毕业论文-基于热释电红外探测的报警系统设计

河南工业职业技术学院课程设计说明书班级电子信息0701王永贵指导教师韩艳赞老师河南工业职业技术学院电子工程系传感器课程设计 31热释电红外探测器的分析 4 41.2热释电红外探测器的结构 41.3热释电红外探测器的工作原理 52被动式红外报警器的结构理 73菲涅尔透镜及其工作原理 7 94.1信号放大电路 94.2电压比较电路 4.3延时电路 4.5整体电路工作原理 元器件清单 设计感想 参考文献 热释电红外报警系统设计摘要：红外科学技术是研究红外辐射的产生、传输、转换探测及应用红外技术已逐步实现了向民用部门的转化。红外成像、红外测温、红外测热释电红外探测器的防误报能力、控制范围与可靠性都有了很大程度关键词：热释电红外报警外光的波长范围在0.76～1000um,红外光谱学中将1～15um称为近红外波段；15～50um为中红外波段；50～1000um为远红外波段。温度不同的物体，其释放的红外光的波长就不同，因此，红外光的波长与物体温度的高低是相关的。由可测量的物理量，依据这一原理，可做成红外辐射外形如图1。1.2热释电红外探测器的结构热释电红外传感器的结构如图2所示，通常由热释电晶体、氧化膜、滤光镜片、结型场效应管FET和电阻等部分组成。热释电晶体一般采用PZT或其他压电晶其他光线进入传感器。防盗报警系统中的热释电传感器采用的滤光片厚度为8~14um,而人体辐射的红外线波长在10um左右，因此，该传感器能敏锐地探测到热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象，并且随温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器上时，热释电晶体温度不变，晶体对外呈电中性，探测器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时才发生电荷的变化，从一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。由于热释电晶体输出的是电荷信号，不能直接使用，需要用电阻将其转换为电压形式，报警电路中通常采用双探测元热释电红外传感器，其结构示意图如图2所示。该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联，用来防止其他红外光误动作。另外，当环境温度改变时，两个晶体的参数会同时发生变化，这样可以411EMII放大滤波电路物体较器驱动器报警器图5被动式红外报警器的组成框图从图中可以看出，透镜在水平方向上分成3个部分，每一部分在竖直方向上又等些透镜单元后，就会形成明暗相间的可见区和盲区。由于每一个透镜单元只有一亮区(可见区),使传感器表面的温度不断发生变化，从而输出电信号。也可以这一个透镜单元视场，(因为相邻透镜单元之间相隔很近),传感器上就出现随人体透镜固定在传感器正前方1—5cm的地方。菲涅尔透镜的展开图和安装位置图如(a)展开图(b)安装位置图图6菲涅尔透镜的展开图和安装位置图效探测距离可达10～15m,甚至更远。这是因为移动的人体或物体发射的红外线不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2m,能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到l0m。4电路设计该电路主要由热释电红外传感器、信号放大电路、电压成低通形式，截止频率为45Hz,两级电压放大倍数分别为Aul=120,Au2=4,总的放大倍数为Au:AulxAu2=480=54db。LM324另外两个运放组成电压比较检测窗口，由R3,R5和R7,R8将高、低通放大器的(3)脚和(5)脚均设置为1/2Vcc,即3V。当红外传感器检测到人体的活动,其产生的微弱电压信号经过放大，传送到LM324的10,13脚时，用示波器可以检测到峰值约为5V的正弦波，那么无论是信号的正半周还是负半周，两个比较器中必有一个输出为低电平,使IC2的(2)脚由高电平跳成低电平以便控制延时电路工作。静态时，LM324的(8)、(14)均为低电平,开关管截止,IC2的(2)脚仍为高电平，延时电路不工作。当红外传感器检测到人时，13脚的电平高于12脚所加的2.6V比较电压，下比较器由14脚输出低电平，周还是负半周，两个比较器中必有一个输出为高电平，通过开关三极管从而控制延时电路工作。R14和C6组成报警延时电路，其时间约为60s。人体离开传感器的探测范河南工业职业技术学院电子工程系传感器课程设计压高于其基准电压时，IC3的1脚才变为低电平，时间约为60s,即持续报警60s。由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为60s,它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。VD5-GND图10电源电路4.5整体电路工作原理红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2①脚输出的信号已足够强。IC3作电压比较器，它的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2①脚输出的信号电压到达IC3的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC3的⑦脚由原来的高电平变为低电平。IC4为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC3的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平，它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC3的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可河南工业职业技术学院电子工程系传感器课程设计防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9—12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC578L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。IC1采用进口器件Q74,波长为9-10um。IC2采用运放LM358,具有高增益、低功耗。IC3、IC4为双电压比较器LM393,低功耗、低失调电压。其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。R12是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。制作时，在IC1传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1—10Hz,需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方7-10m处走动，调整电路中的R12,使讯响器报警即可。其它部分只要元器件质量良好且焊接无误，几乎不用调试即可正常工作。本机静态工作电流约10mA,接通电源约1分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1分钟停止报警。如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。附图元器件选择与制作数量数量电阻1电解电容电阻1涤纶电容0.lu电阻1VD1—整流二极管5电阻U全桥1100K(R12为线性微调电6晶体三极管1电阻4晶体三极管MPSA130.5A1电阻2晶体三极管1电阻1红外线传感器1电阻1运算放大器电阻1比较器1电阻1三端稳压器电解电容47u/16V(C2、C5用钽电解)5电磁讯响器1电解电容2T电源变压器涤纶电容1S钮子开关1电解电容1设计感想过程中遇到很多问题，通过上网查资料和同学讨论，最终得到解决。这次课程设计从选题、找资料、确定设计方案、设计过程都是我们自己独实现了设计成功。这次课程设计使我懂得了要想设计一个成功的电路，不但要认真细心，而且要有耐心，全面的去考虑问题。在整个电路的设计过程设计要有系统的把握，还要对一些细节考虑周全。只有这样才能设计好电路。在设计中总感觉知识的重要性及运用知识的能力。总体来说，这次加强了对理论的理解，增强了解决问题的能力，同时也拓宽了我们的思维。希望对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!参考文献[1]王煜东传感器及应用第二版[2]陈有卿.新颖集成电路制作精选[M].[3]李冰，姜波，汪滨瑜.BZSS0001在热释电红外开关上的应用[J].