传感器原理及项目实战 课件 项目6-光检测

项目6

光检测

主讲人6.1认识光检测传感器6.2光敏电阻应用实训6.3热释电人体红外传感器实训6.4思考与练习目录

光检测即对光信号（红外、可见及紫外光辐射等）进行检测，光检测传感器是把光信号直接或间接转变为电信号的器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度以及物体的形状、工作状态的识别等。光电传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。通过学习，熟悉光敏电阻、光电池、人体热释电传感器的工作原理，了解常用光电器件的特点及结构，掌握光电传感器的使用方法。知识目标识目标技能目标通过实践和训练，掌握各种光电传感器的选型及实际应用，掌握光检测传感器和STM32的接口技术和编程技术。认识光检测传感器6.16.1

认识光检测传感器光检测传感器是将被测量的变化转换为光量的变化，再通过光电元件把光量的变化转换成电信号的一种测量装置，它的转换原理基于光电效应。所谓光电效应是指物体吸收了光能以后，转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。简单的说，物质在光的照射下释放电子的现象称为光电效应。被释放的电子称为光电子。光电子在外电场中运动所形成的电流称为光电流。能产生光电效应的光电材料主要有硫化镉、锑化铟、硒和半导体等。光电效应一般可分为外光电效应、内光电效应，内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。在前面的章节中，已经介绍过基于外光电效应的光电器件光电管和光电倍增管，基于内光电效应的光电器件光敏二极管和光敏三极管等。本节主要介绍光敏电阻、光电池以及人体热释电传感器等器件。

6.1.1光敏电阻1.光敏电阻的工作原理

当光敏电阻受到光照时，半导体材料的表面就会产生自由电子，同时产生空穴，电子-空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子-空穴对就越多，阻值就愈低。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值。

并非一切纯半导体都能显示出光电特性，对于不具备这一条件的物质可以加入杂质使之产生光电效应特性。用来产生这种效应的物质由金属的硫化物、硒化物、碲化物等组成，如硫化镉、硫化铅、硫化铊、硒化镉、硒化铅、碲化铅等。光敏电阻的使用取决于它的一系列特性，如暗电流、光电流、光敏电阻的伏安特性、光照特性、光谱特性、频率特性、温度特性以及光敏电阻的灵敏度、时间常数和最佳工作电压等。2.光敏电阻的结构

光敏电阻的结构及表示符号如图6-2所示。图6-2光敏电阻的结构及表示符号（a）、（b）结构

（c）图形符号光敏电阻的内部结构比较简单，如图6-3（a）所示，在玻璃基板上均匀地涂上薄薄的一层半导体物质，如硫化镉(CdS)等，然后在半导体的两端装上金属电极，再将其封装在塑料壳体内。为了防止周围介质的污染，在半导体光敏层上覆盖一层漆膜，漆膜成分的选择应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。如果把光敏电阻连接在外电路中，在外加电压作用下，光照能改变电路中电流的大小，如图6-3（b）所示。图6-3光敏电阻内部结构与等效电路（a）内部结构（b）等效电路3.光敏电阻的主要特性参数1）暗电阻与暗电流在室温条件下，光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。2）亮电阻与亮电流光敏电阻在受到某一束光照射时的阻值称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。3）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则性能越好。也就是说，暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。光敏电阻的暗电阻的阻值一般为兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102~106。

4）光敏电阻的伏安特性

一般光敏电阻如硫化铅、硫化铊的伏安特性曲线如图6-4所示，由曲线可知，所加的电压越高，光电流越大，而且没有饱和现象，在给定的电压下，光电流的数值将随光照增强而增大。图6-4光敏电阻的伏安特性5）光敏电阻的光照特性光敏电阻的光照特性用于描述光电流和光照强度之间的关系，绝大多数光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，如图6-5所示，不同光敏电阻的光照特性是不相同的，光敏电阻不宜作线性测量元件，一般用作开关式的光电转换器。图6-5光敏电阻的光照特性6）光敏电阻的光谱特性如图6-6所示为几种常用光敏电阻材料的光谱特性曲线，对于不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不同的，从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。图6-6光敏电阻的光谱特性7）光敏电阻的响应时间和频率特性

实验证明，光敏电阻的光电流不能立刻随着光照量的改变而改变，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这个惰性通常用时间常数来描述。所谓时间常数即为光敏电阻自停止光照起到电流下降为原来的63%所需要的时间，因此，时间常数越小，响应越迅速，但大多数光敏电阻的时间常数都较大，这是它的缺点之一。

