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音源信号感应式发射 、接收器设计毕业设计目 录第一部分 过程管理资料 一、毕业设计（论文）开题报告2 第二部分 毕 业 论 文二、毕业论文8 湖南工程职业技术学院毕业设计（论文）开题报告 （ 2012 届） 系 部： 信 息 工 程 系 专 业： 电子信息工程技术（应用电子方向） 学 生 姓 名： 彭 泛 班 级： 310913 指导教师姓名： 雷 斌 2012年4月 10日题目：人体感应自动照明灯电路1、课题的背景与目的 目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装使用方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。特别是电能的大量浪费，按照国标，优质灯泡在正常使用情况下，平均寿命在壹千小时左右，而普通灯泡则更短。如果走廊是夜间常明灯，每年除灯泡损耗费用外还要有一百多度电的损耗，加上更换灯泡等人工费用，每年每个灯消耗近百元，这不仅浪费大量能源，而且由于频繁更换灯泡造成维修工作量加大，有时有些场所走廊由于无人及时维修管理，许多楼梯晚上漆黑一片，给人们生活带来许多不便，因此人们越来越关注其他有效的照明灯开关方式高，国家的有关规范及标准也不断的加强，九九最新发布的住宅建筑设计规范中明确规定， 住宅公共部分应设人工照明，除高层住宅的电梯厅和应急照明外，均应采用节能自熄开关。随着大量采用电子技术的家用电器面市, 住宅电子化出现。近几年楼宇智能化（智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境。）又飞速发展起来，其中实现自动照明系统可以减少电能浪费成为实现现代化住宅的重要一笔。本课题从实际出发，准备对红外线楼道自动照明系统进行探索随着现代化的发展,工业,农业,商业,教育等等行业的用电量都大幅度增加,在这种情况下电能的浪费成为人们普遍关注的问题.2、照明开关的发展过程 在远古时代,人类利用自然光源,太阳给了人类及所有生物生存的机会,但对于夜晚人类却无能为力.接着聪明的人类发现了火,用火照明应该是人类照明史上的里程碑.中外历史上蜡烛都起了重要作用,陪伴人类度过慢慢数千年,直到天才发明家爱迪生在照明史上添上精彩的一笔.电灯无疑已经成为现代生活中不可或缺的商品.目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体, 传统照明单控电路特点： a)控制开关直接在负载回路中。b)当负载较大时，需相应增大控制开关的容量。c)当开关离负载较远时，大截面电缆用量增加。d)只能实现简单的开关功能e)传统控制采用手动开关，必须一路一路地开或者关f)传统控制对照明的管理是人为化的管理。传统的照明系统结构简单、售价低廉和安装使用方便,一直是照明灯具市场的主角,随着技术的进步,人民生活水平的提高,这种灯暴露出来许多不足:其一,由于是手动开关,人们在一片漆黑中不得不摸索电灯开关,给人们生活带来很多不便.其二,电能浪费严重,特别是在学校,工厂等集体生活的地方,照明灯经常在光线充足的白天也工作,这不仅浪费电能,而且也造成灯泡常被烧坏,若不能及时修理又会产生其他不方便.其三,电子技术,自动控制技术,传感器技术的快速发展使人们越来越倾向于照明设备的自动控制.3、现代照明开关简述现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体,但自从人们发现了无线电波，就开始用无线电来遥控了。航空爱好者用无线电收发装置来操纵模型飞机，舰模爱好者用无线电来操纵模型舰艇。声音、超声波、无线电波都可以用作传递信号的媒体，传递命令，实现远距离操纵。这些方法在一定程度上节省了电能。针对问题，市场上的照明开关也是层出不穷，主要有声光控开关、触摸式延时开关、红外开关，感应式开关等、经过多年的使用，就对其特点、价格、性能、市场品牌、使用效果、安装、 寿命等进行了比较，其中触摸式、声光控在各方面表现非常一般，而红外开关，感应式开关却表现优异。走廊里的声控电灯是一种遥控装置。当人们走路的声音，说话的声音传到灯头上的声控开关时，电路就被自动接通了。当然，声控开关旁边还要有个延时开关，就是使电路只能接通几分钟，然后再自然地断掉。这样既可以省电，又可以延长电灯的寿命。声控电灯，只有一个命令：接通！这很简单。但其品种多，市场较乱，价格从几元到二十多元不等，由于声控本身感应元器件属于机械式，所以易受机械疲劳影响，很难克服初装时灵敏度较好而后期灵敏度低形象。因此，声光控开关在使用的后期，只有靠人为制造噪声才能触发，如想要灯亮需要大声咳嗽，或跺脚这显然打扰了别人的安静，特别是夜间往往影响睡觉的人。另外声光控易响应于自然界所有较大声响（如雷声、汽车喇叭声、汽车经过时发动机声、装修房间的电钻声、开关防盗门声等），误动作较多。有的住户在房屋装修时就对开关有很大影响，人未住进就有开关损坏。由于部分价低质劣的声光控开关混入市场，给用户造成电子开关都寿命短，都不可靠的印象。而触摸式除了易受损坏，不安全外，还有传染病菌的弊病，很难在公关场所应用，特别是在医院这样人员复杂的场所。因此要真正用好自熄开关，改善人们居住条件，必须要在市场中寻求真正高效节电，方便照明，性能稳定，经久耐用，价格合理的产品来实现人来灯亮，人离灯灭，白天不亮这一基本功能。 纵观照明控制技术的发展，从原始的开关控制到接触器继电器控制，发展到PLC控制；随着计算机及网络的飞速发展，照明控制也跟随着一起发展。