熱釋電紅外自動節(jié)能燈設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 熱釋電紅外自動節(jié)能燈設(shè)計 </p><p>　　課 程 名 稱 數(shù)字電路和模擬電路 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 電氣工程系、09自動化 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 &

3、lt;/p><p>　　2011年12月20日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　人體是一特定波長紅外線的發(fā)射體，由紅外傳感器檢測到這種紅外線的變化并予以放大選頻處理后，可以推動適當(dāng)?shù)呢?fù)載，此乃人體紅外自動開關(guān)。這一檢測技術(shù)較之超聲、啞聲、微波方式更為靈敏與準(zhǔn)確。它要求PIR熱釋電人體紅外傳感器的信號放大處理電路有很高的

4、靈敏度并要能準(zhǔn)確鑒別生物體與非生物體的運動，使誤動作率降到最低。且體積小，自耗電微少。采用熱釋電紅外傳感器及專用單片集成電路構(gòu)成的這種開關(guān)能成為人到燈亮、人走燈滅。它安裝方便，可直接替換86型面板式開關(guān)，無需改動市電線路基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，當(dāng)有人進(jìn)入開關(guān)感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，開關(guān)自動接通負(fù)載，人不離開感應(yīng)范圍，開關(guān)將持續(xù)接通；人離開后，開關(guān)延時自動關(guān)閉負(fù)載。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能。&#

5、160; </p><p>　　關(guān)鍵詞： 紅外線、電子熱視紅外傳感器、菲涅爾鏡片</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　

6、　第2章 總體原理2</p><p><b>　　2.1紅外線2</b></p><p>　　2.2紅外傳感器2</p><p>　　2.3熱視電紅外線傳感器的原理3</p><p>　　2.4選擇合適的接地點...................................</p><

7、;p>　　第3章 電路分析5</p><p>　　3.1典型電路分析一5</p><p>　　3.2典型電路分析二5</p><p>　　3.3菲涅爾鏡片..........................................</p><p><b>　　3.4調(diào)試7</b></p>

8、;<p>　　第4章 結(jié)果與分析及其應(yīng)用8</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　注：1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各

9、1份。</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：</p><p>　　邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）評閱表</p><p>　　學(xué)生姓名 鄧玲已 學(xué) 號 0941202065 &l

10、t;/p><p>　　系 電氣工程系 專業(yè)班級 09自動化 </p><p>　　題目名稱 熱視電紅外自動節(jié)能燈設(shè)計 課程名稱 數(shù)字電路和模擬電路 </p><p&

11、gt;<b>　　一、學(xué)生自我總結(jié)</b></p><p><b>　　二、指導(dǎo)教師評定</b></p><p>　　注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評分標(biāo)準(zhǔn)確定。</p><p><b>　　第一章&l

12、t;/b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　人體感應(yīng)模塊是根據(jù)人體能夠發(fā)出紅外線這一機(jī)能而設(shè)計出來的一種新型產(chǎn)品，它由紅外感應(yīng)器（PIR）和兩級放大電路組成，如圖1所示。其中被動式紅外目標(biāo)探測頭（PIR）是人體感應(yīng)模塊的核心部件，其表面有一個用PE塑料電鑄而成的菲涅爾鏡片，能夠?qū)⒏袘?yīng)范圍內(nèi)的紅外光譜收集到探測頭。當(dāng)感應(yīng)到人體時，PI

13、R探測頭透過鏡片聚焦的紅外光譜轉(zhuǎn)換成電信號，送到IC1第10腳進(jìn)行放大，調(diào)節(jié)WI，可改變感應(yīng)距離。IC1內(nèi)部將此信號進(jìn)行比較處理，濾除噪聲干擾，送入IC2第1腳進(jìn)行真?zhèn)涡盘栬b別、刪除雜波干擾信號，將人體信號放大值輸出到第11腳，調(diào)節(jié)W2，可改變感應(yīng)時間，適應(yīng)生產(chǎn)需要。 </p><p><b>　　第二章</b></p><p><b>　　總體原理<

