傳感器課程設計---熱式傳感電子狗

1、<p>　　傳感器課程設計實驗報告</p><p>　　題目： 熱釋紅外電子狗 </p><p>　　姓名 : XXX </p><p>　　班級 ： 電子信息科學與技術1002班 </p><p>　　學號： XXXXXX </p><p>　　

2、指導老師： </p><p>　　第一章 電路工作原理</p><p><b>　　一．目的</b></p><p>　　本套件采用高靈敏度紅外探頭，無需聲音、光線、震動，即使是漆黑的狀態(tài)，竊賊一旦進入10米左右監(jiān)控范圍，熱釋紅外電子狗就會自動檢測并發(fā)出高強度報警聲，可有效嚇阻入侵人員。本套件做好后適合家庭、學校、倉庫、

3、商店、菜棚等防盜場所使用。 本套件做成后集紅外探測、報警、電源三位于一體，具有體積小、可隨身攜帶臨時設防等優(yōu)點，無論何時何地都可現(xiàn)場使用。微電腦芯片設計，耗電小，無須接線布線，使用非常簡便。本套件采用4節(jié)7號電池供電。</p><p><b>　　二．電路原理圖</b></p><p><b>　　三．工作原理</b></p>

4、<p>　　超外差式收音機電路工作原理：</p><p><b>　　三．工作原理</b></p><p>　　本電路中主要采用的是型號為BISS0001的集成電路。BISS0001是一款高性能的傳感信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構成被動式的熱釋電紅外傳感報警器。廣泛用于安防、自控等領域能。</p>

5、<p>　　BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。</p><p>　　上圖中，IC1內部的運算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器Y1的輸出信號作第一級放大，然后由電解電容器C5耦合給IC1內部的運算放大器OP2進行第二級放大，再經由電壓比較器COP1和COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器，

6、輸出信號Vo經R14驅動報警音樂片IC2工作，VT2和VT3構成復合三極管用來推動壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。</p><p>　　當電源開關K1在“OFF”位置時，電源經R2使VT1飽和導通，則IC1的9腳保持為低電平，從而封鎖熱釋電紅外傳感器來的觸發(fā)信號Vs，電路不工作。當電源開關K1在“ON”位置時，熱釋傳感器經R1得電處于工作狀態(tài)，VT1處于截止狀態(tài)使IC1的9腳保持為高電平，IC1處于工作狀態(tài)。C1、C13是電

7、源濾波電容，LED1和R17構成電源指示電路。</p><p>　　第二章：電路元器件清單及元器件介紹</p><p><b>　　一．元器件清單</b></p><p><b>　　二．元器件的介紹</b></p><p>　　1.IC1：BISS0001紅外傳感信號處理器</p>

8、<p><b>　　特點：</b></p><p>　　􀁺 CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。</p><p>　　􀁺 具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配，進行信號與處理。</p><p>　　􀁺 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。</p><p>　

9、　􀁺 內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器，結構新穎，穩(wěn)定可靠，調節(jié)范圍寬。</p><p>　　􀁺 內置參考電壓。</p><p>　　􀁺 工作電壓范圍+3V—+5V。</p><p>　　􀁺 采用16腳DIP封裝或SOP封裝。</p><p>　　極限參數(shù)（Vss=0V

10、）</p><p>　　電源電壓：-0.5V ~6V</p><p>　　輸入電壓范圍：-0.5V ~+6V（VDD=6V）</p><p>　　各引出端最大電流：±10mA（VDD=5V）</p><p>　　工作溫度：-10℃~+70℃</p><p>　　存放溫度：-65℃~+150℃</p>

11、;<p><b>　　引腳圖</b></p><p>　　VDD—工作電源正端。范圍為3~5V。</p><p>　　Vss—工作電源負端。一般接0V。</p><p>　　IB—運算放大器偏置電流設置端。經RB接VSS端，RB取值為1M左右。</p><p>　　1IN-—第一級運放放大器的反相輸入端。&

12、lt;/p><p>　　1IN+—第一級運放放大器的同相輸入端。</p><p>　　1OUT—第一級運算放大器的輸出端。</p><p>　　2IN-—第二級運算放大器的反相輸出端。</p><p>　　2OUT—第二級運算放大器的輸出端。</p><p>　　Vc—觸發(fā)禁止端。當Vc＜VR時禁止觸發(fā)；當VC＞VR時允許

13、觸發(fā)。VR≈0.2VDD。</p><p>　　VRF—參考電壓及復位輸入端。一般接VDD。接“0”時可使定時器復位。</p><p>　　A—可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)控制端。當A=“1”時，允許重復觸發(fā)，當A=“0”時，不可重復觸發(fā)。</p><p>　　Vo—控制信號輸出端。由Vs上跳邊沿觸發(fā)使Vo從低電平跳變到高電平時為有效觸發(fā)。在輸出延時間Tx之外和無Vs上

14、跳變時Vo為低電平狀態(tài)。</p><p>　　RR1、RC1—輸出延遲時間Tx的調節(jié)端。Tx≈49152R1C1。</p><p>　　RR2、RC2—觸發(fā)封銷時間Ti的調節(jié)端。Ti≈24R2C2。</p><p><b>　　原理圖</b></p><p>　　BISS0001是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延

