热释电传感器报警电路资料

课程设计说明书课程设计说明书 课程设计名称：课程设计名称： 模拟电路课程设计模拟电路课程设计 课程设计题目：课程设计题目： 热释电传感器报警电路热释电传感器报警电路 学学 院院 名名 称：称： 南昌航空大学信息工程学院南昌航空大学信息工程学院 专业：专业： 通信工程通信工程 班级：班级： 学号：学号： 姓名：姓名： 评分：评分： 教师：教师： 2016 年年 4 月月 29 日日 模拟电路 课课程程设设计计任任务务书书 2020151520201616 学年第学年第 2 2 学期学期 第第 7 7 周周 9 9 周周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份 备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存 档。 题目题目热释电传感器报警电路热释电传感器报警电路 内容及要求内容及要求 采用热释电传感器采用热释电传感器 RE200B 设计电路，当有人接近传感器时，热释电传感器报设计电路，当有人接近传感器时，热释电传感器报 警电路发出报警，无人接近时不报警，报警距离为警电路发出报警，无人接近时不报警，报警距离为 2m。 进度安排进度安排 第第 7 7 周：查阅资料，学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真；周：查阅资料，学习仿真软件，确定方案，完成原理图设计及仿真； 第第 8 8 周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计；周：领元器件、仪器设备，制作、焊接、调试电路，完成系统的设计； 第第 9 9 周：检查设计结果、撰写课设报告。周：检查设计结果、撰写课设报告。 学生姓名：方倡廉、莫图源 指导时间：周一、周三、周四、周五指导地点：E610 室 任务下达2016 年 4 月 11 日任务下达2016 年 4 月 29 日 考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它 指导教师刘敏系（部）主任徐新河 摘要摘要 随着近几年我国电子技术的不断发展，许多原先的高端电子产品也逐渐步 入人们的生活。现在低廉的价格热释电红外传感器得到了很大的普及。原本用 于感应门的热释电红外传感器也进入了人们的生活安全保障中。 本次实验模拟设计了热释电传感器报警器。传感器采用的型号为 re200b， 并配上其专用的芯片 biss0001 进行调试。Re200b 在感受到周围有人体红外的移 动的同时会输出一个高电平到 biss0001，同时由于 9 号引脚接入了大电阻固定 输入高电平，biss0001 检测到信号会输出高电平触发蜂鸣器。 经过分析，准备，调试后，本次的电路设计达到了课程设计的要求。 关键字：关键字：re200b、biss0001、报警、蜂鸣器 目录目录 第一章第一章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理.1 1 1.1 系统设计方案选择 .1 1.1.1 方案一 .1 1.1.1 方案二 .2 第二章第二章 电路设计电路设计.3 3 2.1 热释电传感器 .3 2.2 BISS0001 .4 2.3 报警电路 .5 第三章第三章 实验原理图及实验调试实验原理图及实验调试.6 6 3.1 实验原理图 .6 3.2 实验调试 .7 第四章第四章 结论结论.8 8 参考文献参考文献.9 9 第一章第一章 系统组成及工作原理系统组成及工作原理 1.11.1 系统设计方案选择系统设计方案选择 1.1.1 方案一方案一 图 1.1 方案一系统图示 热敏电路：此电路主要由一个定值电阻（10k）及热敏电阻组成，两个电阻 串联接于 5V 直流稳压电源上（顺序依次为 VCC-热敏电阻-A 脚输出电压-定值电 阻-接地），在两个电阻之间接与门芯片的输入端 A 端。 与非门电路：此电路主要有一个与门芯片 74LS08 和一个非门芯片 74LS04 组成。与非门输入由 A、B 端组成，A 端接入热敏电阻，B 端接入小电阻对电源 进行分压，相当于持续输入低电平。 