課程設(shè)計(jì)報(bào)告--人體遙感燈光門鈴

1、<p><b>　　《課程設(shè)計(jì)報(bào)告》</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：人體遙感燈光/門鈴</p><p><b>　　2012年5月</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)家居生活安全性的要求也越來(lái)越

2、高，各種防盜探測(cè)</p><p>　　器應(yīng)運(yùn)而生。由于紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因而在防盜、</p><p>　　警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和新型材料的發(fā)展，</p><p>　　熱釋電紅外探測(cè)器的防誤報(bào)能力、控制范圍與可靠性都有了很大程度的提高，可</p><p>　　以滿足多數(shù)環(huán)境下的使用要求，

3、因此，在防盜、報(bào)警、安全、自動(dòng)控制等方面，</p><p>　　熱釋電紅外傳感器比其他類型的傳感器應(yīng)用更為廣泛。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)總體背景被設(shè)計(jì)為防盜報(bào)警系統(tǒng)電路。利用熱釋電紅外傳感器探測(cè)人體移動(dòng)產(chǎn)生的紅外變化，配以相關(guān)的信號(hào)處理電路，達(dá)到自動(dòng)報(bào)警的目的。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案</b></p>&l

4、t;p><b>　　（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意</b></p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述</b></p><p>　　當(dāng)有人體進(jìn)入傳感器探測(cè)區(qū)域，人體發(fā)出的紅外線經(jīng)由菲涅爾透鏡吸收后，送入熱釋電紅外傳感器。傳感器根據(jù)人體遠(yuǎn)近以及移動(dòng)快慢輸出不同的電信號(hào)。此電信號(hào)比較微弱，并且雜波較多，需要經(jīng)過(guò)一定的放大濾波電路進(jìn)行處理后才可使用?？梢愿鶕?jù)

5、需要報(bào)警的外部危險(xiǎn)程度來(lái)確定一個(gè)電壓比較范圍，用以判決報(bào)警與否。此報(bào)警信號(hào)送入報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路用以驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊，進(jìn)行報(bào)警工作。設(shè)計(jì)中，在信號(hào)延時(shí)的地方設(shè)置一個(gè)開關(guān)延時(shí)電路，目的是為了防止工作人員在打開報(bào)警器電路時(shí)由于自身移動(dòng)所造成的錯(cuò)誤報(bào)警。這里也充分體現(xiàn)出了人性化的思想。</p><p><b>　　3.電路原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?

6、）原理圖示意</b></p><p><b>　?。?）原理圖簡(jiǎn)述</b></p><p>　　A. 前置放大濾波電路</p><p>　　由于熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)十分微弱，因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)異的前置放大</p><p>　　電路就顯的尤為重要。此部分電路的核心為三片LM358運(yùn)算放大器，采用級(jí)聯(lián)方式提高放

7、大倍數(shù)。一級(jí)放大約9倍，二級(jí)放大約100倍，三級(jí)放大約80倍。在三片放大器之間穿插兩個(gè)濾波電路。采用低通和高通串聯(lián)的RC電路，有一定的信號(hào)衰減作用，中心頻率約為1HZ。</p><p>　?。ǜ剑簽V波電路仿真效果圖）</p><p><b>　　B.電壓比較電路</b></p><p>　　此部分電路采用最為簡(jiǎn)單的單向運(yùn)放電壓比較器。由前置放大

8、電路產(chǎn)生的電壓信號(hào)送入比較器的負(fù)相輸入端，當(dāng)信號(hào)足夠大，超過(guò)基準(zhǔn)電壓值則會(huì)輸出一個(gè)低電平。此基準(zhǔn)電壓是根據(jù)設(shè)定的報(bào)警門限所確定的可調(diào)值，也可以認(rèn)為是調(diào)節(jié)報(bào)警器的靈敏性。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，比較器維持一個(gè)高電平輸出。</p><p>　　C.信號(hào)延時(shí)&開關(guān)延時(shí)電路</p><p>　　此模塊電路采用NE555芯片構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器。前端芯片，由電壓比較器輸出的低電平信號(hào)到來(lái)時(shí)，前端NE55