15、遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。</p><p>　　首先，利用運算放大器OP1組成傳感信號預處理電路，將信號放大；然后耦合給運算放大器OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5 VDD）后，送到有比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7 VDD、VL≈-0.3 VDD，所以，當VDD=5V時，可有效地抑制±

16、1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。COP3是一個條件比較器，輸入電壓Vc＜VR（≈0.2 VDD）時，COP3輸出為低電平封住了與門U2，禁止觸發(fā)信號Vs向下級傳遞；而當VC＞VR時，COP3輸出為高電平，打開與門U2，此時若有觸發(fā)信號Vs的上跳邊沿來到，則可啟動延時時間定時器，同時Vo端輸出為高電平，進入延時周期。當Tx時間結束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期Ti，在Ti周期內，任何U2的變化都不能使Vo為有

17、效狀態(tài)。這一功能的設置，可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。</p><p>　　當VC＞VR，A端接“0”電平時，在Tx時間內任何U2的變化都被忽略，直至Tx時間結束，即所謂不可重復出發(fā)工作方式。當VC＞VR，A端接“1”電平時，Vs可重復觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并在Tx周期內一直保持有效狀態(tài)，在Tx時間內，只要有Vs得上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻算起繼續(xù)延長一個Tx周期；若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直

18、保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結束后Vo恢復為無效狀態(tài)，并且在封鎖時間Ti時間內，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。</p><p>　　2.IC2：報警芯片C002</p><p>　　3.Y1：熱釋電紅外傳感器</p><p>　　主要由濾光鏡、熱釋電紅外光敏材料、場效應管、偏置電阻及旁路電容組成。常用熱釋電紅外光敏材料有陶瓷氧化物和壓

19、電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦及鈦鋁酸鉛等。</p><p>　　熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。在熱釋電紅外光敏材料陶瓷氧化物或壓電晶體的上、下兩個表面設置電極，表面覆以黑色薄膜。若有紅外光線間歇照射，其表面溫度上升△T，晶體內部產生自發(fā)極化現(xiàn)象，在兩個電極上產生電荷△Q，即在兩個電極上產生微弱電壓△U；當在一段時間內溫度不變化時，△T=0，熱釋電效應產生的電荷△Q與空氣中的離子結合而消失，無輸出電壓△

20、U=0。由于紅外光敏材料輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。 </p><p>　　當人體進入檢測區(qū)，人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產生△T，有△U輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，無輸出。實驗證明，傳感器不加菲涅爾透鏡，檢測距離為2m左右，加菲涅爾透鏡后，檢測距離增加到10m左右。</p><p>　　人體輻射的紅外線中心波長為9~10um，熱釋電光敏材料的波長靈

21、敏度在0.2~20um范圍內幾乎穩(wěn)定不變，傳感器頂端開設的濾光鏡片可通過波長范圍為7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。</p><p>　　菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入

22、“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。</p><p>　　4.BL：壓電蜂鳴片</p><p>　　壓電式蜂鳴器是一種電聲轉換器件。將壓電材料粘貼在金屬片上，當壓電材料和金屬片兩端施加上一個電壓后，因為壓電效應，蜂鳴片就會產生機械變形而發(fā)出聲響。壓電材料有多種，用在蜂鳴片上的壓電材料通常是高壓極化后的壓電陶瓷片。</p><

23、;p>　　壓電式蜂鳴器具有體積小、靈敏度高、耗電省、可靠性好，造價低廉的特點和良好的頻率特性。因此它廣泛應用于各種電器產品的報警、發(fā)聲用途。最常見的莫過于音樂賀卡、電子手表、袖珍計算器、電子門鈴和電子玩具等小型電子用品上作發(fā)聲器件。</p><p><b>　　第三章：電路板制作</b></p><p><b>　　一．詳細制作過程</b>

24、</p><p>　　拿到套件后，首先認真閱讀說明書，把所有的元氣件放到一個容器中，電阻器、電容器等器件很小，防止丟失，要認真識別參數(shù)。用手拿電路板時請拿邊，不要拿面，防止因手的灰塵使電路板氧化。電路板上標明了器件的參數(shù)，將對應的器件按要求插裝即可，防止插錯。</p><p>　　JC808型熱釋紅外電子狗的印刷電路圖見圖二所示。</p><p><b>

25、　　二、焊接與組裝步驟</b></p><p>　　1. 焊接電阻器（共17只）：R1：22KΩ  R2：5.1MΩ  R3：2.2MΩ R4：47KΩ  R5：2.2MΩ  R6：10KΩ  R7：470KΩ R8：2.2Ω R9：2.2MΩ   R10：22KΩ R11：270KΩ  R12：2.2MΩ  R

26、13: 270KΩ R14: 2.2Ω  R15: 270KΩ  R16:560Ω  R17: 270KΩ，振蕩電阻R15(270KΩ)與集成電路IC2報警片焊接</p><p>　　2. 焊接瓷片電容器（共7只）C3：103   C4：103    C6：103  C7：103  C9：104 