NE555 集成电路：其主要由一个芯片及电容、电阻组成，电容与电阻并联 起到一个延时作用，延长蜂鸣器鸣叫的时间。 报警电路：主要组成部分为蜂鸣器，三极管，以及电阻。从 NE555 中输出 的信号可经三极管放大，而电阻的高阻值则保证蜂鸣器正常工作。 该方案使用热敏电阻作为信号探测源，灵敏度和探测距离皆未能达到实用 标准，且容易受到外界影响，故不采用。 光敏电路与非门电路 NE555 集 成电路 报警电路 1.1.21.1.2 方案方案二二 热释电传感器报警电路主要由信号探测电路、信号处理电路、报警电路组 成。 系统框图如图 1.2 所示。 图 1.2 方案二系统图示 该方案采用 RE200B 作为信号探测，当有人移动时，传感器发出 0.5v 左右 的电信号，经过整流滤波到达放大电路。放大电路由二级运放组成，输出 3.8v 的高电平进入信号处理电路。 信号处理电路将输入信号与来自 9 号引脚的信号通过与门相比较，9 号引 脚因接入大电阻持续输入高电平，所以信号处理电路在检测到有人移动时会输 出高电平进入延时电路。延时电路由电阻串联电容构成，经过固定时长后，输 出电信号开启三极管，由三极管开启报警电路。 方案二采用 RE200B 作为信号探测源，其对于人的移动十分敏感，且探测 距离在 1m 左右。搭配 biss0001 可以调整其敏感度及报警时长，并且不容易受 到干扰，符合设计要求，故本次实验采用该方案。 信号处理电路 延时电路 报警电路 信号放大电路信号探测电路 第二章第二章 电路设计电路设计 2.12.1 热释电传感器热释电传感器 图 2.1 RE200B 实物图 图 2.2 RE200B 原理图 本次实验使用的热释电传感器型号为 RE200B，其采用热释电材料极化随 温度变化的特性探测红外辐射，并配合双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的 干扰，提高了稳定性。它能以非接触形式检测出物体放射出来的红外线能量变 化，并将其转化为电信号从 2 号引脚输出。 2 脚输出信号，因此在其周围加入 47k 电阻及 0.1uF 电容来整流滤波消除 干扰。 2.22.2 biss0001biss0001 123456 A B C D 654321 D C B A Titl e Num berRev isionSize B Dat e:31-M ay-2 016Sheet of File:C:Program FilesDesi gn Exp lorer 9 9 SE Examp lesM yDesi gn.ddbDrawn By: R4 1M R5 1M R6 3k C3 10u C4 0.01 U R7 2M C20.01 u C5 47u R8 47K R9 470 C6 0.1u C7 0.1u R10 470 R11 RES 2 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 BIS S 0001 D? 图 2.3 biss0001 二级放大及延时电路 biss0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。配合 RE200B 可以 组 成的热释电红外开关，本次试验中能够快速开启蜂鸣器。 该芯片主要由二级运算放大电路、逻辑电路、封锁时间定时器、延迟时间定 时器组成。 RE200B 检测到人的移动时输出信号大约为 0.4v，该信号进过外围电阻电容的 整流滤波后首先进入 biss0001 芯片内部的放大电路，放大电路由二级运放组成。 其中 RE200B 的敏感程度部分受到 15 号引脚上电阻电容的影响，本次实验选取 的是 47k 及 47uF 铝电解电容，该组合能使 RE200B 传输的信号较为稳定并且 距离达到 1m。经过两级放大后的信号幅度为 3.8v，随后该信号进入与门与来自 9 号引脚的信号相比较（由于 9 号引脚在本次试验中接入了大电阻，因此分得 较大的电压，所以 9 号引脚持续输出高电平）。比较后的输出信号到达芯片的 封锁时间定时器和延迟时间定时器。