9、5將會(huì)輸出一個(gè)延時(shí)高電平脈沖，延時(shí)時(shí)間約為1.1RC=11秒。后端芯片為NE555組成的開關(guān)延時(shí)電路，下面簡(jiǎn)述其原理。</p><p>　　接入電源后，與2，6引腳連接的RC開始進(jìn)行充電工作。電容采用10uF極性電容，正極接Vcc，負(fù)極接1M電阻后接地。充電過(guò)程中，電容兩端電壓差不斷擴(kuò)大，因而其負(fù)極端的電位由高電位逐漸降低，最后充電完成，電位達(dá)到接近0，同樣，充電時(shí)間約為11秒。在此11秒時(shí)間內(nèi)，2引腳作為后端N

10、E555的輸入腳，一直接受一個(gè)減小的高電位，因而此555輸出一直維持低電平。</p><p>　　注意到，后端輸出腳3接入到前端555的4引腳，即清零端。因此，在起初的11秒時(shí)間內(nèi)，前端555沒(méi)有進(jìn)入工作狀態(tài)，故而無(wú)任何輸出。待11秒延時(shí)完成后，后端555的2腳跳變?yōu)榈碗娖?，才輸出一個(gè)穩(wěn)定的高電平送入前端555的4腳，前端555進(jìn)入正常工作狀態(tài)，等待前置電路的信號(hào)輸入。</p><p>　

11、　這樣，電路就起到了開關(guān)延時(shí)的作用，避免了錯(cuò)誤報(bào)警。</p><p><b>　　D.報(bào)警電路</b></p><p>　　由信號(hào)延時(shí)電路3腳輸出的延時(shí)高電平信號(hào)送入報(bào)警電路，打通9013NPN型三極管PN結(jié)，LED燈和蜂鳴器正負(fù)兩端產(chǎn)生電壓差，開始報(bào)警。而在沒(méi)有信號(hào)到來(lái)時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，LED燈和蜂鳴器一端接Vcc，另一端相當(dāng)于未接入電路，因而報(bào)警器不會(huì)工作。

12、</p><p>　　4.設(shè)計(jì)和調(diào)試中的問(wèn)題</p><p>　?。?）放大器芯片選擇</p><p>　　起初設(shè)計(jì)時(shí)使用的是LM324放大芯片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放大情況比較糟糕。后來(lái)通過(guò)查閱相關(guān)技術(shù)資料，得知LM324為正負(fù)雙電源供電芯片，若是單電源，則需要將運(yùn)放正輸入端偏置在1/2Vcc。因此，我們換了放大器芯片的選擇，改用可單電源供電的LM358芯片。改變之后，發(fā)現(xiàn)放

13、大效果相當(dāng)好，于是就確定了放大器芯片的選擇問(wèn)題。</p><p>　　LM324 LM358</p><p>　?。?）放大和濾波的先后問(wèn)題</p><p>　　先放大還是先濾波，這個(gè)問(wèn)題開始沒(méi)有在意，于是設(shè)計(jì)的是濾波再放大。后來(lái)在老師的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)中的這個(gè)錯(cuò)誤，改用先放大再濾波的結(jié)構(gòu)。</p><p

14、>　　因?yàn)镽C濾波電路在濾波的同時(shí)，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生一定衰減，如何不先放大，那么信號(hào)被衰減得很小之后，很難進(jìn)行放大作用。</p><p>　?。?）放大器反饋電阻</p><p>　　在使用同相放大電路時(shí)，剛開始我們接入的反饋電阻比較小，結(jié)果發(fā)現(xiàn)放大效果不佳，無(wú)法達(dá)到信號(hào)放大目的。后來(lái)改用較大的電阻，用千歐姆級(jí)以上甚至兆歐姆級(jí)的電阻后，放大效果得到了明顯的改觀。經(jīng)過(guò)查閱資料，也顯示了這

