、仿真結(jié)果分析226.總結(jié)與展望23致24參考文獻(xiàn)25附錄1：元件清單26附錄2：電路仿真圖27.1緒論1.1設(shè)計(jì)背景隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步,人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不時(shí)刻留意那些不速之客。這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國的傳感元件——熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào),同時(shí),它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置,也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比,具有如下特點(diǎn)：1.不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源；2.靈敏度高、控制圍大；3.隱蔽性好,可流動(dòng)安裝。1.2設(shè)計(jì)概述隨著電子技術(shù)的發(fā)展,人類不斷研究,不斷創(chuàng)新紀(jì)錄,人們自身的安防意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)。紅外線具有隱蔽性,在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能增加防護(hù)圍。該報(bào)警器能探測人體發(fā)出的紅外線,當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域,即可發(fā)出報(bào)警聲,適用于家庭、辦公室、倉庫、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場合防盜報(bào)警。本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師給定課題的基礎(chǔ)上經(jīng)過分析利用熱釋電紅外線傳感器探測人體輻射出的紅外線信號(hào)原理設(shè)計(jì)出來的人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器。容廣泛,靈活應(yīng)用。2設(shè)計(jì)思路熱釋紅外傳感系統(tǒng)由傳感器、光學(xué)系統(tǒng)和檢測電路三部分構(gòu)成,其中傳感器由敏感元〔紅外熱釋電材料PZT制成、場效應(yīng)管〔作阻抗變換、高阻Rg〔釋放柵極電荷使場效應(yīng)管安全正常工作和濾光片〔有效地防止抑制電燈、太的干擾,選取人體的紅外輻射等組成；熱釋電傳感器前面安裝菲涅爾透鏡,使外來紅外輻射通過透鏡僅會(huì)聚光于一個(gè)傳感元上,產(chǎn)生的信號(hào)不會(huì)被抵消,增加傳感器的探測距離；在探測圍,傳感器的輸出信號(hào)頻率大約為0.1—10Hz,檢測電路由檢測、放大、比較電路、延時(shí)電路驅(qū)動(dòng)電路等組成。最終將信號(hào)轉(zhuǎn)化為發(fā)光二極管亮的光信號(hào)或蜂鳴器響的聲信號(hào)。圖2-1熱釋電紅外傳感器部結(jié)構(gòu)圖2-2傳感器部結(jié)構(gòu)連接圖利用模擬電子電路構(gòu)成被動(dòng)紅外線感應(yīng)報(bào)警器。系統(tǒng)主要有紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、開機(jī)延時(shí)、音響報(bào)警延時(shí)和12V電源電路組成。紅外線紅外線傳感器信號(hào)放大延時(shí)電路音響報(bào)警電壓比較開機(jī)延時(shí)電源電路圖2-3人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器組成框圖3熱釋電傳感器概述3.1熱釋電紅外線傳感器的概述主要是由一種高熱電系數(shù)的材料,如鋯鈦酸鉛系瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個(gè)探測器裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件,并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián),以抑制由于自身溫度升高而產(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(hào),經(jīng)裝在探頭的場效應(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(gè)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(hào)放大70分貝以上,這樣就可以測出10~20米圍人的行動(dòng)。熱釋電紅外傳感器多用于檢測物體發(fā)射的紅外線,其檢測區(qū)呈球形,視角70度左右。熱釋電紅外傳感器自身的接收靈敏度較低,一般檢測距離僅2cm左右,但熱釋電外傳感器表面罩一塊菲涅爾透鏡后,可以提高傳感器的靈敏度,擴(kuò)大監(jiān)視圍,檢測距離可以由原來的2cm增加到10cm。