自動(dòng)人體紅外線感應(yīng)開關(guān)論文正文

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　1.1 課題的背景與目的</p><p>　　目前傳統(tǒng)的按鍵式和拉線式開關(guān)仍然是照明開關(guān)的主體，憑借其較為簡單的結(jié)構(gòu)、低廉的售價(jià)和方便的安裝使用方法，牢固地占領(lǐng)著市場。然而，現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量的需求變化，已使傳統(tǒng)的開關(guān)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。特別是電能的大量浪費(fèi)，按照國標(biāo)，優(yōu)質(zhì)燈泡在正

2、常使用情況下，平均壽命在壹千小時(shí)左右，而普通燈泡則更短。如果走廊是夜間常明燈，每年除燈泡損耗費(fèi)用外還要有一百多度電的損耗，加上更換燈泡等人工費(fèi)用，每年每個(gè)燈消耗近百元，這不僅浪費(fèi)大量能源，而且由于頻繁更換燈泡造成維修工作量加大，有時(shí)有些場所走廊由于無人及時(shí)維修管理，許多樓梯晚上漆黑一片，給人們生活帶來許多不便，因此人們?cè)絹碓疥P(guān)注其他有效的照明燈開關(guān)方式高，國家的有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)也不斷的加強(qiáng)，九九最新發(fā)布的《住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定，

3、住宅公共部分應(yīng)設(shè)人工照明，除高層住宅的電梯廳和應(yīng)急照明外，均應(yīng)采用節(jié)能自熄開關(guān)。</p><p>　　隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市, 住宅電子化出現(xiàn)。近幾年樓宇智能化（智能家居是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、自動(dòng)化和智能化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體的高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的家居環(huán)境。）又飛速發(fā)展起來，其中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照明系統(tǒng)可以減少電能浪費(fèi)成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化住宅的

4、重要一筆。本課題從實(shí)際出發(fā)，準(zhǔn)備對(duì)紅外線樓道自動(dòng)照明系統(tǒng)進(jìn)行探索隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,工業(yè),農(nóng)業(yè),商業(yè),教育等等行業(yè)的用電量都大幅度增加,在這種情況下電能的浪費(fèi)成為人們普遍關(guān)注的問題.</p><p>　　1.2 照明開關(guān)的發(fā)展過程</p><p>　　在遠(yuǎn)古時(shí)代,人類利用自然光源,太陽給了人類及所有生物生存的機(jī)會(huì),但對(duì)于夜晚人類卻無能為力.接著聰明的人類發(fā)現(xiàn)了火,用火照明應(yīng)該是人類照明史上

5、的里程碑.中外歷史上蠟燭都起了重要作用,陪伴人類度過慢慢數(shù)千年,直到天才發(fā)明家愛迪生在照明史上添上精彩的一筆.電燈無疑已經(jīng)成為現(xiàn)代生活中不可或缺的商品.</p><p>　　目前傳統(tǒng)的按鍵式和拉線式開關(guān)仍然是照明開關(guān)的主體,  傳統(tǒng)照明單控電路特點(diǎn)： a)控制開關(guān)直接在負(fù)載回路中。</p><p>　　b)當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，需相應(yīng)增大控制開關(guān)的容量。</p><p

6、>　　c)當(dāng)開關(guān)離負(fù)載較遠(yuǎn)時(shí)，大截面電纜用量增加。</p><p>　　d)只能實(shí)現(xiàn)簡單的開關(guān)功能</p><p>　　e)傳統(tǒng)控制采用手動(dòng)開關(guān)，必須一路一路地開或者關(guān)</p><p>　　f)傳統(tǒng)控制對(duì)照明的管理是人為化的管理。</p><p>　　傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、售價(jià)低廉和安裝使用方便,一直是照明燈具市場的主角,隨著技術(shù)的進(jìn)

7、步,人民生活水平的提高,這種燈暴露出來許多不足:其一,由于是手動(dòng)開關(guān),人們?cè)谝黄岷谥胁坏貌幻麟姛糸_關(guān),給人們生活帶來很多不便.其二,電能浪費(fèi)嚴(yán)重,特別是在學(xué)校,工廠等集體生活的地方,照明燈經(jīng)常在光線充足的白天也工作,這不僅浪費(fèi)電能,而且也造成燈泡常被燒壞,若不能及時(shí)修理又會(huì)產(chǎn)生其他不方便.其三,電子技術(shù),自動(dòng)控制技術(shù),傳感器技術(shù)的快速發(fā)展使人們?cè)絹碓絻A向于照明設(shè)備的自動(dòng)控制.</p><p>　　1.3 現(xiàn)

8、代照明開關(guān)簡述</p><p>　　現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量的需求變化，已使傳統(tǒng)的開關(guān)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。目前傳統(tǒng)的按鍵式和拉線式開關(guān)仍然是照明開關(guān)的主體,但自從人們發(fā)現(xiàn)了無線電波，就開始用無線電來遙控了。航空愛好者用無線電收發(fā)裝置來操縱模型飛機(jī)，艦?zāi)酆谜哂脽o線電來操縱模型艦艇。聲音、超聲波、無線電波都可以用作傳遞信號(hào)的媒體，傳遞命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱。這些方法在一定程度上節(jié)省了電能。針對(duì)問題，市

9、場上的照明開關(guān)也是層出不窮，主要有聲光控開關(guān)、觸摸式延時(shí)開關(guān)、紅外開關(guān)，感應(yīng)式開關(guān)等、經(jīng)過多年的使用，就對(duì)其特點(diǎn)、價(jià)格、性能、市場品牌、使用效果、安裝、 壽命等進(jìn)行了比較，其中觸摸式、聲光控在各方面表現(xiàn)非常一般，而紅外開關(guān)，感應(yīng)式開關(guān)卻表現(xiàn)優(yōu)異。</p><p>　　走廊里的聲控電燈是一種遙控裝置。當(dāng)人們走路的聲音，說話的聲音傳到燈頭上的聲控開關(guān)時(shí)，電路就被自動(dòng)接通了。當(dāng)然，聲控開關(guān)旁邊還要有個(gè)延時(shí)開關(guān)，就是使電