15、一改動(dòng)的正確性。比如用同相放大電路將信號(hào)放大100倍，另可使用10K電阻配以1M電阻，而不用10K電阻和0.1K電阻。 </p><p><b>　　（4）信號(hào)放大倍數(shù)</b></p><p>　　運(yùn)算放大器的放大輸出是有上限的，即約小于供電電壓。因而放大倍數(shù)不宜過(guò)大，否則放大輸出超過(guò)上限之后，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍將被截止，失去傳感信號(hào)的功能。靜態(tài)時(shí)的放大信號(hào)應(yīng)當(dāng)被控制

16、在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，所以放大倍數(shù)應(yīng)當(dāng)充分考慮到使靜態(tài)輸出信號(hào)較小。</p><p><b>　　（5）電壓比較門限</b></p><p>　　電壓比較器作為判決報(bào)警與否的重要環(huán)節(jié)，其基準(zhǔn)電壓的設(shè)定尤為重要。由于D204B熱釋電紅外傳感器比較靈敏，其輸出電壓不會(huì)一直穩(wěn)定不變，而會(huì)在一定小的范圍內(nèi)來(lái)回跳變，因此放大輸出電壓也會(huì)跟著跳變。起初設(shè)定的時(shí)候，沒(méi)有考慮這個(gè)問(wèn)題，基

17、準(zhǔn)電壓設(shè)定過(guò)低，導(dǎo)致電路經(jīng)常會(huì)自己報(bào)警。后來(lái)經(jīng)過(guò)測(cè)試各點(diǎn)電壓信號(hào)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題。于是將基準(zhǔn)電壓調(diào)高后，此問(wèn)題得到了解決。</p><p>　　5.測(cè)試情況描述及分析</p><p>　　1.線路情況：各點(diǎn)信號(hào)全部通達(dá)。</p><p>　　2.信號(hào)穩(wěn)定情況：各點(diǎn)信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，只是各級(jí)放大輸出信號(hào)有較小波動(dòng)。</p><p>　　3.探測(cè)距離

18、情況：未加菲涅爾透鏡時(shí)，最遠(yuǎn)可達(dá)約100cm左右。</p><p>　　4.主要信號(hào)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)情況：</p><p>　　可以看到，輸出信號(hào)的區(qū)分度逐級(jí)變大，便于報(bào)警判決。</p><p><b>　　6.成本</b></p><p>　　制作所用的元件來(lái)源分為三部分，網(wǎng)購(gòu)元件、市場(chǎng)購(gòu)買的元件以及已有元件。</p&

19、gt;<p><b>　　1.網(wǎng)購(gòu)部分</b></p><p>　　2.電子市場(chǎng)購(gòu)買部分</p><p><b>　　3.已有元件</b></p><p>　　已有元件全部為各個(gè)阻值的電阻，不計(jì)入成本。</p><p>　　經(jīng)統(tǒng)計(jì)，總成本費(fèi)用為88元。</p><p

20、><b>　　7.感想體會(huì)</b></p><p>　　1.理論與實(shí)踐有一定差別，要靈活對(duì)待。不可完全依賴?yán)碚?，亦不可拋棄理論?lt;/p><p>　　2.要有鍥而不舍、堅(jiān)持到底的科學(xué)精神（態(tài)度）。</p><p>　　3.合作溝通、團(tuán)隊(duì)意識(shí)比較缺乏，有待加強(qiáng)。</p><p>　　8.小組成員貢獻(xiàn)及個(gè)人評(píng)分<

21、/p><p><b>　　9.主要參考資料</b></p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分》</p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)—數(shù)字部分》</p><p>　　《實(shí)用傳感器接口電路實(shí)列》</p><p>　　《熱釋電紅外傳感器放大電路的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用》</p><p>