在实际工程案例中出现了集散型控制系统和现场总线控制系统，尤其是近几年，国内外陆续开发出专业性强的智能型照明控制系统。例如：奇胜C-BUS智能照明控制系统，澳洲邦奇智能照明，美国路创智能照明系统；还有些像索恩、飞利浦等专业照明公司也推出自己的智能照明控制系统；国内也有很多智能照明的厂家，推出智能家居、智能小区、智能办公室、智能楼宇等专业控制系统。现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视察条件，能利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境以满足人们和心理和生理要求，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更要求。一个优秀的智能照明系统有仅可以提升照明环境的品质，还必须做到充分利用和节约能源。三、选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。根据物理学知识我们知道，任何温度超过绝对零度（-273摄氏度）的物体都会发出电磁辐射。人体温度产生的辐射在光谱中属于红外线的范围。红外感应器，亦称为活动探测器，能对活动的人体热能辐射作出反应，自动开启和关闭电源。而人体各部份的温度存在着差异，这就使得人体成为最方便的开关。任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.110Hz）和对特定波长红外线（一般为515um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号，并予以放大选频处理后，可以推动适当的负载，此乃人体红外自动开关。采用热释电红外传感器及专用单片集成电路构成的这种电路能成为人到灯亮、人走灯灭。 主要研究内容： 1. 现在智能照明现状和发展趋势。 2. 人体感应电路传感部分和控制部分的硬件电路，工作原理。 3. 控制系统实现照明电器设备的亮度能够柔和变化。 4. 系统实现照明电器设备的智能延时控制。 研究思路及方案： 使用人体热释电红外传感器RE200B及专用集成芯片AS081电路构成照明控制系统，驱动继电器，来控制照明电路的工作4、 工作进度及具体安排第1周：学习毕业设计（论文）要求及有关规定第24周：查阅收集资料，拟定论文提纲，确定设计方案，基本完成开题报告第56周：进一步修订完善开题报告，使其在内容和格式上符合毕业设计规范要求第710周：完成各单元电路设计，Protel辅助绘制电路原理图、PCB板第1113周：完成电路的制作，调试第1416周：撰写毕业论文第17周：设计成果验收，毕业答辩，成绩评定指导教师意见 指导教师： 年 月 日教研室意见 教研室主任： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。 2012届毕业设计（论文）资料第二部分 毕业论文 2012 届毕 业 论 文人体感应自动照明灯电路 系 部： 信 息 工 程 系 专 业： 电子信息工程技术（应用电子方向） 学 生 姓 名： 彭 泛 班 级： 310913 指导教师姓名： 雷 斌 最终评定成绩： 2012年 4月 湖南工程职业技术学院毕业设计（论文） 人体感应自动照明灯电路系 部： 信 息 工 程 系 专 业：电子信息工程技术（应用电子方向）学 号： 200903113035 学生姓名： 彭 泛 指导教师： 雷 斌 2012 年 4 月 摘 要 本设计是一个智能照明电路。可以自动判断楼道是否有人经过，并点亮楼道灯，能给人们生活带来许多便利。我在电路中使用的是人体红外感应开关，这样传感器能够针对性的检测红外线的存在与否，当人体的红外线照射到传感器上后，因热释电效应向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号，这一检测技术较之超声，哑声，微波方式更为灵敏准确，能准确的鉴别生物体与非生物体的运动，使误动作率降低到最低，且体积小，自耗电能较少，本电路设计简单，性能稳定，适合小区使用。关键词：红外线，感应开关，红外辐射 作 者：彭 泛 指导老师：雷 斌 目 录第一章 前 言11.1课题的背景与目的11.2人体感应照明系统设计的意义11.3热释电红外感应开关简述2第二章 照明系统总体设计32.1照明系统的构成32.2人体感应自动照明系统电路3第三章 人体感应自动照明电路的组成43.1交直流转换稳压电路43.2传感器63.2.1人体热释电红外线传感器的基本结构和原理63.2.2菲涅尔透镜103.2.3 CDS传感器123.3集成控制电路123.2.1概述123.3.2运算放大器133.3.3振荡器143.3.4电压比较器153.3.5集成电路芯片16 3.4继电器193.4.1继电器的工作原理和特性193.4.2继电器主要产品技术参数19第四章 电路制作204.1整体电路制作问题204.1.1电路设计和调试注意事项204.1.2元件的散热问题204.1.2电子电路的静电保护21第五章 结 论22参 考 文 献23致 谢24 湖南工程职业技术学院信息工程系 第一章 前 言1.1课题的背景与目的节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点。由于我国在新能源研发方面处于落后局面，目前市场上的普通船型开关、拉线开关占据着灯具开关市场的主要位置。然而由于许多不可控因素的出现及人们日常习惯所限，造成了大量的电能的浪费。这种现象在我们的生活中随处可见。