10、路只能接通幾分鐘，然后再自然地?cái)嗟簟＿@樣既可以省電，又可以延長電燈的壽命。聲控電燈，只有一個(gè)命令：接通！這很簡單。但其品種多，市場較亂，價(jià)格從幾元到二十多元不等，由于聲控本身感應(yīng)元器件屬于機(jī)械式，所以易受機(jī)械疲勞影響，很難克服初裝時(shí)靈敏度較好而后期靈敏度低形象。因此，聲光控開關(guān)在使用的后期，只有靠人為制造噪聲才能觸發(fā)，如想要燈亮需要大聲咳嗽，或跺腳這顯然打擾了別人的安靜，特別是夜間往往影響睡覺的人。另外聲光控易響應(yīng)于自然界所有較大聲響（

11、如雷聲、汽車?yán)嚷暋⑵嚱?jīng)過時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)聲、裝修房間的電鉆聲、開關(guān)防盜門聲等），誤動(dòng)作較多。有的住戶在房屋裝修時(shí)就對(duì)開關(guān)有很大影響，人未住進(jìn)就有開關(guān)損壞。由于部分價(jià)低質(zhì)劣的聲光控開關(guān)混入市場，給用戶造成電子開關(guān)都?jí)勖?，都不可靠的印象。而觸摸式除了易受損壞，不安全外，還有傳染病菌的弊病，很難在公關(guān)場所應(yīng)用，特別是在醫(yī)院這樣人員復(fù)雜的場所。因此要真正用好自熄開關(guān)，改善人們居住條件，必須要在市場中尋求真正高效節(jié)電，方</p>&l

12、t;p>　　縱觀照明控制技術(shù)的發(fā)展，從原始的開關(guān)控制到接觸器繼電器控制，發(fā)展到PLC控制；隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，照明控制也跟隨著一起發(fā)展。在實(shí)際工程案例中出現(xiàn)了集散型控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，尤其是近幾年，國內(nèi)外陸續(xù)開發(fā)出專業(yè)性強(qiáng)的智能型照明控制系統(tǒng)。例如：奇勝C-BUS智能照明控制系統(tǒng)，澳洲邦奇智能照明，美國路創(chuàng)智能照明系統(tǒng)；還有些像索恩、飛利浦等專業(yè)照明公司也推出自己的智能照明控制系統(tǒng)；國內(nèi)也有很多智能照明的廠家，推出

13、智能家居、智能小區(qū)、智能辦公室、智能樓宇等專業(yè)控制系統(tǒng)。</p><p>　　現(xiàn)代建筑中的照明不僅要求能為人們的工作、學(xué)習(xí)、生活提供良好的視察條件，能利用燈具造型和光色協(xié)調(diào)營造出具有一定風(fēng)格和美感的室內(nèi)環(huán)境以滿足人們和心理和生理要求，而且還要考慮到管理智能化和操作簡單化以及靈活適應(yīng)未來照明布局和控制方式變更要求。一個(gè)優(yōu)秀的智能照明系統(tǒng)有僅可以提升照明環(huán)境的品質(zhì)，還必須做到充分利用和節(jié)約能源。</p>

14、<p>　　1.4 熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)簡述</p><p>　　用熱釋電紅外探頭并對(duì)探頭接收到的微弱信號(hào)加以放大，然后驅(qū)動(dòng)繼電器，可以制成熱釋電人體感應(yīng)開關(guān)。它可應(yīng)用于電燈的節(jié)能自動(dòng)開關(guān)、自動(dòng)門、安全防護(hù)、防盜等設(shè)備中。人體會(huì)發(fā)射特定波長紅外線. 用專門設(shè)計(jì)的傳感器就可以針對(duì)性的檢測這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生控制信號(hào)。這

15、種專門設(shè)計(jì)的探頭只對(duì)波長為10μm左右的紅外輻射敏感，人體都有恒定的體溫，一般在37度，會(huì)發(fā)射10um左右的特定波長紅外線，所以除人體以外的其他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號(hào)輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱

16、釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測信號(hào)。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(dòng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載，此乃人體紅外自動(dòng)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</p><p>　　2 照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 照明系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)比如說,以前的工廠,

17、 公司,學(xué)校等. 是人為控制的。是以照明配電箱通過手動(dòng)開關(guān)來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。傳統(tǒng)的照明電路只是為燈提供一定的電壓使其發(fā)光,這種燈只,具有很大弊端,特別是在一些集體工作地。而今出現(xiàn)的建筑物自控(BA)系統(tǒng)，是以電氣觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等功能。</p><p>　　2.2 人體紅外線樓道自動(dòng)照明系統(tǒng)電路</p><p>　　該電路

18、的主要元件是熱釋電紅外傳感器，因其抗干擾性好、探測靈敏度高、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、自動(dòng)門、 感應(yīng)燈、自動(dòng)水閥、自動(dòng)馬達(dá)控制等工業(yè)和生產(chǎn)領(lǐng)域 。BISS0001是專為熱釋電紅外傳感器（PIR）配套設(shè)計(jì)的集成電路，采用 CMOS工藝制造，具有性能指標(biāo)高、一致性好、功耗低、外圍電路簡單、安裝調(diào)試方便、工作可靠性高等優(yōu)。</p><p><b>　　外圍電路元件說明：</b>&l

19、t;/p><p>　　PIR感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波進(jìn)入芯片內(nèi)部進(jìn)行放大，與基準(zhǔn)電壓比較,如果判斷有觸發(fā)，運(yùn)放輸出高電平。這時(shí)候計(jì)時(shí)檢測電路開始計(jì)時(shí)，計(jì)滿一定內(nèi)部時(shí)鐘周期，跳變?yōu)楦撸杀苊庹`觸發(fā)）。上圖中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)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(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體