右图为硫化镉和硫化铅的光敏电阻的频率特性曲线，硫化铅的使用频率范围最大，其它都较差。目前正在通过工艺改进来改善各种材料光敏电阻的频率特性。图6-7光敏电阻的频率特性8）光敏电阻的温度特性

随着温度不断升高，光敏电阻的暗电阻和灵敏度都要下降，同时温度变化也影响它的光谱特性曲线。图6-8表示出硫化铅的光谱温度特性曲线。从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动，因此有时为了提高元件的灵敏度，或为了能够接受较长波段的红外辐射而采取一些制冷措施。图6-8光敏电阻的温度特性4.光敏电阻的特点及应用

光敏电阻体积小、重量轻，使用寿命长，稳定性能高，价格便宜，制造工艺简单，因此广泛应用于照相机、防盗报警以及自动化技术中。6.1.2

光电池

光电池是在光照下，能直接将光量转变为电动势的光电元件，实际上它就是电流源。光电池的种类很多，有硒光电池、锗光电池、硅光电池、氧化亚铜光电池、硫化鉈光电池、硫化镉光电池、砷化稼光电池等。其中最受重视的是硅光电池和硒光电池。1.光电池的工作原理

当太阳光（或其它光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电子–空穴对，并立即被内建电场分离，光生电子被送进N区，光生空穴则被推进P区，这样在内建电场的作用下，光生电子-空穴对被分离，在光电池两端出现异号电荷的积累，即产生了“光生电压”，这就是“光生伏特效应”（简称光伏）。在内建电场的两侧引出电极并接上负载，在负载中就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。如图6-9所示。图6-9

光生伏特效应

2.光电池的结构图6-10（a）为硅光电池的结构，在一块N型硅片上，用扩散方法掺入一些P型杂质(如硼)形成P-N结，当入射光子的能量足够大时，P区每吸收一个光子就产生一对光生电子-空穴对，光生电子-空穴对的浓度由表面向内部迅速下降，形成由表及里扩散的自然趋势。在P-N结内电场作用下，扩散到P-N结附近的电子-空穴对分离，电子被拉到N型区，空穴则留在P型区，使N区带负电，P区带正电。如果光照是连续的，经短暂时间后，新的平衡建立，P-N结两侧就有一个稳定的光电流或光生电动势输出。图6-10（b）为硒光电池的结构，在铝基底上涂硒，再用溅射工艺在硒层上形成一层半透明的氧化镉，在正反两面喷上低熔合金作为电极，在光照下，镉材料带负电，铝材料带正电，形成光电流或光电势。图6-10光电池结构示意图（a）硅光电池的结构

（b）硒光电池的结构

3.光电池的主要特性参数1）光电池的伏安(I-V)特性曲线光电池的伏安(I-V)特性曲线就是受光照的太阳电池在一定的温度、辐照度以及不同的外电路负载下，流入负载的电流I和电池端电压V的关系曲线。如图6-11所示为光电池在三种不同光照强度下的伏安特性曲线。图6-11光电池的伏安特性2）光电池的光谱特性由于光电池受光照射产生电子-空穴对，光照消失后电子-空穴对的复合，都需要一定时间，因此，当入射光的频率太高时，光电池输出的电流将下降。图6-12为硅光电池和硒光电池的光谱特性曲线。从曲线上可以看出，不同的光电池，光谱峰值的位置不同。例如硅光电池在800nm附近，硒光电池在540nm附近。图6-12光电池的光谱特性硅光电池的光谱范围广，即为450~1100nm之间，硒光电池的光谱范围为340~750nm。因此硒光电池适用于可见光，常用于照度计测定光的强度。在实际使用中，应根据光源性质来选择光电池，反之，也可以根据光电池特性来选择光源。例如硅光电池对于白炽灯（灯丝）在温度为2850K时，能够获得最佳的光谱响应。但是要注意，光电池光谱值位置不仅和制造光电池的材料有关，同时也和制造工艺有关，而且也随着使用温度的不同而有所移动。3）光电池的光照特性

光电池在不同的光照强度下可产生不同的光电流和光生电动势，硅光电池的光照特性曲线如图6-13所示，从该曲线可以看出，短路电流在很大范围内与光强呈线性关系，开路电压随光强变化是非线性的，并且当光照度在2000lx（勒克斯）时趋于饱和。因此，把光电池作为测量元件时，应把它当作电流源来使用，不宜作电压源。图6-13