在防盜報(bào)警系統(tǒng)中所采用的熱釋電傳感器為雙元型紅外傳感器,雙元型紅外傳感器由兩個(gè)極性相反的熱釋電元件反向串聯(lián)。當(dāng)移動(dòng)物體發(fā)射的紅外線進(jìn)入透鏡的監(jiān)視圍時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交替"盲區(qū)"和"高敏感區(qū)",使傳感器的兩個(gè)反向串聯(lián)的熱釋電元件的溫度,使它輸出一串脈沖信號(hào)。若物體靜止不動(dòng)地站在熱釋電元件前,極性相反的敏感元件產(chǎn)生的熱釋電信號(hào)將相互抵消,它會(huì)無輸出,這樣也可以有效地防止因太等紅外線及環(huán)境溫度變化而引起的誤差,提高熱釋電紅外傳感器的抗干擾性能。熱釋電紅外感應(yīng)系統(tǒng)在防盜報(bào)警、自動(dòng)門、自動(dòng)消防水龍頭、電梯、照明控制等領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。3.1.1熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射器件功耗很小,隱蔽性好價(jià)格低廉2.缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾被動(dòng)紅外穿透力差,人體的紅外輻射容易被遮擋,不易被探頭接收環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí),探測和靈敏度明顯下降,有時(shí)造成短時(shí)失靈3.1.2熱釋電紅外線傳感器的抗干擾能力1防小動(dòng)物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度,對探測圍地面上地小動(dòng)物,一般不產(chǎn)生報(bào)警。2抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。3抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的圍,受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射,不產(chǎn)生報(bào)警。3.1.3菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡<Fresnellens>多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片,也有玻璃制作的,鏡片表面一面為光面,另一面刻錄了由小到大的同心圓,它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計(jì)的,透鏡的要求很高,一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔,紋理清晰,其厚度隨用途而變,多在1mm左右,特性為面積較大,厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)。3.1.4BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、和狀態(tài)控制、延遲時(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)器以及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐??？蓮V泛應(yīng)用于多種傳感器和延時(shí)控制器。圖4為其引腳圖,圖5為其信號(hào)處理器的原理圖。圖3-1BISS000引腳圖圖3-2BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器的原理圖3.2放大電路的概述放大"的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制,即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號(hào)來控制另一個(gè)能源,使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號(hào)。放大的對象是變化量,放大的前提是傳輸不失真。放大電路的基本形式有3種：共發(fā)射極放大電路,共基極放大電路和共集電極放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí),這幾種電路常常需要相互組合使用。信號(hào)放大電路如圖3-1,VT1和運(yùn)算放大器LM358等組成放大電路,由IC1的②腳輸出微弱的電信號(hào),經(jīng)三極管VT1組成的共發(fā)射極放大電路進(jìn)行第一級(jí)放大,再通過C2耦合到運(yùn)算放大器IC2A中進(jìn)行高增益、低噪聲的同相比例放大,此時(shí)由IC2A①腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng),輸入電壓比較電路。圖3-3信號(hào)放大電路圖3.2.1放大電路的分析反饋指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入,進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程。