20、管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。</p><p>　　上圖中，R3為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，值為Tx≈24576xR9C7；觸發(fā)封鎖時(shí)間

21、Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，值為Ti≈24xR10C6。</p><p>　　3 熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)系統(tǒng)</p><p><b>　　3.1 傳感器</b></p><p>　　傳感器簡介：傳感器是將感受的物理量、化學(xué)量等信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)男盘?hào)的裝置。電信號(hào)易于傳輸和處理，所以大多數(shù)的傳感器是將物理量等信息轉(zhuǎn)換成

22、電信號(hào)輸出的。例如傳聲器(話筒)就是一種傳感器，它感受聲音的強(qiáng)弱，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。又如電感式位移傳感器能感受位移量的變化，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。</p><p>　　3.1.1 傳感器定義及發(fā)展</p><p>　　傳感器感受一種量并把它轉(zhuǎn)換成另一種量，這種轉(zhuǎn)換也可以看成是能量的轉(zhuǎn)換，因此在某些領(lǐng)域如生物醫(yī)學(xué)工程等中，也稱為換能器。</p><p>　　

23、傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。在自動(dòng)測量過程或控制系統(tǒng)中，首先由傳感器感受被測量，而后把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，供顯示儀表指示或用以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果傳感器不能靈敏地感受被測量，或者不能把感受到的被測量精確地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其他儀表和裝置的精確度再高也無意義。</p><p>　　電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用于測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)時(shí)，也必須由傳感器提供準(zhǔn)確可靠的信息，如果傳感器的水平與電子計(jì)算機(jī)的水平不相適

24、應(yīng)，電子計(jì)算機(jī)便不能充分發(fā)揮應(yīng)有的作用和效益。因此，傳感器是測量、控制系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵裝置。</p><p>　　3.1.2 傳感器的選用原則</p><p>　　現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對(duì)象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度

25、上取決于傳感器的選用是否合理。</p><p>　　a)根據(jù)測量對(duì)象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 </p><p>　　要進(jìn)行—個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對(duì)

26、傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。 在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 </p><p><b>　　b)靈敏度的選擇 </b></p><p>　　通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器

27、的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號(hào)。</p><p>　　傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要

28、求傳感器的交叉靈敏度越小越好。 </p><p><b>　　c)頻率響應(yīng)特性 </b></p><p>　　傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。 傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較

29、大，因有頻率低的傳感器可測信號(hào)的頻率較低。 在動(dòng)態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差 </p><p><b>　　d)線性范圍 </b></p><p>　　傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量

30、精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測量帶來極大的方便。 </p><p>　　3.1.3 熱釋電紅外傳感器原理與應(yīng)用</p><p>　　人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列

31、，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線。紅外線簡介，其波長比可見光長的電磁波，波長在1毫米到770納米之間，在光譜上位于紅色光外側(cè)。具有很強(qiáng)熱效應(yīng)，并易于被物體吸收，通常被作為熱源。透過云霧能力比可見光強(qiáng)。在通訊、探測、醫(yī)療等方面有廣泛的用途。 俗稱紅外光。熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動(dòng)物發(fā)射的紅

32、外線而輸出電信號(hào)的傳感器。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。它正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動(dòng)化控制裝置中。除了在我們熟知的摟道自動(dòng)開關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空

33、調(diào)機(jī)、飲水機(jī)。電視機(jī)能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動(dòng)關(guān)機(jī)的機(jī)構(gòu)。開啟監(jiān)視器或自</p><p>　　3.1.3.1 熱釋電人體紅外線傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理</p><p>　　最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，下面結(jié)合幾個(gè)實(shí)例，簡單介紹一下紅外線傳感器的應(yīng)用。人體熱

34、釋電紅外傳感器和應(yīng)用介紹</p><p>　　一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。熱釋電人

35、體紅外線傳感器（以下簡稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ

36、會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，則傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有ΔT輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，</p><p>　　由實(shí)驗(yàn)證明，傳感器不加光學(xué)透鏡(也稱菲涅爾透鏡)，其檢測距離小于2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測距離可大于7m。</p><p><b>　　1) 熱釋電效應(yīng)</b

37、></p><p>　　當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度，圖3.1表示了熱釋電效應(yīng)形成的原理。能產(chǎn)生熱釋

38、電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有單晶(LiTaO3 等)、壓電陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）</p><p>　　熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場效

39、應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì)跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路見圖3.2所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應(yīng)管FET等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線

40、通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽光和熒光燈光的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm-12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。</p><p>　　對(duì)不同的傳感器來說，敏感單元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由LiTaO3 制

41、成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對(duì)的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個(gè)等效的小電容 ，例P1、P2。因?yàn)檫@兩個(gè)小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，極化的結(jié)果是，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負(fù)電荷。但這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)之處，因而使得它具有獨(dú)特的抗干擾性。 當(dāng)傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)， 由于P1、P2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性

42、相反、電量相等的正、負(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)時(shí)，照射到P1、P2上的紅外線光能能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號(hào)輸出。同理，在燈光或陽光下，因陽光移動(dòng)的速度非常緩慢，P1、P2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上傳感器的響應(yīng)頻率很低（一般為0.1~10Hz），

43、即傳感器對(duì)紅外光</p><p>　　當(dāng)環(huán)境溫度變化而引起傳感器本身的溫度發(fā)生變化時(shí)，因P1、P2做在同一硅晶片上的，它所產(chǎn)生的極性相反、能量相等的光電流在回路中仍然相互抵消，傳感器無輸出。從原理上講，任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線，熱釋電人體紅外線傳感器對(duì)紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號(hào)的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號(hào)；而傳感器的低頻響應(yīng)