空无一人的教室十多盏日关灯依然亮着，非常安静的楼道内灯火通明，卫生间无人使用却不熄灭灯光全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量，同时因灯具使用时间的过长，也缩短了灯具的使用寿命，频繁的更换灯具也造成了人力，财力的大量浪费。所以通过这种直接和间接的损耗，每年电能的损失就达数亿元。近十年以来，我国建筑体系的不断发展，也对照明系统提出了更高的要求。本次毕业设计从实际出发，准备对人体感应自动照明灯进行探索，随着现代化的发展,工业,农业,商业,教育等等行业的用电量都大幅度增加,在这种情况下电能的浪费成为人们普遍关注的问题。由此观之，如何有效的减少照明用电的浪费和更好的管理照明系统已成为一个不可忽视问题。1.2人体感应照明系统设计的意义现代化家居照明系统要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念，在传统的家居照明系中，一般都是综合布线，使用刀开关来控制，灯具的寿命短，较费电。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要，而在商品房的建设热潮中，各大楼盘和房地产商也意识到智能照明的重要性，使用自动照明控制系统，更能体现其在节能和管理方面的优势，红外智能节电开关由于触发的不需要人发出任何的声音，而是人走过时身体向外散发红外热量最终控制灯具的开启，动人离开后，经过一段时间的延时，自动熄灭，因为不同于声光控灯，不需要声音和开关控制，从而避免了声控噪音的侵扰，同时它是因为感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能效果。红外感应照明是以成熟的红外感应技术平台，加入更多高新技术元素而形成的一种具有广阔市场前景的高科技产品，它的出现弥补了声光控技术的缺陷，它的自动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件的配合，而是人走过时身体向外散发红外热量最终实现它的自动控制功能。1.3热释电红外感应开关简述用热释电红外探头并对探头接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，可以制成热释电人体感应开关。它可应用于电灯的节能自动开关、自动门、安全防护、防盗等设备中。人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为10m左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。人体是一特定波长红外线的发射体，由红外传感器检测到这种红外线的变化并予以放大选频处理后，可以推动适当的负载，此乃人体红外自动开关。这一检测技术较之超声、哑声、微波方式更为灵敏与准确。它要求PIR热释电人体红外传感器的信号放大处理电路有很高的灵敏度并要能准确鉴别生物体与非生物体的运动，使误动作率降到最低。且体积小，自耗电微少。采用热释电红外传感器及专用单片集成电路构成的这种开关能成为人到灯亮、人走灯灭。它安装方便，可直接替换面板式开关，无需改动市电线路。 第二章 人体感应自动照明灯总体设计2.1照明系统的构成传统照明控制系统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。传统的照明电路只是为灯提供一定的电压使其发光,这种灯只是人为控制,具有很大弊端,特别是在一些集体工作地,比如说,工厂,公司,学校等。在本次设计中，采用的人体红外感应技术主要有三大部分组成：交直流转换稳压电路、集成芯片红外控制电路、继电器控制电路。2.2人体感应自动照明灯电路 图2-1 人体感应自动照明电路 该电路的主要元件是RE200B热释电红外传感器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、 感应灯、自动水阀、自动马达控制等工业和生产领域 。AS081是一个 CMOS工艺集成的 PIR（Passive Infra-Red）控制器芯片，功耗很低。其内部构架采用模拟及数字混合电路的Mixed-mode 方式设计,各种情况下使用皆十分稳定。 AS081采用第三代 PIR人体热释红外线探测技术方案，内置高精度算法单元，可自调整适应当前环境，滤除环境干扰，有效提取人体信号，最远感应距离高达二十几米。实际应用电路相当简单，研发、生产无需调试，大幅降低生产成本、节省空间。外围电路元件说明： 从市电接入时先进行RC滤波，形成较平缓的脉动直流，整流桥堆给电路提供交直流的转换，三端稳压管给集成芯片提供稳定的3.3V工作电压，热释电红外传感器RE200B，接收人体散发出的红外信号时，将微弱的信号传至芯片的放大器，光敏三极管用来采集光照，通过电压比较器以控制白天不工作，继电器控制接入市电的外围负载电路。电路工作原理分析： 在该电路中，每次上电时先输出高电平，待传感器热机完成，IC 检测到传感器信号稳定下来后（约35 秒），输出低电平，进入检测状态。当检测到人体信号时，PIR感应信号经滤波进入芯片内部进行放大，与基准电压比较,如果判断有触发，运放输出高电平，这时候计时检测电路开始计时，计满一定内部时钟周期，跳变为高（可避免误触发），此时三极管Q饱和导通，继电器吸合，电灯开始工作，当人远离该照明区域，检测不到人体信号时，没有触发，运放输出为低电平，三极管截止，继电器断开，电灯熄灭。在白天，友光照射在光敏三极管上时，它被导通，此时，在CDS输入保持低电平，与基准电压比较，封锁触发信号，IC不工作，输出为低电平，三极管截止，电灯不工作。 