延迟时间定时器在接收到高电平后会持续 一段时间输出高电平，时长 TX49152*R1*C1（s），本次实验 R1=47k，C1=10nF，报警时长大约在 23s 左右；封锁时间定时器在延时 TX 的 一段时间 TI 内不受到任何外界信号的干扰，即芯片在这段时间内停止工作，TI 的时长 TI24*R2*C2（s），本次实验 R2=51k，C2=10nF，时长为 0.012s 左 右。信号在经过上述过程后输出 3.8v 电压，经过分压电阻后开启三极管，从而 触发报警电路。 2.32.3 报警电路报警电路 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRev isionSize B Date:17-May-2 016Sheet of File:C:Program FilesDesign Exp lorer 9 9 SEExamp lesM yDesign.ddbDrawn By: 5v T1 U? BEL L 图 2.3 报警电路原理图 报警电路由电源电压、三极管、蜂鸣器组成，蜂鸣器接在三极管的集电极与 电源电压正极（5v）之间，三极管的发射极接入电源电压负极，基极接入 biss0001 芯片的 2 号引脚。芯片在检测到人的移动时从 2 号引脚输出 3.8v 的电 信号经分压电阻后开启三极管，从而触发蜂鸣器。 第第 3 3 章章 实验原理图及实验调试实验原理图及实验调试 3.13.1 实验原理图实验原理图 图 3.1 实验原理图 该电路由三个主要部分组成，信号检测、信号处理、报警电路。由于在 Multisim 中没有 BISS0001，但它内部又集成了二级运放、比较器、延时电路等， 无法找到芯片代替，所以只是用 protel 将原理图画出来，erc 电气规则检测没 有发现问题。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:17-May-2016Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesM yDesign.ddbDrawn By: C1 0.1uF R1 47k R3 RES 4 R4 1M R2 5v R5 1M R6 3k C3 10u C4 0.01U R7 2M C20.01u C5 47u R8 47K R9 470 T1 C6 0.1u C7 0.1u R10 470 R11 RES 2 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 BIS S 0001 D? 1 2 3 D? PH OTO U? BELL 3.23.2 实验调试实验调试 1. 找到需要的原件，按照电路焊到板上后，接上 5V 实验室电源，蜂鸣器响起， 人离开，蜂鸣器并未停止，直到达到封锁时间，停止 5s 之后继续鸣叫。 2. 怀疑是芯片问题，更换芯片，蜂鸣器依旧一直鸣叫。随后测量了 re200b 的 源极与地之间的输入电信号大小，为 0.5v 左右，无论有无人否数值固定不 变。 3. 用物体遮挡 re200b 使其不能检测，但蜂鸣器依旧鸣叫。 4. 将原理图上的部分电阻电容更换，并根据其重新制作了一块电路板，接上 5v 实验室电源，蜂鸣器在延时时间内鸣叫，之后停止，人靠近也没有再次 响起。查资料得知 re200b 在焊接时需要距离电路板 3mm 以上，于是更换 re200b 并距板 4mm 左右。结果仍然未正常工作。 5. 再次检测焊接问题，发现线路都能导通不存在虚焊。上网得知 biss0001 刚 开始工作需要预热 15s 左右，并且受环境影响较大。 6. 将电路板放在了空旷无风无光照的环境下，并且用一根导线连接了 re200b 的 2 号信号输出端与 biss0001 的 14 号输入端避免信号传输过程中受到干扰。 7. 电路正常工作，有人靠近时会鸣叫，无人靠近并且无温度变化时会持续保持 静默，范围大概 1m 左右。 第四章第四章 结论结论 5.15.1 实验结果实验结果 打开电源开关之后，蜂鸣器开始鸣叫，过一段时间（35s 左右）停止，直到 有人接近，范围 1m 左右。 5.25.2 实验结论实验结论 本次课设在经历了一次次的失败之后，最后还是取得了成功，并且效果明显， 1m 左右可以感知到人的移动。不足的是，芯片仍然不够稳定，室外条件下，风 吹或者其它物体的温度变化也有可能误触发。由于时间和材料的不足，只能完 成到