《传感器技术》课程设计报告.doc

传感器技术课程设计报告黄 冈 师 院 物 电 学 院传感器技术课程设计报告题目名称： 热释红外电子狗设计 专业年级： 电子信息科学与技术2010级 学 号： 201022340220 学生姓名： 阳 诗 海 报告完成日期 2012 年 12 月 20 日评阅结课 评阅教师 目录.1. 摘要 2.2. 电路图原理 .2 2.1电路原理图 .3 2.2 工作原理 .3.3. 主要元件及其介绍 4 3.1 热释电红外线传感器.4 3.2 菲涅尔透镜 .4 3.3热释电传感器处理芯片BISS0001的原理与内部结构.5 3.4其他元器件简介 .5.4. PCB板制作 .6.5. 详细制作过程 .6.6. 调试与组装过程 .8.7. 实验测试结果与分析 .9.8. 故障分析 .9JC808型热释红外电子狗1.摘要热释电红外线传感器可作电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。 本套件做成后集红外探测、报警、电源三位于一体，具有体积小、可随身携带临时设防等优点，无论何时何地都可现场使用。微电脑芯片设计，耗电小，无须接线布线，使用非常简便。本套件采用4节7号电池供电。2.电路工作原理2.1电路原理图.2.2 工作原理本电路中主要采用的是型号为BISS0001的集成电路。BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感报警器。广泛用于安防、自控等领域能。BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。IC1内部的运算放大器OP1将热释电红外传感器Y1输出信号作第一级放大，然后由电解电容器C5耦合给IC1内部运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经R14驱动报警音乐片IC2工作，VT2和VT3构成复合三极管用来推动压电蜂鸣片发出声音。当电源开关K1在“OFF”位置时，电源经R2使VT1饱和导通，则IC1的9脚保持为低电平，从而封锁热释电红外传感器来的触发信号Vs，电路不工作。当电源开关K1在“ON”位置时，热释传感器经R1得电处于工作状态，VT1处于截止状态使IC1的9脚保持为高电平，IC1处于工作状态。C1、C13是电源滤波电容，LED1和R17构成电源指示电路。3主要元件及其介绍.3.1 热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出510米范围内人的行动。 3.2菲涅尔透镜菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。.3.3热释电传感器处理芯片BISS0001的原理与内部结构 一，芯片特点：*CMOS工艺制造 *数模混合 *具有独立的高输入阻抗运算放大器 *内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 *内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 *采用16脚DIP封装。二，管脚功能：三，管脚说明：引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端四，芯片使用参数：五，工作原理简介：BIS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。以上图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程，下图为其内部结构示意图：.3.4 其他元器件简介电阻的特性是阻碍电流的通过。电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。电感线圈当加上交流电时，自身电流变化，引起自身磁通量发生变化而引起感应电动势，这种现象叫自感，自感电流的方向总是阻碍引起自感的电流变化，当交流电流增强时，自感电流跟交流电方向相反，当交流电流减弱时，自感电流跟交流电方向相同，这样对交流就具有阻截作用。3脚的一般是一个公共回路端,一个是输入,一个是输出。发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管三极管是两个PN结共居于一块半导体材料上，因为每个半导体三极管都有两个PN结，所以又称为双极结晶体管。 