27、0; C10：102   C11：104</p><p>　　3. 焊接電解電容器（共7只）C1:47μF  C2:47μF  C5:10μF  C8:10μF C12:47μF  C13:47μF   C14:10μF， 電解電容器有極性之分，電路板上有白色斜線的端為負極 </p><p>　　4

28、. 焊接發(fā)光二極管和三腳電感</p><p>　　5. 焊接金屬跳線（J），焊接三極管(2只)    VT2:9014  VT3:9013，   重點說明:VT1:9014不用焊接，因為其工作狀態(tài)，由開關K1代替了</p><p>　　6. 集成電路、傳感器和開關的焊接</p><p>　　7. 報警集成電

29、路的焊接（先上錫）</p><p>　　8. 導線焊接在蜂鳴片上</p><p>　　9. 蜂鳴片和電池線與電路板的焊接</p><p>　　10. 菲涅爾透鏡的處理</p><p>　　11. 電池片裝入后殼中的處理</p><p>　　12. 前殼上的共鳴腔、共鳴塑料罩與壓電蜂鳴片的處理</p>&l

30、t;p>　　三．焊接過程的注意事項</p><p>　　根據(jù)電阻器腳間距離的不同，其插裝方式有立式或臥式之分；瓷介電容器和電解電容器采用立式插裝，插裝電容器時要求立式插裝并緊貼電路板，跳線J1處用焊接電阻后剪下的金屬導線代替。</p><p>　　報警音樂片IC2焊接在電路板槽口相應處，先將振蕩電阻R15焊接在報警音樂片上，然后將報警音樂片與覆銅焊接處都上錫，然后用少量錫將報警音樂片

31、下方的四個方焊盤分別與電路板覆銅的對應處相連接。</p><p>　　二極管、三極管、集成電路、熱釋傳感器焊接時注意極性。熱釋傳感器Y1上有一突出部位與電路板上突出標示相對應即可。三腳電感中的長腳插在電路板上L1出有圈圈的那個孔中，其它兩個腳順著插在另外兩個孔中即可。</p><p>　　用2根黃色導線焊接在蜂鳴片上（焊接注意溫度把握），構成了兩個腳，然后焊接在電路板的BL處。</p

32、><p>　　三個連體簧和正極片、負極簧片，構成三節(jié)電池的串聯(lián)，一般用紅色導線焊接電源正極線，黑色導線焊接電源的負極線。</p><p>　　所有元氣件在覆銅面完成焊接后，要認真檢查，防止錯焊、虛焊，保證正確插裝和焊接。</p><p>　　用剪刀將“菲涅爾透鏡”（白色塑料片）四周白色無紋路的框邊剪掉，放置在面殼中呈圓弧型，同時用固定塑料框加以固定，用電烙鐵將四個突出塑

33、料點燙溶完成固定。</p><p>　　將圓型共鳴腔置入面殼中，用電烙鐵將三個突出塑料點燙溶完成固定。將壓電蜂鳴片放在圓槽中，用電烙鐵將周邊突出塑料點燙溶完成固定，保證固定緊，這樣發(fā)聲的音量才洪亮。</p><p><b>　　四．調試與組裝過程</b></p><p>　　1．調試過程遇到的問題及解決的方法</p><p&

34、gt;　　組裝完成并認真檢查無誤后，將電路板裝入殼中并用三顆螺釘固定，同時把前、后殼扣在一起，然后裝入3節(jié)7號電池測試效果。</p><p>　　把組裝好的熱釋電子狗放在桌上并撥動開關K1打到“ON”一邊，發(fā)光二極管閃了一下之后就沒有亮但并沒有發(fā)出預想中的“報警聲”，這說明電路焊接過程中有地方出現(xiàn)問題，經過檢查后發(fā)現(xiàn)電路板上的元器件的焊接沒有出錯也沒有出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象，最后猜測是蜂鳴器在實驗過程中弄壞了，用電壓表測

35、量蜂鳴器兩端的電壓發(fā)現(xiàn)的確是蜂鳴器壞了，把蜂鳴器換掉后在重新把電路組裝好，再撥動開關K1打到“ON”一邊即可產生“報警聲”，延時一段時間后自動停止，然后可以進行熱釋紅外人體報警實驗，當人體靠近時即可產生報警聲。</p><p><b>　　2．組裝</b></p><p>　　完成整機效果后，將前、后蓋緊扣在一起，并在后蓋上插裝好萬向輪，萬向輪座可以按您的要求自行安裝

36、。注意：探頭應避免直對室外，以免閑人走動引起誤報；探頭應遠離冷熱源，例如空調出風口、暖氣等；安裝使用時應避免陽光、汽車燈光直射探頭；安裝在墻角或者墻面上，建議安裝高度在離地面1.5～3米位置，可以防止小動物誤報。</p><p><b>　　第四章．總結語</b></p><p>　　通過本次試驗，我學習了熱釋電子狗的工作原理及其用途，熟悉了一些新電子元件的功能及接法