第三章 人体感应自动照明电路的组成3.1交直流转换稳压电路 为该控制系统提供一个稳定的直流工作电源，需对系统电源电路进行交直流转换和稳压。其在工作中的各元器件功能如下：C10、LDO稳压器、D1、C11、R8、R9和整流桥共同构成了控制电路的供电电路。220V交流电压经滤波分要后，从其次级输出交流低压。该电压经整流桥堆整流、C11滤波，得到的直流电压经D1加到稳压器的输入端，由三端固定稳压集成电路7085净输入的电压稳压为3.3V后，为传感器和控制电路的工作电源。 三端稳压管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路之中. 在 78 * 、 79 * 系列三端稳压器中最常应用的是 TO-220 和 TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。 图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚 为最高电位，脚为最低电位，脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，脚均为输出端。对于 78*正压系列，输入是最高电位，自然是脚，地端为最低电位，即脚，如附图所示。对与79*负压系列，输入为最低电位，自然是脚，而地端为最高电位，即脚，如附图所示。 此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第脚相连。这样在78*系列中，散热片和地相连接，而在79*系列中，散热片却和输入端相连接3.2传感器传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的电信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。3.2.1人体热释电红外线传感器的基本结构和原理人体热释电红外传感器（PIR SENSOR）是上世纪 80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测组件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如做电源开关控制、防盗报警、自动监测等。人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m；紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线。热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。 一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲涅尔透镜增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检验处理后即可产生报警信号。人体热释电红外线传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。热释电传感器是对温度变化敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。1）热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，图3-1表示了热释电效应形成的原理。能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）悬浮电荷温度变化热平衡条件TK极化温度变化造成极化T+ TK热能图3-1 热释电效应的形成原理热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱电压V。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm-12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。图3.1 热释电红外传感器的结构及内部电路 对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容 ，例P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于P1、P2自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，所以，正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到P1、P2上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有信号输出。同理,在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为0.110Hz),即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为515um),因此，传感器对它们不敏感。当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因P1、P2做在同一硅晶片上的，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无输出。