14、/b></p><p><b>　　2.1紅外線</b></p><p>　　紅外線是一種電磁波,在電磁波譜中的位置是處于紅外端,波長范圍大致是0.76um—1000um。紅外線與可見光、紫外線、Ｘ射線、γ射線及無線電波一起,構(gòu)成了無限連續(xù)的電磁波。理論分析和實驗研究表明,不僅陽光中有紅外線,而且任何物體,只要溫度高于絕對零度,就在不停地輻射紅外線。因此,紅外線

15、普遍存在于自然界中。我們?nèi)梭w也是一個紅外輻射源，它與室內(nèi)其它背景物體不但在紅外輻射能量方面有所不同，而且各自輻射的紅外線的峰值波長也不相同，人體輻射的紅外峰值波長約在10um處. 紅外人體感應(yīng)帶繼電器控制的控制板       </p><p>　　任何發(fā)熱體都會產(chǎn)生紅外線， 輻射的紅外線波長跟物體溫度有關(guān)。表面溫度越高,輻射能量越強(qiáng)。最強(qiáng)波長和溫度的關(guān)

16、系滿足λm*T=2989（um.k）人體的正常體溫為36~37.5。C ，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長為9.67~9.64um，中心波長為9.65um。</p><p><b>　　2.2紅外傳感器</b></p><p>　　PIR紅外傳感器（又稱紅外熱釋電傳感器），這種材料具有熱釋電效應(yīng)。所謂熱釋電效應(yīng)是指該種材料中自發(fā)極化的強(qiáng)度隨溫度的變化而變化的效應(yīng)。電介質(zhì)在外

17、加電場的作用下會產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象，即會使電介質(zhì)的一個表面帶有正電荷，而另一個表面帶有負(fù)電荷。對于熱釋電材料來說，在外加電壓去掉后，仍可自行保持著這種電極化狀態(tài)的現(xiàn)象就稱為是“自發(fā)極化”現(xiàn)象。這種自發(fā)極化的強(qiáng)度與溫度有關(guān)。溫度升高，極化強(qiáng)度降低，即單位面積上的電荷減少。用熱釋電材料制成厚度極薄的片，并使之形成自發(fā)極化。當(dāng)它受到紅外輻射源的照射時，薄片的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，表面電荷將減少。通常將釋放掉的這部分電荷就稱為熱釋電電荷。由于

18、熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路所轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。 紅外傳感器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個方向的紅外輻射能量經(jīng)反射或特殊的透鏡透射后全都集中在紅外傳器上。這樣，紅外探測器就可以探測到某一個立體防范空間內(nèi)輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動的人體等目標(biāo)時，由于所有的背景物體在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸</p&

19、gt;<p>　　PIR紅外傳感器的探測波長范圍是8—14um，由于人體的紅外輻射波長正好在此探測波長范圍之內(nèi)，因此能較好地探測到活動的人體。</p><p>　　2.3熱釋電紅外線感應(yīng)器的原理</p><p>　　由外殼和菲涅耳透鏡、PIR紅外傳感器、專用IC（WT8072）等電路組成熱釋電紅外線感應(yīng)器，已經(jīng)做好PCB板并調(diào)試成功。原理圖如下所示：</p>&

20、lt;p>　　熱釋電紅外線感應(yīng)器在圖像監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　由圖4中可以看出，監(jiān)控系統(tǒng)是由多畫面處理器、攝像頭、監(jiān)視器、延時錄像機(jī)以及傳感器等部分組成的。多個攝像頭可以用于同時監(jiān)看多個場所，操作員可以遠(yuǎn)程控制云臺來調(diào)整每個攝像頭的位置以對準(zhǔn)所關(guān)心的目標(biāo)。根據(jù)實際需要，可以為系統(tǒng)配備不同數(shù)目的監(jiān)視器。例如普通的監(jiān)控系統(tǒng)一般都配備兩臺監(jiān)視器，主監(jiān)視器主要用來顯示多畫面，另外一臺則用來單獨監(jiān)看某一路