反饋可分為負(fù)反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用,使系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)目標(biāo)的誤差減小,系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；后者使輸出起到與輸入相似的作用,使系統(tǒng)偏差不斷增大,使系統(tǒng)振蕩,可以放大控制作用。本電路采用的是由R2構(gòu)成了電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路,此電路還是共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路具有以下特點(diǎn)：1.輸入信號(hào)與輸出信號(hào)反相；2.無電壓放大作用；3.有電流放大作用；4.功率增益最高〔與共集電極、共基極比較；5.適用于電壓放大與功率放大電路。3.2.2集成運(yùn)放的概述集成運(yùn)算放大器簡稱集成運(yùn)放,是由多級(jí)直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高,輸入電阻大,輸出電阻低,共模抑制比高,失調(diào)與飄移小,而且還具有輸入電壓為零時(shí)輸出電壓亦為零的特點(diǎn),適用于正,負(fù)兩種極性信號(hào)的輸入和輸出。運(yùn)算放大器除具有十、一輸人端和輸出端外,還有十、一電源供電端、外接補(bǔ)償電路端、調(diào)零端、相位補(bǔ)償端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍數(shù)取決于外接反饋電阻,這給使用帶來很大方便。3.2.3集成運(yùn)放的特點(diǎn)1.集成運(yùn)放采用直接耦合放大器,對直流信號(hào)和交流信號(hào)都有放大作用；2.為克服零飄現(xiàn)象,提高共模抑制比,輸入端全部采用差分放大電路,并采用恒流源供電；3.采用復(fù)合管提高電路的增益；4.電路中的無源器件都采用無源器件來代替。3.2.4集成運(yùn)放的傳輸特性本電路由R7、R8、C4組成同相比例放大電路。同相比例運(yùn)算放大器在正常運(yùn)行的時(shí)候,輸出電壓總是滿足使反饋在反向輸入端的電壓等于同相端的電壓<Av=R8/R7+1>。如果在放大器輸出端接上負(fù)載引起輸出電壓下降,那么下降的輸出電壓就會(huì)使反饋在反向輸入端的電壓不等于同相端的電壓,于是又會(huì)引起輸出端的電壓回到Av=R8/R7+1的參數(shù)。這與反向比例放大器的調(diào)整作用原理相同。3.2.5芯片介紹芯片一：LM3581.芯片概述LM358部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器,適合于電源電壓圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。圖3-4LM358引腳圖2.芯片特點(diǎn)：部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高<約100dB>單位增益頻帶寬<約1MHz>電源電壓圍寬：單電源<3—30V>；雙電源<±1.5一±15V>低功耗電流,適合于電池供電低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流共模輸入電壓圍寬,包括接地差模輸入電壓圍寬,等于電源電壓圍輸出電壓擺幅大〔0至Vcc-1.5V>3.電氣特性：輸入偏置電流45nA輸入失調(diào)電流50nA輸入失調(diào)電壓2.9mV輸入共模電壓最大值VCC~1.5V共模抑制比80dB電源抑制比100dB8腳:電源VCC4腳:接地1、7腳：輸出端3、5腳：同相輸入端2、6腳：反相輸入端芯片二：90141.主要參數(shù)：集電極最大耗散功率PCM＝0.4W集電極最大允許電流ICM=0.1A集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V集電極發(fā)射極飽和壓降UCE=0.3V<IC=100mA;IB=5mA>基極發(fā)射極飽和壓降UBE<sat>=1V<IC=100mA;IB=5mA>2.主要用途作為低頻、低噪聲前置放大,應(yīng)用于機(jī)、VCD、DVD、電動(dòng)玩具等電子產(chǎn)品。3.3電壓比較器的概述電壓比較器是對輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別與比較的電路,是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元電路。電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近"無窮大"的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小<用輸出電壓的高或低電平,表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系>：當(dāng)"＋"輸入端電壓高于"－"輸入端時(shí),電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)"＋"輸入端電壓低于"－"輸入端時(shí),電壓比較器輸出為低電平。