从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.110Hz）和对特定波长红外线（一般为515um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抵抗可见光和大部分红外线的干扰。2） 滤光窗 表3.2热释电人体红外线传感器RE200B的主要电参数项目参数条件工作电压 2.2-15V工作电流 8.5-24A工作波长 7-14m平均透过率 75%输出信号 2.5V噪声 200mV(mVp-p) (25)平衡度 20%工作温度 -20- +70视场 139126源极电压 0.4-1.1V它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，滤光窗能有效地滤除7.014um波长以外的红外线。例如，SCA02-1对7.514um波长的红外线的穿透量为70%，在6.5um处时下降为65%，而在5.0um处时陡降为0.1%；P2288的响应波长为614um，中心波长为10um。物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足m*T=2989（um.k）（其中m为最大波长，T为绝对温度）。人体的正常体温为3637.5。C ，即309310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波长为9.65um。因此，人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（714um）的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。 综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。3）人体热释电红外传感器的优缺点。 这种接收人体热释红外线的传感器也称为被动式热释电红外传感器，它的优点是本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。缺点是：1、易受各种热源、光源干扰。2、易受射频辐射的干扰。3、小动物活动干扰。4、环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度明显下降。解决这些问题可采用以下方法：1、采用特殊设计的透镜或外加滤光镜片，能够有效地滤掉各种光源的干扰，使人体的红外辐射顺利地通过聚焦到传感器上。2、采用金属屏蔽以及SMT 工艺制造，可改善抗EM1、RF1 干扰。3、采用智能信号控制以及能量堆积的算法，能够有效地防止小动物的干扰。4、控制芯片采用动态阀值调节技术，能够真正的做到温度补偿，自动根据环境因素进行参数调整，保证探测器灵敏度恒定。 4）人体热释电红外传感器的安装要求。 人体热释电红外传感器只能安装在室内（使用第三代控制芯片 AS081 可解决此问题），其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：1、热释电红外传感器应离地面2.0-2.2 米。2、热释电红外传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3、热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其它隔离物。4、热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。5、红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大,而对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感，在现场选择合适的安装位置是避免红外传感器误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。3.2.2菲涅尔透镜 根据菲涅耳原理制成，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器 (PIR) 灵敏度大大增加。菲涅耳透镜折射式和反射式两种形式,其作用一是聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；二是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化电信号。不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。例如，一些传感器对远在20米处快速行驶的汽车里的人体也能可靠地检测到。菲涅尔透镜采用塑料片制作而成。 图3.3 菲涅尔透镜 图3.3为它的平面图。从图中可以看出，透镜在水平方向上分寸成3个部分，每一部分在竖直方向上又等分成若干不同的区域。最上面部分的每一等份为一个透镜单元，它们由一个个同心圆构成，同心圆圆心在透镜单元内。中间和下半部分的每一等份也为分别一个透镜单元，同样由同心圆构成，但同心圆圆心不在透镜单元内。当光线通过这些透镜单元后，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个很小的视角，视角内为可见区，视角外为盲区。任何两个相邻透镜单元之间均以一个盲区和可见区相间隔，它们断续而不重叠和交叉，如图3.3这样，当把透镜放在传感器正前方的适当位置时，运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（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。