44、（一般為0.1~10Hz）和對(duì)特定波長紅外線（一般為5~15um）的響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏感，而這種變化對(duì)人體而言就是移動(dòng)。所以，傳感器對(duì)人體的移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)敏感，對(duì)靜止或移動(dòng)很緩慢的人體不敏感；它可以抵抗可見光和大部分紅外線的干擾。</p><p>　　2) 濾光窗 </p><p>　　它是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，濾光窗能有

45、效地濾除7.0~14um波長以外的紅外線。例如，SCA02-1對(duì)7.5~14um波長的紅外線的穿透量為70%，在6.5um處時(shí)下降為65%，而在5.0um處時(shí)陡降為0.1%；P2288的響應(yīng)波長為6~14um，中心波長為10um。</p><p>　　物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長和溫度的關(guān)系滿足λm*T=2989（um.k）（其中λm為最大波長，T為絕對(duì)溫度）。人體的正常體溫為36~37.5。C ，即309

46、~310.5K，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長為λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波長為9.65um。因此，人體輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應(yīng)波長（7~14um）的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。</p><p>　　綜上所述，傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體和體溫近似人體的物體起作用。<

47、;/p><p>　　菲涅爾透鏡 根據(jù)菲涅耳原理制成，把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時(shí)又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器 (PIR) 靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡折射式和反射式兩種形式，其作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入檢測區(qū)的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號(hào)。不使用菲涅爾透鏡時(shí)傳感器的探測半徑

48、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(shí)傳感器的探測半徑可達(dá)到10米。例如，一些傳感器對(duì)遠(yuǎn)在20米處快速行駛的汽車?yán)锏娜梭w也能可靠地檢測到。菲涅爾透鏡采用塑料片制作而成。圖3為它的平面圖。從圖中可以看出，透鏡在水平方向上分寸成3個(gè)部分，每一部分在豎直方向上又等分成若干不同的區(qū)域。最上面部分的每一等份為一個(gè)透鏡單元，它們由一個(gè)個(gè)同心圓構(gòu)成，同心圓圓心在透鏡單元內(nèi)。中間和下半部分的每一等份也為分別一個(gè)透鏡單元，同樣

49、由同心圓構(gòu)成，但同心圓圓心不在透鏡單元內(nèi)。當(dāng)光線通過這些透鏡單元后，就會(huì)形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。由于每一個(gè)透鏡單元只有一個(gè)很小的視角，視角內(nèi)為可見區(qū)，視角外</p><p>　　菲涅爾透鏡不僅可以形成可見區(qū)和盲區(qū)，還有聚焦作用，其焦點(diǎn)一般為5厘米左右，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況或資料提供的說明調(diào)整菲涅爾透鏡與傳感器之間的距離，一般把透鏡固定在傳感器正前方1~5厘米的地方。</p><p&g

50、t;　　菲涅爾透鏡一般采用聚乙烯塑料片制成，顏色為乳白色或黑色，呈半透明狀，但對(duì)波長為10um左右的紅外線來說卻是透明的。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　表3.1熱釋電人體紅外線傳感器SCA02-1的主要電參數(shù)</p><p>　　3.1.3.2 熱釋電紅外線傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>

51、;　　不同于主動(dòng)式紅外傳感器，被動(dòng)紅外傳感器本身不發(fā)任何類型的輻射，隱蔽性好，器件功耗很小，價(jià)格低廉。但是，被動(dòng)式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn)，如： </p><p>　　1）信號(hào)幅度小，容易受各種熱源、光源干擾；</p><p>　　2）被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；</p><p>　　3）易受射頻輻射的干擾；</p>&

52、lt;p>　　4）環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈；</p><p>　　5）被動(dòng)紅外探測器的主要檢測的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)徑向方向運(yùn)動(dòng)的物體檢測能力比較差</p><p><b>　　抗干擾性能： </b></p><p><b>　　1）防小動(dòng)物干擾</b></p>

53、;<p>　　探測器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。</p><p><b>　　2）抗燈光干擾</b></p><p>　　探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。</p><p>　　紅外線熱釋電傳感器的安裝要求：</p><p>　　紅

54、外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件： </p><p>　　1）紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。</p><p>　　2）紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。</p><p>　　3）紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。<

55、/p><p>　　4）紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。</p><p>　　紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)

56、、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。</p><p>　　3.1.4 CDS傳感器</p><p>　　硫化鎘（Cds）光敏電阻器，這是目前最常見的光敏電阻器。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光致導(dǎo)電的原理制造的。這種光敏電阻器的基座是陶瓷片，上面涂有硫化鎘多晶體，再經(jīng)燒結(jié)制成。光敏電阻器的表面還涂有防潮樹脂。光敏電阻器的光譜特性曲線與人眼對(duì)可見光的響應(yīng)曲線比較接近。光敏電阻器的電阻值隨光照強(qiáng)度而

57、變化。在暗光條件下它的電阻值可達(dá)10MΩ，在強(qiáng)光下它的電阻值僅為數(shù)百歐姆或數(shù)千歐姆。光敏電阻器的光照特性在多數(shù)情況下是非線性的，只有在微小區(qū)域內(nèi)呈線性。光敏電阻器的電阻值有較大的離散性。光敏電阻器的靈敏度是指光敏電阻器不受光照時(shí)的電阻值(暗阻)和受光照時(shí)的電阻值(亮阻)的相對(duì)變化值。在一般情況下，照度越低，單位照度改變時(shí)的電阻值變化越大。即在低照度下光敏電阻器的靈敏度較高。</p><p>　　光敏電阻器是電路的

58、關(guān)鍵元件，它對(duì)光線的強(qiáng)弱有敏感的反應(yīng)，在本電路中要求光敏電阻器受到光照時(shí)的阻值應(yīng)小于5kΩ，在暗光情況下阻值應(yīng)大于1MΩ，可選符合要求的MG41-22光敏電阻器。</p><p><b>　　集成控制電路詳解</b></p><p><b>　　3.2.1 概述</b></p><p>　　雖然被動(dòng)式熱釋電紅外探頭有些缺