電壓比較器的作用：用作模擬電路和數(shù)字電路的接口；可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等；利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。圖3-5電壓比較電路圖電壓比較器如圖3-3,IC3A和VD1等作電壓比較器,IC3A的第②腳由R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓,U_=R12/R12+R11.當(dāng)IC2A①腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)IC3A的③腳時(shí),兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較,此時(shí)IC3A的①腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖健仉妷海罕容^器兩個(gè)輸入端之間的電壓在過零時(shí)輸出狀態(tài)將發(fā)生改變,由于輸入端常常疊加有很小的波動(dòng)電壓,這些波動(dòng)所產(chǎn)生的差模電壓會(huì)導(dǎo)致比較器輸出發(fā)生連續(xù)變化,為避免輸出振蕩,新型比較器通常具有幾mV的滯回電壓。偏置電流：理想的比較器的輸入阻抗為無窮大,因此,理論上對輸入信號(hào)不產(chǎn)生影響,而實(shí)際比較器的輸入阻抗不可能做到無窮大,輸入端有電流經(jīng)過信號(hào)源阻并流入比較器部,從而產(chǎn)生額外的壓差。偏置電流定義為兩個(gè)比較器輸入電流的中值,用于衡量輸入阻抗的影響。超電源擺幅：為進(jìn)一步優(yōu)化比較器的工作電壓圍,Maxim公司利用NPN管與PNP管相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)作為比較器的輸入級(jí),從而使比較器的輸入電壓得以擴(kuò)展,這樣,其下限可低至最低電平,上限比電源電壓還要高出250mV,因而達(dá)到超電源擺幅標(biāo)準(zhǔn)。這種比較器的輸入端允許有較大的共模電壓。漏源電壓：由于比較器僅有兩個(gè)不同的輸出狀態(tài)〔零電平或電源電壓,且具有滿電源擺幅特性的比較器的輸出級(jí)為射極跟隨器,這使得其輸入和輸出信號(hào)僅有極小的壓差。該壓差取決于比較器部晶體管飽和狀態(tài)下的發(fā)射結(jié)電壓,對應(yīng)于MOSFFET的漏源電壓。輸出延遲時(shí)間：包括信號(hào)通過元器件產(chǎn)生的傳輸延時(shí)和信號(hào)的上升時(shí)間與下降時(shí)間,對于高速比較器,設(shè)計(jì)時(shí)需注意不同因素對延遲時(shí)間的影響,其中包括溫度、容性負(fù)載、輸入過驅(qū)動(dòng)等的影響。3.4音響報(bào)警電路圖3-6音響報(bào)警延時(shí)電路圖LM393為報(bào)警延時(shí)電路,R14和C6組成延時(shí)電路,其時(shí)間約為1分鐘。當(dāng)IC3A的①腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí),C6通過VD2放電,此時(shí)IC3B的⑤腳變?yōu)榈碗娖剿cIC3A的⑥腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時(shí),IC3B的⑦腳變?yōu)楦唠娖?VT2導(dǎo)通,訊響器BL通電發(fā)出報(bào)警聲。人體的紅外線信號(hào)消失后,IC3A的①腳又恢復(fù)高電平輸出,此時(shí)VD2截止。由于C6兩端的電壓不能突變,故通過R14向C6緩慢充電,當(dāng)C6兩端的電壓高于其基準(zhǔn)電壓時(shí),IC3A的①腳才變?yōu)榈碗娖?時(shí)間約為1分鐘,即持續(xù)1分鐘報(bào)警。3.5開機(jī)延時(shí)電路圖3-7開機(jī)延時(shí)電路圖如圖3-6,由VT3、R20、C8組成開機(jī)延時(shí)電路,剛開機(jī)時(shí)電源向C8充電,時(shí)間約為1分鐘,它的設(shè)置主要是防止使用者開機(jī)后立即報(bào)警,好讓使用者有足夠的時(shí)間離開監(jiān)視現(xiàn)場,同時(shí)可防止停電后又來電時(shí)產(chǎn)生誤報(bào)。3.612V電源電路由功率為12V5W的變壓器,電橋等組成,為報(bào)警電路提供12V的電壓源。該裝置采用9－12V直流電源供電,由T降壓,全橋U整流,C10濾波,檢測電路采用78L06供電。本裝置交直流兩用,自動(dòng)無間斷轉(zhuǎn)換。圖3-812V電源電路圖4系統(tǒng)總電路分析接通電源時(shí),C8、R20、VT3組成開機(jī)延時(shí)電路時(shí)間大約為1分鐘。