光电池的光照特性4）光电池的频率特性光电池在作为测量、计数、接收元件时，常用交变光照，光电池的频率特性就是反映光的交变频率和光电池输出电流的关系。如图6-14所示，从该曲线可以看出，硅光电池有很高的频率响应，可用在高速计数、有声电影等方面。这是硅光电池在所有光电元件电最为突出的优点。图6-14光电池的频率特性5）光电池的温度特性光电池的温度特性主要描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况。由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，因此它是光电池的重要特性之一。光电池的温度特性曲线如图6-15所示，从曲线看出，开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加。因此当光电池作测量元件时，在系统设计中应该考虑到温度的漂移，从而采取相应的措施来进行补偿。图6-15光电池的温度特性6）稳定性当光电池密封良好、电极引线可靠、应用合理时，光电池的性能是相当稳定的，使用寿命很长，而硅光电池的性能比硒光电池更稳定。光电池的性能和寿命除了与光电池的材料及制造工艺有关以外，在很大程度上还与使用环境条件有密切关系，如在高温和强光照射下，会使光电池的性能变坏，而且降低使用寿命，这在使用中要特别注意。4.光电池应用光电池主要有两大类型的应用：一类是将光电池作光伏器件使用，利用光伏作用直接将太阳能转换成电能，即太阳能电池。这是全世界范围内人们所追求、探索新能源的一个重要研究课题。太阳能电池已在宇宙开发、航空、通信设施、太阳电池地面发电站、日常生活和交通事业中得到广泛应用。目前太阳电池发电成本尚不能与常规能源竞争，但是随着太阳电池技术不断发展，成本会逐渐下降，太阳电池定将获得更广泛的应用。光电池的另一类应用就是将光电池作光电转换器件应用，需要光电池具有灵敏度高、响应时间短等特性，但不必需要像太阳电池那样的光电转换效率。这一类光电池需要特殊的制造工艺，主要用于光电检测和自动控制系统中。6.1.3

热释电传感器

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。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到20世纪60年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。1.热释电传感器的工作原理1）光的特性

光是人类眼睛可以看见的一种电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指所有的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成的，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。人们看到的光来自于太阳或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380~760nm之间。波长小于380nm的紫外光和大于760nm的红外光是我们人眼看不见的，称为不可见光。热释电传感器就是用来检测红外光的，所以又称为热释电红外传感器。2）热释电传感器的工作原理热物体都会向空间发出一定的热辐射，基于这种原理的光源称为热辐射光源。物体温度越高，辐射能量越大，辐射光谱的峰值波长也就越短。白炽灯就是一种典型的热辐射光源。白炽灯光源中最常用的是钨丝灯，它产生的光，谱线较丰富，包含可见光和红外光。使用时，常加滤色片来获得不同窄带频率的光。热释电红外传感器是根据热释电效应工作的，热释电效应是指当某些电介物质的表面温度发生变化时，在这些电介物质的表面上就会产生电荷的变化。用具有这种效应的电介质制成的元件称为热释电元件。热释电元件常用材料有单晶、压电陶瓷及高分子薄膜等。能够探测人体产生的红外线的热释电传感器称为热释电人体红外传感器，这种传感器有多种型号，但结构、外形和电参数大致相同，一般可互换。其典型外形见图6-17。图中的顶视图中，矩形为滤光窗，两个虚线框为矩形敏感单元。图6-17热释电人体红外传感器外形图1-漏极；2-源极；3-地2.热释电传感器的结构组成热释电红外传感器敏感的结构如图6-18（a）所示。该传感器由敏感元件、场效应管、阻抗变换器和滤光窗等构成，并在氮气环境下封装而成。1）敏感元件敏感元件一般采用热释电材料鋯钛酸铅（压电陶瓷PZT）制成，这种材料在外加电场撤除后，仍然保持极化状态，也即存在自发极化，且自发极化强度Ps随温度升高而下降。图6-18热释电红外传感器的结构及等效电路（a）结构图（b）等效电路图热释电传感器的等效电路如图6-18（b）所示，内部敏感材料做成很薄的薄片，每一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，因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，且形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容是按照极性相反串联的。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C1、C2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，回路中不产生电流，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C1、C2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，C1、C2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0.1~10Hz)，即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄(一般为5~15μm)，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C1、C2做在同一硅晶片上，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。只有当人体移动时，红外辐射引起传感器敏感元件的两个等效电容产生不同的极化电荷时，才会向外输出电信号。所以，这种传感器只对人体的移动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感，且对可见光和大部分红外线具有良好的抗干扰能力。2）滤光窗滤光窗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7.0~14μm波长以外的红外线，保证了对人体红外线的选择性。因为物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足：