59、點(diǎn)，但是利用特殊信號(hào)處理方法后，仍然使它在某些領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，有很多生產(chǎn)商根據(jù)PIR傳感器的特性設(shè)計(jì)了專用信號(hào)處理器，比如HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、WELTREND WT8072,BISS0001。圖3.4陰影部分是PIR信號(hào)處理部分，有兩個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)窗口比較器、一個(gè)穩(wěn)壓器、一個(gè)系統(tǒng)振蕩器和一個(gè)邏輯控制器。其它是依賴處理結(jié)果的控制部分，這里重點(diǎn)介紹PIR信號(hào)處理部分，控制部分就簡單略過。

60、  </p><p>　　由于PIR 信號(hào)變化緩慢、幅值小，針對(duì)該特點(diǎn)，專用信號(hào)處理器一般分為三步處理，具體處理步驟如下：</p><p><b>　　a）濾波放大</b></p><p>　　普通PIR傳感器輸出信號(hào)幅值一般都很小，大約幾百微伏到幾毫伏，為了后續(xù)電路能作有效的處理，考慮到傳感器的信噪比，通常取增益72.5dB，通帶0

61、.3Hz~7Hz。同時(shí)，由于是處理模擬小信號(hào)，所以為了保證放大器的工作穩(wěn)定可靠，電路中特別集成了一個(gè)穩(wěn)壓器用于給傳感器、放大器和比較器供電。</p><p><b>　　b）窗口比較器</b></p><p>　　經(jīng)過放大后的信號(hào)通過窗口比較器后檢出滿足幅值要求的信號(hào)后，再轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字脈沖信號(hào)。</p><p>　　c）噪聲抑制數(shù)字信號(hào)處理

62、</p><p>　　根據(jù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及傳感器的特性的長期研究，用固定時(shí)間內(nèi)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)和測脈沖寬度的方法來甄別有效的人體信號(hào)，這里由系統(tǒng)振蕩器提供時(shí)鐘源（16kHz）。</p><p>　　3.2.2 運(yùn)算放大器</p><p>　　集成運(yùn)算放大器（簡稱運(yùn)放）是一種高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。它工作在放大區(qū)時(shí)，輸入和輸出呈線性關(guān)系，所以它又被稱為線性集成電

63、路</p><p>　　集成運(yùn)放是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路</p><p>　　3.2.2.1 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)</p><p>　　1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod</p><p>　　它是指集成運(yùn)放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。</p><p>　　2）最大輸出電

64、壓 Uop-p</p><p>　　它是指一定電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰--峰值。</p><p>　　3）差模輸入電阻rid</p><p>　　它的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。要求它愈大愈好。</p><p><b>　　4）輸出電阻 rO</b></p>&l

65、t;p>　　它的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。</p><p>　　5）共模抑制比 CMRR</p><p>　　它放映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好</p><p>　　3.2.2.2集成運(yùn)放的組成</p><p><b>　　它有四部分組成：</b>&l

66、t;/p><p>　　1）偏置電路:偏置電路是提供各級(jí)靜態(tài)工作電流的;</p><p>　　2）輸入級(jí)：其作用是提供與輸出端成同相關(guān)系和反相關(guān)系的兩個(gè)輸入端,為了抑制零漂，采用差動(dòng)放大電路</p><p>　　3）中間級(jí)：其作用是提供較高的電壓放大倍數(shù);為了提高放大倍數(shù)，一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。</p><p>　　4）輸出級(jí)：其作用是提

67、供一定的電壓變化和電流變化;為了提高電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)電路</p><p>　　3.2.3 振蕩器</p><p>　　振蕩電路在測量,自動(dòng)控制,通信,無線電廣播和遙控等許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,甚至在收音機(jī) 電視機(jī) 和電子表等日常生活用品中也離不開它.振蕩電路包括正弦波振蕩電路和非正弦波振蕩電路,它們不需要輸入信號(hào)便能產(chǎn)生各種周期性的波形,如:正弦波,方波,三角

68、波和鋸齒波等.因?yàn)楸菊n題涉及到系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)電路,所以現(xiàn)介紹一下非正弦波振蕩電路:矩形波振蕩電路</p><p>　　矩形波有兩種,一種是輸出電壓處于高電平時(shí)時(shí)間TH和輸出電壓處于低電平的時(shí)間TL不相等,另一種是二者相等.人們常把TH= TL的矩形波稱為方波.下面介紹方波發(fā)生電路.</p><p><b>　　方波發(fā)生電路的構(gòu)成</b></p><

69、p>　　我們可選擇滯回比較器作為開關(guān)，用電阻與電容相串聯(lián)的RC電路作為具有延遲作用的反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成如圖3.6所示。它的右邊是滯回比較器，起開關(guān)作用；他的左邊是RC電路，起反饋和延時(shí)作用。</p><p>　　滯回比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。設(shè)接通電源時(shí)刻電容兩端的電壓UC=0，滯回比較器的輸出電壓U0=+UZ，則集成運(yùn)放同相輸入端此時(shí)的電位為 U+ =R2/R2+R3（+UZ）而U0=+U

70、Z時(shí)電容充電，使集成運(yùn)放反向輸入端的電位U-（它等于UC）由零逐漸上升。在U-低于U+以前，U0=+UZ不變。當(dāng)U-上升到略高于U+時(shí)，U0從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，即變?yōu)?UZ。</p><p>　　當(dāng)U0=-UZ時(shí)，U+=R2/R2+R3（-UZ），同時(shí)電容經(jīng)R1放電，使U-逐漸下降。在U-高于U+以前，U0=-UZ不變，當(dāng)U-下降到略低于U+時(shí)，U0從-UZ跳變?yōu)?UZ，又回到初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，

71、輸出方波。</p><p><b>　　振蕩周期</b></p><p>　　由圖可知，UC的值從T1時(shí)刻的R2/R2+R3（UZ）下降到T2時(shí)刻的-R2/R2+R3（UZ）所需要的時(shí)間就是振蕩周期的一半，即而UC的變化規(guī)律就是簡單的RC充放電規(guī)律。不難看出這里RC充放電的三要素是：</p><p>　　1）時(shí)間常數(shù)=R1C</p>