當(dāng)有感應(yīng)信號(hào)時(shí),信號(hào)經(jīng)過由R2、R3、VT1等組成的共發(fā)射極放大電路進(jìn)行反相放大,放大后的信號(hào)送入LM368進(jìn)行同相比例放大,放大倍數(shù)為〔1+Rf/R7,得出的信號(hào)已經(jīng)足夠大了,再送入LM393的第一級(jí)與R10、R11、R13、VD1組成的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,因?yàn)榛鶞?zhǔn)電壓較小,所以比較器第一級(jí)輸出為低電平,C6經(jīng)過VD2放電,當(dāng)LM393第二級(jí)負(fù)相輸入端的電壓低于R15、R16形成的基準(zhǔn)電壓時(shí),LM393的輸出端為高電平,信號(hào)經(jīng)過VT2放大后驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)感應(yīng)信號(hào)消失時(shí),由于C6的電壓不能突變,電源經(jīng)過R14向電容充電,直到電容上的電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí),報(bào)警器才會(huì)停止報(bào)警,時(shí)間大約為1分鐘。電源電路由市電經(jīng)過降壓變壓器、橋式整流、電容濾波、穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的12V電源,再經(jīng)過三端穩(wěn)壓塊78L06形成6V電源向IC器件供電。圖4-1系統(tǒng)總電路分析圖熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件,現(xiàn)在電子防盜報(bào)警設(shè)備研制中已得到廣泛的應(yīng)用。利用該電路檢測到有人進(jìn)入防區(qū)時(shí)通過能量變化導(dǎo)致產(chǎn)生電信號(hào),最終報(bào)警。其工作原理如下:一般人體體溫是37°C,所以會(huì)發(fā)出波長10μm左右的紅外線,被動(dòng)式紅外傳感器探頭就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅耳濾光片增強(qiáng)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,這種元件接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡,向外釋放電荷,經(jīng)后續(xù)電路檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)了。被動(dòng)式紅外報(bào)警器主要由菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號(hào)濾波和放大電路、信號(hào)處理和報(bào)警電路等幾部分。菲涅耳透鏡的焦點(diǎn)一般為5厘米左右,除有聚用還可形成可見區(qū)和盲區(qū),實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般把菲涅耳透鏡固定在傳感器正前方1～5厘米的地方。當(dāng)物體射出的紅外線通過菲涅耳透鏡后,傳到熱釋電紅外探測器,這時(shí)熱釋電紅外探測器將輸出脈沖信號(hào),脈沖信號(hào)經(jīng)放大和濾波后,由電壓比較器將其與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較,當(dāng)輸出信號(hào)達(dá)到一定值時(shí),報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)。被動(dòng)紅外報(bào)警器根據(jù)外界紅外能量的變化來判斷是否有人在移動(dòng)。人體的紅外能量與環(huán)境有差別,當(dāng)人通過探測區(qū)域時(shí),報(bào)警器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變化,進(jìn)而通過分析發(fā)出報(bào)警。人體都有恒定的體溫,一般在37度左右,會(huì)發(fā)出特定波長10μm左右的紅外線,被動(dòng)紅外報(bào)警器就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強(qiáng)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(shí)就會(huì)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(bào)警信號(hào)。1.被動(dòng)紅外報(bào)警器是以探測人體輻射為目標(biāo)的,所以熱釋電元件對波長為10μm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涅爾濾光片,使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。3.其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用,使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消,于是報(bào)警器無信號(hào)輸出。4.一旦人侵入探測區(qū)域,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(hào)處理而報(bào)警。