21、圖像或者各路的順序切換圖像。對于某些極其重要的監(jiān)控點應(yīng)該專門配備一臺監(jiān)視器。延時錄像機(jī)是每個監(jiān)控系統(tǒng)必不可少的重要部分，其功能是每隔一定的時間在磁帶上記錄一段各路的圖像信號，它所錄制的信息在很多時候能為案件的偵破提供重要的線索和證據(jù)。由于監(jiān)控系統(tǒng)一般都是24小時連續(xù)工作的，錄像機(jī)不可能記下每一時刻的圖像信息，所以一般都會根據(jù)實際情況調(diào)整延時錄像機(jī)的采樣間隔時間。大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)都會配備報警傳感器，這些傳感器一般都安裝在監(jiān)控現(xiàn)場的某些敏感區(qū)

22、域，如果現(xiàn)場出現(xiàn)例如火災(zāi)、特殊氣味等情況，傳感器就會立即給監(jiān)控中心發(fā)出報警信號。以上幾個部分都屬于監(jiān)控系統(tǒng)的外設(shè)，不同的系統(tǒng)會根據(jù)實際需要進(jìn)行不同的配置，而多畫面處理器卻是所有監(jiān)控系統(tǒng)的核心。它相當(dāng)于整個系統(tǒng)的大腦，所有從外</p><p>　　2.4選擇合理的接地點 </p><p>　　在各級放大電路中，如果接地點安排不當(dāng)，也會造成嚴(yán)重的干擾。例如，在附圖 4 － 3 中，同一臺電子設(shè)

23、備的放大器， 由前置放大級和功率放大級組成。當(dāng)接地點如圖中實線所示時，功率級的輸出電流是比較大的，此電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生的壓降，與電源電壓一起，作用于前置級，引起擾動，甚至產(chǎn)生振蕩。還因負(fù)載電流流回電源時，造成機(jī)殼（地）與電源負(fù)端之間電壓波動，而前置放大級的輸入端接到這個不穩(wěn)定的“地”上，會引起更為嚴(yán)重的干擾。如將接地點改成圖中虛線所示，則可克服上述弊端。 </p><p><b>　　附圖 4 － 3&l

24、t;/b></p><p><b>　　第三章</b></p><p><b>　　電路分析</b></p><p>　　3.1典型電路分析一</p><p>　　具體電路應(yīng)用設(shè)計分析(一)</p><p>　　電路中VT3、C7、R8、~R10組成開機(jī)延時電路。當(dāng)開機(jī)

25、時，開機(jī)人的感應(yīng)會使IC3輸出高電平，造成誤觸發(fā)。開機(jī)延時電路在開機(jī)的瞬間，由電容C7 的充電作用而使VT3導(dǎo)通，這樣就使IC3輸出的高電平經(jīng)VT3通地，VT2可以保持截狀態(tài)，防止了開機(jī)誤觸發(fā)。開機(jī)延時時間由C7與R8的時間常數(shù)決定，約20秒。探頭接收到人體釋放的熱釋紅外信號,經(jīng)VT1、IC2兩級放大,輸入電壓比較器IC3。其中RP為參考電壓調(diào)節(jié)電位器，用來調(diào)節(jié)電路靈敏度，也就是探測范圍。平時，參考電壓（IC3的（2）腳電壓）高于IC2

26、的輸入電壓（IC3的（3）腳電壓），IC3輸出低電平。 </p><p>　　當(dāng)有人進(jìn)入探測范圍時，探頭輸出探測電壓，經(jīng)VT1和IC2放大后使信號輸出電壓高于參考電壓，這時 IC3的（6）腳輸出高電平，三極管VT2導(dǎo)通，繼電器J1能通電吸合，接通開關(guān)。</p><p>　　3.2典型電路分析二</p><p>　　上圖中，運算放大器OP1將熱釋

27、電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器OP2進(jìn)行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)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，輸出信號Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動繼電器去接通負(fù)載。</p><p><b>　　3.3菲涅爾鏡片</b></p><p>　　菲涅爾鏡片是紅外線探頭的“眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，配用得