λm×T=2989（μmk）（6-1）

式中λm为最强波长，T为绝对温度。根据式（6-1），人体的正常体温为36℃~37.5℃，即309~310.5K可以计算出人体产生的红外线波长。

λm=2989/(309~310.5)=9.67~9.64μm（6-2）根据式（6-2），可以得到人体红外线的中心波长为9.65μm。因此，人体辐射的最强红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长(7~14μm)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通过，以免引起干扰。3.菲涅尔透镜不使用菲涅尔透镜时热释电红外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。如图6-19所示，菲涅尔透镜由一组平行的棱柱形透镜所组成，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入第一、第二单元透镜的视场，晶片上的两个反向串联的热释电单元将输出一串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是“视而不见”的。图6-19菲涅尔透镜结构

菲涅尔透镜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10μm左右的红外线来说却是透明的。其外形为半球，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。这样，当把透镜放在热释电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敏感元件上形成不断交替变化的阴影区(盲区)和明亮区(可见区)，使敏感元件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，一但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），敏感元件上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致敏感元件的温度变化，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热释电传感器之间的距离，一般把透镜固定在热释电传感器正前方1~5厘米的地方。4.热释电传感器的应用

热释电人体红外传感器为20世纪90年代出现的新型传感器，专用于检测人体辐射的红外能。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到了应用。比如：酒店商场等公共场所的自动门；在房间无人时会自动停机的空调、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；监视器或自动门铃的应用；摄像机或数码相机自动记录动物或人的活动等。光敏电阻应用实训6.26.2.1

实训目的及要求

通过实训，掌握压力光敏电阻与STM32F407ZGT6芯片的接口技术，掌握STM32F407外设ADC编程技术，熟悉使用光敏电阻对光的强弱进行检测，在液晶显示屏幕显示光强的变化，同时根据光强的改变观察4个LED灯的亮灭情况。6.2

光敏电阻应用实训6.2.2

光敏电阻GL5516简介

1.光敏电阻GL5516的工作原理

光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。图6-20GL5516光敏电阻内部结构

图6-21GL5516光敏电阻2.光敏电阻GL5516的应用及特点GL5516被广泛应用于照相机自动测光、光电控制、室内光线控制、报警器、工业控制、光控开关、光控灯、电子玩具等领域，其主要特点为环氧树脂封装、光谱特性好、灵敏度高、可靠性好、体积小、反应速度快等，主要技术参数：·光谱峰值(波长)：540nm；·最大电压（DC）：150V；·最大功耗：90mW；·亮电阻@10Lux：5kΩ~10kΩ；·暗电阻：500kΩ；·响应时间：上升20ms；下降30ms；·环境温度：-30℃~+75℃。3.光敏电阻GL5516的特性曲线图6-22为光敏电阻GL5516的相对灵敏度特性曲线，纵轴为光敏电阻的相对灵敏度，横轴为光的波长，可以看出，GL5516光敏电阻在波长600nm左右时其相对灵敏度最高。图6-22光敏电阻GL5516的相对灵敏度特性曲线图6-23为光敏电阻GL5516的温度特性曲线，纵轴为光敏电阻的电阻变化率，横轴为温度，可以看出，GL5516光敏电阻电阻变化率随着温度的增加而增大。图6-23光敏电阻GL5516的温度特性曲线6.2.3光敏电阻GL5516硬件接口电路设计

GL5516输出信号经过调理电路后接STM32F407的PF4引脚，四个LED灯LED1接PB0引脚，LED2接PA3引脚，LED3接PD5引脚，LED4接PF2引脚。6.2.4程序设计