在紅外探頭中有兩個(gè)關(guān)鍵性的器件,一個(gè)是熱釋電紅外傳感器,它能將波長為8～12μm之間的紅外信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),并對自然界中的可見光信號(hào)具有抑制作用,因此在紅外探測器的有效警戒區(qū),當(dāng)無人體移動(dòng)時(shí),熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度,沒有信號(hào)變化,所以不能產(chǎn)生電信號(hào),也不會(huì)報(bào)警;當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū),通過菲涅耳透鏡,熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào),此時(shí)產(chǎn)生電信號(hào),從而報(bào)警。另外一個(gè)器件就是菲涅耳透鏡,它具有聚焦即將熱釋電的紅外信號(hào)反射在紅外傳感器上的作用,還能將警戒區(qū)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū),使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào),這樣熱釋電紅外傳感器產(chǎn)生變化的電信號(hào),后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。目前市場上經(jīng)常采用P288型熱釋電紅外傳感器作為敏感元件,能以非接觸方式檢測出人體輻射出的紅外能量,并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。該傳感器外接12V電源,部裝有菲涅耳透鏡,檢測區(qū)域?yàn)榍蛐?有效警戒距離為12～15m,方向角為85°。當(dāng)紅外警戒區(qū)無移動(dòng)物體時(shí),傳感器無輸出信號(hào),報(bào)警電路不工作;當(dāng)有人闖入警戒區(qū)時(shí),只要人體移動(dòng),其輻射出的紅外線便會(huì)被熱釋電紅外傳感器所接收,并輸出微弱的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器A1和A2放大后,會(huì)輸出一個(gè)較強(qiáng)的電信號(hào)。延時(shí)時(shí)間由R17和C8確定,按照電路給定的參數(shù),可以計(jì)算出,延時(shí)時(shí)間為10s。當(dāng)?shù)碗娖接|發(fā)單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn),進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后,報(bào)警電路工作,報(bào)警時(shí)間大約60s。系統(tǒng)由人為啟動(dòng),初始化時(shí)延遲一段時(shí)間,然后進(jìn)入警戒狀態(tài),檢測在規(guī)定圍是否有人活動(dòng),如果發(fā)現(xiàn)有人則延遲10s后再檢測,判斷此人是否離開,若離開,則進(jìn)入警戒狀態(tài),否則發(fā)出報(bào)警音。發(fā)出報(bào)警音后延遲10s再檢測;如果此人還未離開,則啟動(dòng)自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng),撥打事先存儲(chǔ)的報(bào)警。5仿真調(diào)試5.1multisim介紹Multisim是美國國家儀器〔NI推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力。Multisim10的特點(diǎn)：通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境,輕松設(shè)計(jì)電路通過交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為借助高級(jí)電路分析,理解基本設(shè)計(jì)特征通過一個(gè)工具鏈,無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測試通過改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程,減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間5.2仿真電壓和波形仿真圖〔見附錄2：1.感應(yīng)信號(hào)波形圖5-1感應(yīng)信號(hào)Ui波形圖輸入電壓為10mV,時(shí)基因數(shù)為10ms/Div,偏轉(zhuǎn)因數(shù)為20mv/Div