72、<p>　　2）在T1時(shí)刻UC的初始值是R2/R2+R3（UZ）</p><p>　　3）若T=∞，UC的終了值是-UZ。</p><p>　　根據(jù)一階RC電路的三要素法可得</p><p>　　UC=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ）</p><p>　　其中ΔT=T-T

73、1，且T1≤T≤T2。</p><p>　　當(dāng)ΔT=T/2時(shí)，UC=-R2/R2+R3（UZ），將這些條件代如上面的式，得</p><p>　　-R2/R2+R3（UZ=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ）解之可得：</p><p>　　T=2R1Cln(1+2R2/R3)</p><p>

74、;　　通常將矩形波為高電平的時(shí)間與周期時(shí)間之比稱為占空比。方波的占空比為50%。如果需要產(chǎn)生占空比小于或大于50%的矩形波，可以利用電容充電的時(shí)間常數(shù)與放電的時(shí)間常數(shù)不相等。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢允闺娙莩潆娕c放電回路不同，因而可使電容充電與放電的時(shí)間常數(shù)不同。</p><p>　　內(nèi)部振蕩器外接振蕩電阻器引腳，個(gè)別需外接RC振蕩元件，此時(shí)外接的電阻器或電容器便可作為時(shí)間的調(diào)整元件。也有的集成電路將振蕩元件全部

75、集成在芯片內(nèi)部，不需要外接元器件，這時(shí)振蕩頻率就無法外調(diào)節(jié)。

76、 </

77、p><p>　　3.2.4 電壓比較器</p><p>　　電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)。電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。</p><p>　　注：電壓比較器中的集成運(yùn)放通常工作在非線性區(qū)。及滿足如下關(guān)系：</p><p>　　U-

78、>U+ 時(shí)  UO=UOL U-<U+ 時(shí)  UO=UOH</p><p>　　簡單電壓比較器： 我們把參考電壓和輸入信號(hào)分別接至集成運(yùn)放的同相和反相輸入端，就組成了簡單的電壓比較器。</p><p>　　圖3.7 電壓比較器及輸出特性</p><p>　　下面我們對(duì)它們進(jìn)行分析一下（只對(duì)圖3.7（1）所示的電路進(jìn)行分析）&l

79、t;/p><p>　　它的傳輸特性如圖3.7(3)所示：</p><p>　　它表明：輸入電壓從低逐漸升高經(jīng)過UR時(shí)，uo將從高電平變?yōu)榈碗娖?。相反，?dāng)輸入電壓從高逐漸到低時(shí)，uo將從低電平變?yōu)楦唠娖健?lt;/p><p>　　閾值電壓：我們將比較器的輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電壓的值。它還被稱為門限電壓。簡稱為：閾值。用符號(hào)UTH表示簡單的電壓比較器結(jié)

80、構(gòu)簡單，靈敏多高，但是抗干能力差，因此我們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。下面著重介紹窗口比較器:</p><p>　　簡單比較器和回滯比較器有一個(gè)共同的特點(diǎn),即U1單方向變化時(shí),U0只跳變一次,因而只能檢查一個(gè)電平.如果要判斷U1是否在某兩個(gè)電平之間,則應(yīng)采用窗口比較器.</p><p>　　電路構(gòu)成 窗口比較器的主要特點(diǎn)是輸入信號(hào)單方向變化(例如從足夠低

81、單調(diào)升高到足夠高)可使輸出電壓跳邊兩次。</p><p>　　他形似窗口,故具有這種傳輸特性的比較器,成為窗口比較器.將他與反相簡單電壓比較器,同相簡單電壓比較器比較,我們發(fā)現(xiàn),可用兩個(gè)閥值不同的簡單比較器構(gòu)成窗口比較器,閥值小的簡單比較器采用反相輸入接法,閥值大的簡單比較器采用同相輸入接法,再用具有單向?qū)щ娦缘亩O管將兩個(gè)簡單比較器的輸出引到同一點(diǎn),作為窗口比較器的輸出端.。</p><p&

82、gt;　　3.2.5 集成電路芯片</p><p>　　BISS0001熱釋電紅外控制集成電路采用標(biāo)準(zhǔn)的 DIP16腳塑封結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由系統(tǒng)時(shí)鐘、兩級(jí)運(yùn)放、電壓比較器、檢測器、計(jì)時(shí)器、過零檢測器及輸出控制電路等組成。BISS0001是一款高性能的傳感信號(hào)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(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外傳感器。廣泛用于安防、自控等領(lǐng)域能。特點(diǎn):</p><

83、;p>　　a）靈敏度高，內(nèi)置兩級(jí)增益可調(diào)運(yùn)放電路及溫度補(bǔ)償電路，這種電路能抑制如熱氣團(tuán)流所產(chǎn)生的紅外干擾，誤報(bào)率低，探測距離達(dá)10ｍ以上。</p><p><b>　　b）控制時(shí)間可調(diào)。</b></p><p>　　c）有兩種輸出信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)雙向可控硅或繼電器。</p><p>　　d）內(nèi)置穩(wěn)壓器輸出 3.1Ｖ基準(zhǔn)電壓直接驅(qū)動(dòng)PIR。&l

84、t;/p><p>　　e）外接CDS傳感器，白天抑制輸出。</p><p>　　f）工作電壓4.0-5.5V，工作電流1ｍＡ。</p><p>　　g）對(duì)于交流供電的控制電路設(shè)計(jì)有過零檢測控制，使被控負(fù)載的接通與斷開均處于交流電的過零點(diǎn)，這不僅可以減弱對(duì)負(fù)載的電流沖擊，同時(shí)也消除了開關(guān)器件對(duì)電源的干擾，降低對(duì)電源的污染。</p><p>　　h）