也可以这样理解，人体在检测区内活动时，一离开一个透镜单元的视场，又会立即进入另一个透镜单元的视场，（因为相邻透镜单元之间相隔很近），传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致传感器的温度变化，而输出电信号。菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为5厘米左右，实际应用时，应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与传感器之间的距离，一般把透镜固定在传感器正前方15厘米的地方。 菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为10um左右的红外线来说却是透明的。3.2.3 CDS传感器硫化镉（Cds）即光敏电阻器，这是目前最常见的光敏电阻器。光敏电阻器是利用半导体光致导电的原理制造的。这种光敏电阻器的基座是陶瓷片，上面涂有硫化镉多晶体，再经烧结制成。光敏电阻器的表面还涂有防潮树脂。光敏电阻器的光谱特性曲线与人眼对可见光的响应曲线比较接近。光敏电阻器的电阻值随光照强度而变化。在暗光条件下它的电阻值可达10M，在强光下它的电阻值仅为数百欧姆或数千欧姆。光敏电阻器的光照特性在多数情况下是非线性的，只有在微小区域内呈线性。光敏电阻器的电阻值有较大的离散性。光敏电阻器的灵敏度是指光敏电阻器不受光照时的电阻值(暗阻)和受光照时的电阻值(亮阻)的相对变化值。在一般情况下，照度越低，单位照度改变时的电阻值变化越大,即在低照度下光敏电阻器的灵敏度较高.在本次设计中，采用的是光敏三极管。3.3集成控制电路3.3.1概述虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是利用特殊信号处理方法后，仍然使它在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据PIR传感器的特性设计了专用信号处理器，比如HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、BISS0001、AS081。图3.4阴影部分是PIR信号处理部分，有两个运算放大器、一个窗口比较器、一个稳压器、一个系统振荡器和一个逻辑控制器。 由于PIR 信号变化缓慢、幅值小，针对该特点，专用信号处理器一般分为三步处理，具体处理步骤如下：a）滤波放大普通PIR传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百微伏到几毫伏，为了后续电路能作有效的处理，考虑到传感器的信噪比，通常取增益72.5dB，通带0.3Hz7Hz。同时，由于是处理模拟小信号，所以为了保证放大器的工作稳定可靠，电路中特别集成了一个稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。b）窗口比较器经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值要求的信号后，再转换成一系列数字脉冲信号。c）噪声抑制数字信号处理根据对人体运动特点以及传感器的特性的长期研究，用固定时间内计脉冲个数和测脉冲宽度的方法来甄别有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（16kHz）。 图3.4 人体感应开关方框图 图3.5 人体感应开关信号处理过程3.3.2 运算放大器集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路3.3.2.1 集成运放的性能指标1）开环差模电压放大倍数 Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。2）最大输出电压 Uop-p它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰-峰值。3）差模输入电阻rid它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。4）输出电阻 rO它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。5）共模抑制比 CMRR它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好3.3.2.2集成运放的组成它有四部分组成：1）偏置电路:偏置电路是提供各级静态工作电流的;2）输入级：其作用是提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入端,为了抑制零漂，采用差动放大电路3）中间级：其作用是提供较高的电压放大倍数;为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。4）输出级：其作用是提供一定的电压变化和电流变化;为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路3.3.3 振荡器振荡电路在测量,自动控制,通信,无线电广播和遥控等许多领域中有着广泛的应用,甚至在收音机 电视机 和电子表等日常生活用品中也离不开它.振荡电路包括正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路,它们不需要输入信号便能产生各种周