三极管实际就是把两个二极管同极相连。它是电流控制元件，利用基区窄小的特殊结构，通过载流子的扩散和复合，实现了基极电流对集电极电流的控制，使三极管有更强的控制能力。 热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。3.5.元器件列表.4. PCB板制作：.5.详细制作过程：拿到套件后，首先认真阅读说明书，把所有的元气件放到一个容器中，电阻器、电容器等器件很小，防止丢失，要认真识别参数。用手拿电路板时请拿边，不要拿面，防止因手的灰尘使电路板氧化。电路板上标明了器件的参数，将对应的器件按要求插装即可，防止插错。JC808型热释红外电子狗的印刷电路图见图二所示。图二 热释红外电子狗的印刷电路图元器件在电路板的字符面插装。议安装高度在离地面1.53米位置，可以防止小动物误报。根据电阻器脚间距离的不同，其插装方式有立式或卧式之分；瓷介电容器和电解电容器采用立式插装，插装电容器时要求立式插装并紧贴电路板，跳线J1处用焊接电阻后剪下的金属导线代替。报警音乐片IC2焊接在电路板槽口相应处，先将振荡电阻R15焊接在报警音乐片上，然后将报警音乐片与覆铜焊接处都上锡，然后用少量锡将报警音乐片下方的四个方焊盘分别与电路板覆铜的对应处相连接。 二极管、三极管、集成电路、热释传感器焊接时注意极性。热释传感器Y1上有一突出部位与电路板上突出标示相对应即可。三脚电感中的长脚插在电路板上L1出有圈圈的那个孔中，其它两个脚顺着插在另外两个孔中即可。用2根黄色导线焊接在蜂鸣片上（焊接注意温度把握），构成了两个脚，然后焊接在电路板的BL处。三个连体簧和正极片、负极簧片，构成三节电池的串联，一般用红色导线焊接电源正极线，黑色导线焊接电源的负极线。所有元气件在覆铜面完成焊接后，要认真检查，防止错焊、虚焊，保证正确插装和焊接。用剪刀将“菲涅尔透镜”（白色塑料片）四周白色无纹路的框边剪掉，放置在面壳中呈圆弧型，同时用固定塑料框加以固定，用电烙铁将四个突出塑料点烫溶完成固定。将圆型共鸣腔置入面壳中，用电烙铁将三个突出塑料点烫溶完成固定。将压电蜂鸣片放在圆槽中，用电烙铁将周边突出塑料点烫溶完成固定，保证固定紧，这样发声的音量才洪亮。组装完成并认真检查无误后，将电路板装入壳中并用三颗螺钉固定，同时把前、后壳扣在一起，然后装入3节7号电池测试效果。放在桌上并拨动开关K1打到“ON”一边，即可产生“报警声”，延时一段时间后自动停止，然后可以进行热释红外人体报警实验，当人体靠近时即可产生报警声。如果没有报警声，则要认真检查电路是否有焊接错误，如果有错误加以修改。完成整机效果后，将前、后盖紧扣在一起，并在后盖上插装好万向轮，万向轮座可以按您的要求自行安装。注意：探头应避免直对室外，以免闲人走动引起误报；探头应远离冷热源，例如空调出风口、暖气等；安装使用时应避免阳光、汽车灯光直射探头；安装在墙角或者墙面上，建议安装高度在离地面1.53米位置，可以防止小动物误报。焊接注意事项如下： 1)、防止触电勿要烫伤人、电源线及衣物等。 2)、电烙铁的温度和焊接的时间要恰当焊锡量要适中不要过多。 3)、电烙铁要同时接触元件脚和万能板使二者在短时间内同时发热达到焊接温度以防止虚焊。 4)、切不可将电烙铁头在焊点上面来回移动也不能用烙铁头向焊接脚上刷焊。 5)、焊接时二极管等怕热元件应用镊子夹住元件脚使热量通过镊子散热不至于损坏元件。 6)、焊接有插座的555芯片时先把插座焊好再插芯片以免损坏芯片。 7)、对焊件要先进行表面处理一般的焊件表面都被氧化需要表面处理去除污迹氧化膜等采用机械刮磨或酒精清洗。 8)、焊点的质量焊接的好坏以焊点圆滑光亮为好。.6.调试与组装过程组装完成并认真检查无误后，将电路板装入壳中并用三颗螺钉固定，同时把前、后壳扣在一起，然后装入3节7号电池测试效果。放在桌上并拨动开关K1打到“ON”一边，即可产生“报警声”，延时一段时间后自动停止，然后可以进行热释红外人体报警实验，当人体靠近时即可产生报警声。如果没有报警声，则要认真检查电路是否有焊接错误，如果有错误加以修改。完成整机效果后，将前、后盖紧扣在一起，并在后盖上插装好万向轮，万向轮座可以按您的要求自行安装。注意：探头应避免直对室外，以免闲人走动引起误报；探头应远离冷热源，例如空调出风口、暖气等；安装使用时应避免阳光、汽车灯光直射探头；安装在墙角或者墙面上，建议安装高度在离地面1.53米位置，可以防止小动物误报。7.实验测试结果与分析将电子狗的探测窗口对准要探测的场所或物体（根据实际情况调整安装角度），打开电源开关，经过30秒左右的开机延时后，