本次实训的任务是采用光敏电阻GL5516对光强进行检测，根据原理图设计，如果光的强度发生变化，那么采集信号的电压值也会随之发生变化，模数转换用STM32F407ZGT6外设ADC完成，实训的任务功能由main.c、STM32F40x_ADC.c程序文件来完成，STM32F40x_ADC.c完成ADC外设的配置及AD转换，main.c将采集到的模拟信号数据通过LCD液晶屏显示，并根据光的亮度控制LED灯的亮灭。实训程序设计要点如下：（1）配置RCC寄存器组，打开ADC设备时钟，打开GPIOF、GPIOA、GPIOB、GPIOD设备时钟；（2）配置GPIOF.4为模拟输入模式，配置GPIOA.3、GPIOB.0、GPIOD.5、GPIOF.2为推挽、输出模式，无上拉/下拉电阻；（3）AD转换、数据处理、LCD显示和LED发光二极管的控制。6.2.5程序运行结果

扫描二维码获得整个工程文件，编译并运行程序，可以看到液晶显示屏显示采集到的数字量、电压值，当光的强度发生变化时，采集值也会随之变化，同时可以看到LED的亮灭情况。热释电人体红外传感器实训6.36.3.1实训目的及要求

通过实训，掌握热释电人体红外传感器RE200B和红外人体感应芯片BISS0001芯片的工作原理以及应用电路，掌握BISS0001芯片与STM32F407ZGT6接口技术，掌握STM32F407芯片IO口编程技术，学会用热释电人体红外传感器RE200B以及红外人体感应芯片BISS0001芯片组成的模块对人体进行检测，当在检测范围内有人走动时在液晶显示屏幕显示“Someone”，没有人则显示“Noone”。6.3热释电人体红外传感器实训6.3.2传感器RE200B以及BISS0001芯片简介1.热释电人体红外传感器RE200B简介

热释电人体红外传感器RE200B采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，热释电人体红外传感器RE200B的特点是灵敏度高、温度稳定性高，优越的信噪比、优越的性价比，可靠性高、寿命长、体积小、抗干扰能力强。热释电人体红外传感器RE200B的主要技术参数：·封装：TO-5；·红外接收电极：2*1mm，2个灵敏单元；·窗口尺寸：3*4mm；·接收波长：7~14μm；·输出信号峰值：≥3500mv；·灵敏度：≥3200v/M；·探测率：1.4*108cmHz1/2/W；·噪声峰值：<70mV；·输出平衡度：<10%；·源极电压：0.2~1.5v；·电源电压：2~15v；·工作温度：-30℃~70℃。2.人体红外感应芯片BISS0001芯片简介

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和洗手池自来水自动阀门等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。BISS0001的主要特点如下：·CMOS数模混合专用集成电路；·具有独立的高输入阻抗运算放大器；·可与多种传感器匹配，进行信号预处理；·双向鉴幅器可有效抑制干扰；·内设延迟时间计时器和封锁时间计时器；·结构新颖、稳定可靠、调节范围宽；·内置参考电源；·工作电压范围宽：+3V～+5V；·封装形式：SOP16、DIP16。1）BISS0001芯片引脚定义图6-28为红外人体感应芯片BISS0001管脚配置图，各引脚定义见表6-1。图6-28BISS0001管脚配置图2）BISS0001芯片的工作原理BISS0001的内部框图如下图所示，外接元件由使用者根据需要选择。

从图中可以看到BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器及参考电压源等构成的混合专用集成电路。根据引脚“A”的电平，BISS0001有两种触发方式：当“A”引脚为“0”时不可重复触发，当“A”引脚为“1”时可重复触发。BISS0001不可重复触发工作方式各点工作波形如图6-30所示。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二次放大，同时将直流电位抬高为VM≈0.5VDD，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS。由于VH≈0.7VDD，VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声信号，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VC<VR(≈0.2VDD)时，COP3输出为低电平封住了与门U2，禁止触发信号VS向下级传递；而当VC>VR，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直到Tx时间结束，即所谓的不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，VO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能是VO跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。图6-30BISS0001不可重复触发工作方式各点工作波形

BISS0001可触发工作方式各点工作波形如图6-31所示。在VC=“0”、A=“0”期间，信号VS不能触发VO为有效状态。在VC=“1”、A=“1”时，VS可重复触发VO为有效状态，并可促使VO在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要VS发生上跳变，则VO将从VS上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若VS保持为“1”状态，则VO一直保持有效状态；若VS保持为“0”状态，则在Tx周期结束后VO恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何VS的变化都不能触发VO为有效状态。图6-31BISS0001可重复触发工作方式各点工作波形3）BISS0001芯片的典型应用图6-32为BISS0001芯片的典型应用电路图。图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号VS