28、當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動作和漏動作，致使用戶或者開發(fā)者對其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷</p><p>　　菲涅爾透鏡的作用有兩個：</p><p>　　一是聚焦作用，即將探測空間的紅外線有效地集中到傳感器上。不使用菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑不足2米，只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。配上菲涅爾透鏡時傳感器的探測半徑可達(dá)到10米。

29、 </p><p>　　第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號。  </p><p><b>　　3.4調(diào)試</b></p><p><b>　　自激振蕩的消除 </b></p><p>　　檢查放大器是否發(fā)

30、生自激振蕩，可以把輸入端短路，用示波器（或毫伏表）接在放大器的輸出端進(jìn)行觀察， 如附圖 4 － 4 所示波形。自激振蕩和噪聲的區(qū)別是，自激振蕩的頻率一般為比較高的或極低的數(shù)值，而且頻率隨著放大器元件參數(shù)不同而改變（甚至撥動一下放大器內(nèi)部導(dǎo)線的位置，頻率也會改變），振蕩波形一般是比較規(guī)則的，幅度也較大，往往使三極管處于飽和和截止?fàn)顟B(tài)。 </p><p><b>　　附圖 4 － 4</b>&l

31、t;/p><p>　　高頻振蕩主要是由于安裝、布線不合理引起的。例如輸入和輸出線靠的太近，產(chǎn)生正反饋作用。對此應(yīng)從安裝工藝方面解決，如元件布置緊湊，接線要短等。也可以用一個小電容（例如 1000PF 左右）一端接地，另一端逐級接觸管子的輸入端，或電路中合適部位，找到抑制振蕩的最靈敏的一點（即電容接此點時，自激振蕩消失），在此處外接一個合適的電阻電容或單一電容（一般 100PF ～ 0.1 μ F ，由試驗決定）， 進(jìn)

32、行高頻濾波或負(fù)反饋，以壓低放大電路對高頻信號的放大倍數(shù)或移動高頻電壓的相位，從而抑制高頻振蕩（如附圖 4 － 5 所示）。 </p><p>　　(a) 　　　　　　　　　　　　　(b) </p><p><b>　　附圖 4 － 5 </b></p><p>　　低頻振蕩是由于各級放大電路共用一個直流電源所引起。如附圖 4-6 所示，因為電源

33、總有一定的內(nèi)阻 R O ，特別是電池用得時間過長或穩(wěn)壓電源質(zhì)量不高，使得內(nèi)阻 R O 比較大時，則會引起 處電位的波動， 的波動作用到前級，使前級輸出電壓相應(yīng)變化，經(jīng)放大后，使波動更歷害，如此循環(huán)，就會造成振蕩現(xiàn)象。最常用的消除辦法是在放大電路各級之間加上“去耦電路”如圖中的 R 和 C ，從電源方面使前后級減小相互影響。去耦電路 R 的值一般為幾百歐，電容 C 選幾十微法或更大一些。 </p><p>　　電路

34、調(diào)試主要是調(diào)節(jié)電位器RB，選擇合適的參考電壓，以達(dá)到最佳靈敏度。 </p><p><b>　　第四章</b></p><p><b>　　結(jié)果與分析及其應(yīng)用</b></p><p>　　1.“有電，危險”安全警示電路 用于有電的場合，當(dāng)有人進(jìn)入這些場合時，通過發(fā)出語音和聲光提醒人們注意安全。2.自動門 主要用于銀行、賓

35、館。當(dāng)有人來到時，大門自動打開，人離開后又自動關(guān)閉。3.紅外線防盜報警器 用于銀行、辦公樓、家庭等場合的防盜報警。4.高速公路車輛車流計數(shù)器 </p><p>　　5.自動開、關(guān)的照明燈，人體接近自動開關(guān)等。</p><p>　　當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當(dāng)?shù)慕咕啵t外光正好被探頭接

36、收，探頭將光信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負(fù)載工作。整個接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　主編張克農(nóng) .數(shù)字電子技術(shù). 高教出版社出版.第一版.2006年</p><p>　　彭介華主編《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》.高教出版社出版.第一版.2002年</p