85、外接RC振蕩元件，便于調(diào)整輸出控制的時(shí)間長短。</p><p><b>　　圖3.8 管腳圖</b></p><p><b>　　表3.2管腳說明</b></p><p>　　工作原理:　　BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。</p

86、><p>　　以下圖所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形。</p><p>　　圖3.9不可重復(fù)觸發(fā)方式</p><p><b>　　3.3 可控硅</b></p><p>　　3.3.1 單向可控硅簡介</p><p>　　可控硅是一種無觸點(diǎn)可控開

87、關(guān),它將半導(dǎo)體器件的應(yīng)用從弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域,在自動(dòng)控制電路如調(diào)光,調(diào)溫,調(diào)速,調(diào)頻中都有廣泛應(yīng)用.</p><p>　　可控硅是硅晶體閘流管的俗稱,簡稱晶閘管.可控硅常用的類型有:單向型,雙向型.</p><p>　　單向可控硅由P型和N型半導(dǎo)體四層交替疊合而成.他有三個(gè)電極:陽極A(從外層P型半導(dǎo)體引出),陰極K(從外層N型半導(dǎo)體引出),門級(jí)G(從內(nèi)層P型半導(dǎo)體引出)導(dǎo)通。<

88、/p><p>　　讓門極相對(duì)陰極成正極性，使產(chǎn)生門極電流，閘流管立即導(dǎo)通。當(dāng)門極電壓達(dá)到閥值電壓VGT，并導(dǎo)致門極電流達(dá)到閥值IGT，經(jīng)過很短時(shí)間tgt（稱作門極控制導(dǎo)通時(shí)間）負(fù)載電流從正極流向陰極。假如門極電流由很窄的脈沖構(gòu)成，比方說1μs，它的峰值應(yīng)增大，以保證觸發(fā)。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到閘流管的閂鎖電流值IL 時(shí)，即使斷開門極電流，負(fù)載電流將維持不變。只要有足夠的電流繼續(xù)流動(dòng)，閘流管將繼續(xù)在沒有門極電流的條件下導(dǎo)通。這

89、種狀態(tài)稱作閂鎖狀態(tài)。注意，VGT，IGT 和IL 參數(shù)的值都是25℃下的數(shù)據(jù)。在低溫下這些值將增大，所以驅(qū)動(dòng)電路必須提供足夠的電壓、電流振幅和持續(xù)時(shí)間，按可能遇到的、最低的運(yùn)行溫度考慮。靈敏的門極控制閘流管，如BT150，容易在高溫下因陽極至陰極的漏電而導(dǎo)通。假如結(jié)溫Tj 高于Tjmax ,將達(dá)到一種狀態(tài)，此時(shí)漏電流足以觸發(fā)靈敏的閘流管門極。閘流管將喪失維持截止?fàn)顟B(tài)的能力，沒有門極電流觸發(fā)已處于導(dǎo)通。要避免這種自發(fā)導(dǎo)通，可采用下列解決辦

90、法中的一種或幾種：</p><p>　　1）確保溫度不超過Tjmax。</p><p>　　2）采用門極靈敏度較低的閘流管，如BT151，或在門極和陰極間串入1kΩ或阻值更小的電阻，降低已有閘流管的靈敏度。</p><p>　　3）若由于電路要求，不能選用低靈敏度的閘流管，可在截止周期采用較小的門極反向偏流。這措施能增大IL。應(yīng)用負(fù)門極電流時(shí)，特別要注意降低門極的功

91、率耗散。</p><p><b>　　截止（換向）</b></p><p>　　要斷開閘流管的電流，需把負(fù)載電流降到維持電流IH 之下，并歷經(jīng)必要時(shí)間，讓所有的載流子撤出結(jié)。在直流電路中可用“強(qiáng)迫換向”，而在交流電路中則在導(dǎo)通半周終點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。（負(fù)載電路使負(fù)載電流降到零，導(dǎo)致閘流管斷開，稱作強(qiáng)迫換向。）然后，閘流管將回復(fù)至完全截止的狀態(tài)。假如負(fù)載電流不能維持在IH 之下足

92、夠長的時(shí)間，</p><p>　　在陽極和陰極之間電壓再度上升之前，閘流管不能回復(fù)至完全截止的狀態(tài)。它可能在沒有外部門極電流作用的情況下，回到導(dǎo)通狀態(tài)。注意，IH 亦在室溫下定義，和IL 一樣，溫度高時(shí)其值減小。所以，為保證成功的切換，電路應(yīng)充許有足夠時(shí)間，讓負(fù)載電流降到IH 之下，并考慮可能遇到的最高運(yùn)行溫度。</p><p>　　3.3.2 雙向可控硅 </p><

93、;p>　　結(jié)構(gòu)如圖3.10，由NPNPN五層半導(dǎo)體疊合而成。它實(shí)質(zhì)上也可看成是由一個(gè)控制極的兩只反向并聯(lián)的單向可控硅構(gòu)成。它有三個(gè)電極：控制極G、主電極T1 和T2 ，T1 和T2 無陰陽極之分。 符號(hào)如圖5： </p><p>　　工作特點(diǎn)：雙向可控硅的主電極T1 、T2 無論加正向還是反向電壓，其控制極G的觸發(fā)信號(hào)無論是正向還是反向，它都能被觸發(fā)導(dǎo)通。 </p><p>　　圖3

94、.10雙向可控硅工作原理圖</p><p>　　導(dǎo)通：和閘流管不同，雙向可控硅可以用門極和MT1 間的正向或負(fù)向電流觸發(fā)。（VGT，IGT 和IL 的選擇原則和閘流管相同，見規(guī)則1）因而能在四個(gè)“象限”觸發(fā)，如圖3.11 所示。</p><p>　　圖3.11 雙向可控硅觸發(fā)象限</p><p>　　在負(fù)載電流過零時(shí)，門極用直流或單極脈沖觸發(fā)，優(yōu)先采用負(fù)的門極電流，