2.第一級(jí)放大波形及電壓圖5-2第一級(jí)放大信號(hào)U1波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div,偏轉(zhuǎn)因數(shù)為1V/Div圖5-3第一級(jí)放大信號(hào)U1電壓3.第二級(jí)放大波形及電壓圖5-4第二級(jí)放大信號(hào)U2波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div,偏轉(zhuǎn)因數(shù)為20V/Div圖5-5第二級(jí)放大信號(hào)U2電壓4.第一級(jí)比較波形圖5-6第一級(jí)比較信號(hào)U3波形圖5.第二級(jí)比較波形及電壓圖5-7第二級(jí)比較信號(hào)U4波形圖6.基準(zhǔn)電壓一、二電壓圖5-8基準(zhǔn)電壓一圖5-9基準(zhǔn)電壓二7.開機(jī)延時(shí)圖5-10開機(jī)延時(shí)波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div,偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖5-11開機(jī)時(shí)電路的工作狀態(tài)圖8.報(bào)警延時(shí)圖5-12報(bào)警延時(shí)波形圖時(shí)基因數(shù)為10ms/Div,偏轉(zhuǎn)因數(shù)為5V/Div圖5-13有感應(yīng)信號(hào)時(shí)電路的工作狀態(tài)圖5.3仿真結(jié)果分析1.三極管的放大倍數(shù)輸入電壓為10mV,輸出電壓為U1=687.142mVAu=U1/Ui=687.142/10=68.72.運(yùn)放的放大倍數(shù)輸入電壓為U1=687.142mV,輸出電壓為U2=20.228V測試值：Au=U2/U1=20.228*1000/687.142=29.4理論值：Au=1+R8/R7=1+30=313.基準(zhǔn)電壓一：理論值：U1=R12/<R11+R12>*0.7=100/110*0.7=0.63V測量值：U1=551.41mV=0.551V4.基準(zhǔn)電壓二：理論值：U2=R16/<R15+R16>*12V=300/400*6=9V測量值：U2=8.999V5.兩比較波形對比分析從圖4-6、4-7中可以看出第一級(jí)比較輸出電壓與第二級(jí)比較輸出總是一高一低,符合電路原理。6.開機(jī)延時(shí)開機(jī)延時(shí)波形如圖4-10、4-11：沒有接通電源時(shí)電壓幾乎為零,當(dāng)接通電源時(shí)電源通過R21向C8進(jìn)行充電,充電時(shí)間很快,此時(shí)斷開電源,電容C8經(jīng)R20向VT3放電,使VT3導(dǎo)通,不報(bào)警,放電時(shí)間即為開機(jī)延時(shí)時(shí)間,大約30秒延時(shí)。7.報(bào)警延時(shí)報(bào)警延時(shí)波形如圖4-12、4-13：當(dāng)有人進(jìn)入時(shí),電路就報(bào)警,當(dāng)人消失后,此時(shí)IC3的⑦腳由高電平變?yōu)榈碗娖?VD2截至。由于電容C6兩端電壓不能突變,電源經(jīng)R14向C6進(jìn)行充電。當(dāng)電壓超過基準(zhǔn)電壓時(shí),報(bào)警停止。充電時(shí)間即為報(bào)警延時(shí)時(shí)間。大約為48秒。.6總結(jié)與展望從20XX9月,我開始了做我的畢業(yè)論文,時(shí)至今日,論文已基本完成。在這段時(shí)間里我一直在師大學(xué)專接本,通過在大學(xué)的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)到的知識(shí)比在大專的更加全面。在學(xué)習(xí)的過程中我也接觸到了,我設(shè)計(jì)的論文知識(shí),在遇到不懂的問題上,我會(huì)向老師請教和同學(xué)交流。整個(gè)的設(shè)計(jì)過程中真的收獲很多！本設(shè)計(jì)中所闡述的僅僅是一種簡易的紅外線感應(yīng)報(bào)警器電路設(shè)計(jì)。我學(xué)習(xí)過Protel99se、Protues、Keil7.6、LabVIEW8.2、VC++6.0等軟件。運(yùn)用相關(guān)的理論知識(shí),通過對電路原理的介紹和探究,得出其制作方案與實(shí)踐應(yīng)用原理,并重點(diǎn)研究了其相關(guān)的核心技術(shù)和應(yīng)用理論。相信,在現(xiàn)實(shí)生活中該理論一定能得到很好的應(yīng)用和更為廣闊的發(fā)展。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中,我在師大學(xué)的圖書館搜集有關(guān)的資料,我也上網(wǎng)查閱了許多資料,了解這項(xiàng)論文設(shè)計(jì)。我也深深的體會(huì)到,實(shí)踐必須在充分理解電路原理的基礎(chǔ)上,才能做到目標(biāo)明確,操作準(zhǔn)確。我也將許多遺忘的知識(shí)又重新學(xué)習(xí)了。在這段學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的過程中遇到了很多關(guān)于專業(yè)方面的問題,但都通過努力得以解決。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了,同學(xué)之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識(shí),所以在這里非常感幫助我的同學(xué)。在整個(gè)論文編寫過程中,我學(xué)到了新知識(shí),增長了見識(shí)。在今后的日子里,我仍然要不斷地充實(shí)自己。腳