畢業(yè)論文-基于熱釋電紅外探測的報警系統(tǒng)設計

河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院課程設計說明書班級電子信息0701王永貴指導教師韓艷贊老師河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電子工程系傳感器課程設計 31熱釋電紅外探測器的分析 4 41.2熱釋電紅外探測器的結(jié)構(gòu) 41.3熱釋電紅外探測器的工作原理 52被動式紅外報警器的結(jié)構(gòu)理 73菲涅爾透鏡及其工作原理 7 94.1信號放大電路 94.2電壓比較電路 4.3延時電路 4.5整體電路工作原理 元器件清單 設計感想 參考文獻 熱釋電紅外報警系統(tǒng)設計摘要：紅外科學技術(shù)是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換探測及應用紅外技術(shù)已逐步實現(xiàn)了向民用部門的轉(zhuǎn)化。紅外成像、紅外測溫、紅外測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關鍵詞：熱釋電紅外報警外光的波長范圍在0.76～1000um,紅外光譜學中將1～15um稱為近紅外波段；15～50um為中紅外波段；50～1000um為遠紅外波段。溫度不同的物體，其釋放的紅外光的波長就不同，因此，紅外光的波長與物體溫度的高低是相關的。由可測量的物理量，依據(jù)這一原理，可做成紅外輻射外形如圖1。1.2熱釋電紅外探測器的結(jié)構(gòu)熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，通常由熱釋電晶體、氧化膜、濾光鏡片、結(jié)型場效應管FET和電阻等部分組成。熱釋電晶體一般采用PZT或其他壓電晶其他光線進入傳感器。防盜報警系統(tǒng)中的熱釋電傳感器采用的濾光片厚度為8~14um,而人體輻射的紅外線波長在10um左右，因此，該傳感器能敏銳地探測到熱釋電紅外傳感器內(nèi)部的熱釋電晶體具有極化現(xiàn)象，并且隨溫度的變化而變化。當恒定的紅外輻射照射在探測器上時，熱釋電晶體溫度不變，晶體對外呈電中性，探測器沒有電信號輸出，因而恒定的紅外輻射不能被檢測到。當交外線照射到晶體表面時，晶體溫度迅速變化，這時才發(fā)生電荷的變化，從一個明顯的外電場，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應。由于熱釋電晶體輸出的是電荷信號，不能直接使用，需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，報警電路中通常采用雙探測元熱釋電紅外傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該傳感器將兩個特性相同的熱釋電晶體逆向串聯(lián)，用來防止其他紅外光誤動作。另外，當環(huán)境溫度改變時，兩個晶體的參數(shù)會同時發(fā)生變化，這樣可以411EMII放大濾波電路物體較器驅(qū)動器報警器圖5被動式紅外報警器的組成框圖從圖中可以看出，透鏡在水平方向上分成3個部分，每一部分在豎直方向上又等些透鏡單元后，就會形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。由于每一個透鏡單元只有一亮區(qū)(可見區(qū)),使傳感器表面的溫度不斷發(fā)生變化，從而輸出電信號。也可以這一個透鏡單元視場，(因為相鄰透鏡單元之間相隔很近),傳感器上就出現(xiàn)隨人體透鏡固定在傳感器正前方1—5cm的地方。菲涅爾透鏡的展開圖和安裝位置圖如(a)展開圖(b)安裝位置圖圖6菲涅爾透鏡的展開圖和安裝位置圖效探測距離可達10～15m,甚至更遠。這是因為移動的人體或物體發(fā)射的紅外線不使用菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑不足2m,能發(fā)揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑可達到l0m。4電路設計該電路主要由熱釋電紅外傳感器、信號放大電路、電壓成低通形式，截止頻率為45Hz,兩級電壓放大倍數(shù)分別為Aul=120,Au2=4,總的放大倍數(shù)為Au:AulxAu2=480=54db。LM324另外兩個運放組成電壓比較檢測窗口，由R3,R5和R7,R8將高、低通放大器的(3)腳和(5)腳均設置為1/2Vcc,即3V。當紅外傳感器檢測到人體的活動,其產(chǎn)生的微弱電壓信號經(jīng)過放大，傳送到LM324的10,13腳時，用示波器可以檢測到峰值約為5V的正弦波，那么無論是信號的正半周還是負半周，兩個比較器中必有一個輸出為低電平,使IC2的(2)腳由高電平跳成低電平以便控制延時電路工作。靜態(tài)時，LM324的(8)、(14)均為低電平,開關管截止,IC2的(2)腳仍為高電平，延時電路不工作。當紅外傳感器檢測到人時，13腳的電平高于12腳所加的2.6V比較電壓，下比較器由14腳輸出低電平，周還是負半周，兩個比較器中必有一個輸出為高電平，通過開關三極管從而控制延時電路工作。