95、理由如下。若運(yùn)行在3+象限，由于雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，門極離主載流區(qū)域較遠(yuǎn)，導(dǎo)致下列后果：</p><p>　　在負(fù)載電流過零時(shí)，門極用直流或單極脈沖觸發(fā)，優(yōu)先采用負(fù)的門極電流，理由如下。若運(yùn)行在3+象限，由于雙向可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，門極離主載流區(qū)域較遠(yuǎn)，導(dǎo)致下列后果：</p><p>　　1）高IGT -> 需要高峰值IG。</p><p>　　2）由IG 觸

96、發(fā)到負(fù)載電流開始流動(dòng)，兩者之間遲后時(shí)間較長–> 要求IG 維持較長時(shí)間。</p><p>　　3）低得多的dIT/dt 承受能力—> 若控制負(fù)載具有高dI/dt 值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)生強(qiáng)烈退化。</p><p>　　4）高IL 值（1-工況亦如此）—>對(duì)于很小的負(fù)載，若在電源半周起始點(diǎn)導(dǎo)通，可能需要較長時(shí)間的IG，才能讓負(fù)載電流達(dá)到較高的IL。在標(biāo)準(zhǔn)的AC

97、 相位控制電路中，如燈具調(diào)光器和家用電器轉(zhuǎn)速控制，門極和MT2 的極性始終不變。這表明，工況總是在1+和3-象限，這里雙向可控硅的切換參數(shù)相同。這導(dǎo)致對(duì)稱的雙向可控硅切換，門極此時(shí)最靈敏。</p><p>　　這是從雙向可控硅的V/I 特性圖導(dǎo)出的代號(hào)。正的MT2相應(yīng)正電流進(jìn)入MT2，相反也是（見圖3.12）。實(shí)際上，工作只能存在1 和3 象限中。上標(biāo)+和-分別表示門極輸入或輸出電流。</p>&l

98、t;p>　　圖3.12 雙向可控硅V/I特性曲線</p><p>　　本為零時(shí)，V1才截止。當(dāng)電源為負(fù)半周時(shí)，重復(fù)上述過程。如此循環(huán)，電熱毯的溫度就逐漸升高。調(diào)節(jié)RP，改變C3充電快慢，即可改變V1的導(dǎo)通角，也即改變了RL的通電時(shí)間，因而實(shí)現(xiàn)了調(diào)溫。（ND指示燈、LC1高頻濾波、R2C2保護(hù)電路）。</p><p><b>　　4 電路制作</b></

99、p><p>　　4.1 PCB制作</p><p>　　PCB 是英文(Printed Circuit Board)印制線路板的簡稱通常把在絕緣材上按預(yù)定設(shè)計(jì)制成印制線路印制元件或兩者組合而成的導(dǎo)電圖形稱為印制電路,而在絕緣基材上提供元器件之間電氣連接的導(dǎo)電圖形稱為印制線路,這樣就把印制電路或印制線路的成品板稱為印制線路板,亦稱為印制板或印制電路板PCB .幾乎我們能見到的電子設(shè)備都離不開它

100、,小到電子手表,計(jì)算器,通用電腦,大到計(jì)算機(jī),通迅電子設(shè)備,軍用武器系統(tǒng),只要有集成電路等電子元器件,它們之間電氣互連都要用到PCB .它提供集成電路等各種電子元器件固定裝配的機(jī)械支撐,實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣,提供所要求的電氣特性,如特性阻抗等.同時(shí)為自動(dòng)錫焊提供阻焊圖形;為元器件插裝,檢查維修提供識(shí)別字符和圖形.隨著電于技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的密度越來越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大．因此，

101、有必要在自行設(shè)計(jì)電路時(shí)對(duì)PCB加以了解。</p><p>　　4.1.1 PCB簡介</p><p>　　家用電器上的印制電路板.它所用的基材是由紙基(常用于單面)或玻璃布基(常用于雙面及多層)預(yù)浸酚醛或環(huán)氧樹脂,表層一面或兩面粘上覆銅簿再層壓固化而成.這種線路板覆銅簿板材,我們就稱它為剛性板.再制成印制線路板,我們就稱它為剛性印制線路板.單面有印制線路圖形我們稱單面印制線路板,雙面有印

102、制線路圖形.再通過孔的金屬化進(jìn)行雙面互連形成的印制線路板.我們就稱其為雙面板.如果用一塊雙面作內(nèi)層,二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層,二塊單面作外層的印制線路板通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行互連的印制線路板,就成為四層,六層印制電路板了,也稱為多層印制線路板.現(xiàn)在已有超過100 層的實(shí)用印制線路板了.</p><p>　　為進(jìn)一認(rèn)識(shí)PCB 我們有必要了解一下單面雙面印制線路板的制作工藝

103、,加深對(duì)它的了解:</p><p>　　單面剛性印制板:單面覆銅板下料刷洗干燥網(wǎng)印線路抗蝕刻圖形固化檢查修板蝕刻銅去抗蝕印料干燥鉆網(wǎng)印及沖壓定位孔刷洗干燥網(wǎng)印阻焊圖形常用綠油UV 固化網(wǎng)印字符標(biāo)記圖形UV 固化預(yù)熱沖孔及外形電氣開短路測試刷洗干燥預(yù)涂助焊防氧化劑干燥檢驗(yàn)包裝成品出廠.</p><p>　　4.1.2 PCB制作原則</p><p>　　在進(jìn)行PCB

104、設(shè)計(jì)時(shí)．必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　4.1.2.1 PCB設(shè)計(jì)的一般原則：</p><p>　　要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB．應(yīng)遵循以下一般原則：</p><p><b>　　a）布局</b></p><p&g

105、t;　　首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時(shí)，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后．再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。</p><p>　　在確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則：</p><p>　　1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁

106、干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。</p><p>　　2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。</p><p>　　3)重量超過15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