R14和C6組成報警延時電路，其時間約為60s。人體離開傳感器的探測范河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電子工程系傳感器課程設計壓高于其基準電壓時，IC3的1腳才變?yōu)榈碗娖?，時間約為60s,即持續(xù)報警60s。由VT3、R20、C8組成開機延時電路，時間也約為60s,它的設置主要是防止使用者開機后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。VD5-GND圖10電源電路4.5整體電路工作原理紅外線探測傳感器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由IC1的②腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管VT1等組成第一級放大電路放大，再通過C2輸入到運算放大器IC2中進行高增益、低噪聲放大，此時由IC2①腳輸出的信號已足夠強。IC3作電壓比較器，它的第⑤腳由R10、VD1提供基準電壓，當IC2①腳輸出的信號電壓到達IC3的⑥腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時IC3的⑦腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。IC4為報警延時電路，R14和C6組成延時電路，其時間約為1分鐘。當IC3的⑦腳變?yōu)榈碗娖綍r，C6通過VD2放電，此時IC4的②腳變?yōu)榈碗娖?，它與IC4的③腳基準電壓進行比較，當它低于其基準電壓時，IC4的①腳變?yōu)楦唠娖?，VT2導通，訊響器BL通電發(fā)出報警聲。人體的紅外線信號消失后，IC3的⑦腳又恢復高電平輸出，此時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C6兩端的電壓高于其基準電壓時，IC4的①腳才變?yōu)榈碗娖?，時間約為1分鐘，即持續(xù)1分鐘報警。由VT3、R20、C8組成開機延時電路，時間也約為1分鐘，它的設置主要是防止使用者開機后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院電子工程系傳感器課程設計防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。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IC578L06供電。本裝置交直流兩用，自動無間斷轉(zhuǎn)換。IC1采用進口器件Q74,波長為9-10um。IC2采用運放LM358,具有高增益、低功耗。IC3、IC4為雙電壓比較器LM393,低功耗、低失調(diào)電壓。其中C2、C5一定要用漏電極小的鉭電容，否則調(diào)試會受到影響。R12是調(diào)整靈敏度的關鍵元件，應選用線性高精度密封型。制作時，在IC1傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因為人體的活動頻率范圍為0.1—10Hz,需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。安裝無誤，接上電源進行調(diào)試，讓一個人在探測器前方7-10m處走動，調(diào)整電路中的R12,使訊響器報警即可。其它部分只要元器件質(zhì)量良好且焊接無誤，幾乎不用調(diào)試即可正常工作。本機靜態(tài)工作電流約10mA,接通電源約1分鐘后進入守候狀態(tài)，只要有人進入監(jiān)視區(qū)便會報警，人離開后約1分鐘停止報警。如果將訊響器改為繼電器驅(qū)動其它裝置即作為其它控制用。附圖元器件選擇與制作數(shù)量數(shù)量電阻1電解電容電阻1滌綸電容0.lu電阻1VD1—整流二極管5電阻U全橋1100K(R12為線性微調(diào)電6晶體三極管1電阻4晶體三極管MPSA130.5A1電阻2晶體三極管1電阻1紅外線傳感器1電阻1運算放大器電阻1比較器1電阻1三端穩(wěn)壓器電解電容47u/16V(C2、C5用鉭電解)5電磁訊響器1電解電容2T電源變壓器滌綸電容1S鈕子開關1電解電容1設計感想過程中遇到很多問題，通過上網(wǎng)查資料和同學討論，最終得到解決。這次課程設計從選題、找資料、確定設計方案、設計過程都是我們自己獨實現(xiàn)了設計成功。這次課程設計使我懂得了要想設計一個成功的電路，不但要認真細心，而且要有耐心，全面的去考慮問題。在整個電路的設計過程設計要有系統(tǒng)的把握，還要對一些細節(jié)考慮周全。只有這樣才能設計好電路。在設計中總感覺知識的重要性及運用知識的能力?？傮w來說，這次加強了對理論的理解，增強了解決問題的能力，同時也拓寬了我們的思維。希望對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶!參考文獻[1]王煜東傳感器及應用第二版[2]陳有卿.新穎集成電路制作精選[M].[3]李冰，姜波，汪濱瑜.BZSS0001在熱釋電紅外開關上的應用[J].