logo资料库

热释电红外光电传感器楼道照明灯开关.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.16M 资料格式：doc 举报 版权申诉
第1页 / 共9页
第2页 / 共9页
第3页 / 共9页
第4页 / 共9页
第5页 / 共9页
第6页 / 共9页
第7页 / 共9页
第8页 / 共9页
资料共9页，剩余部分请下载后查看
    本设计的热释红外传感器楼道控制开关的主要优点有本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好
    引 言 传感器就是利用一定规律把被检测量转换成便于处理的其他物理量的 器件，譬如尺子就是一种非常简单的传感器，它按照一定的间隔标出尺度， 尺度就是一定的规律，然后按照这个规律去量物体的长度，而得出便于应用 的数字距离。传感器遍布范围很广，物理，生物，化学等等方面，种类成百 上千。它应用在我们生产生活的各个方面，随着科学技术的发展，传感器技 术发展的趋势将是开发新材料与传感器智能化发展相结合。本设计就是利用 一种来设计制作的的一种。此照明开关装于楼道出入口，夜晚，行人由楼道口出入 时，照明灯自动点亮一段时间后熄灭。白天，照明灯自动停止工作。 一、 设计要求 设计一个热释电红外光电传感器楼道照明灯开关：此照明开关装于楼道出 入口，夜晚，行人由楼道口出入时，照明灯自动点亮一段时间后熄灭。白 天，照明灯自动停止工作。 二、 电路设计原理图 设计的热释电红外传感器楼道照明开关主要由菲涅尔透镜、热释电人体 红外传感器、电压放大器、电压比较器、单片机最小系统电路和可控硅触发 器、工作电源等组成。其原理框图 1 所示。 三、 主要元件介绍 3.1 原理：任何高于绝对温度的物体都会发出电磁辐射——红外线，但各种 不同温度的物体所辐射的电磁能及能量随波长的分布式不同的。物体的表面 温度越高，它辐射的能量就越大。利用锆钛酸铅（PZT）材料制成的敏感元 件来感知红外线温度的变化，并输出微弱的电信号。人体红外辐射的光谱为 7~14um,其中心波长在 9~11um。为了区别人体（37 度左右）辐射的红外线 和周围物体辐射的红外线，特别是近红外辐射，常在热释电传感探测元件前 加一红外滤光片，以抑制人体以外的红外辐射干扰。而且热释电传感器输出 的信号强度与红外辐射强度的变化成正比，尽管人离传感器很近却纹丝不动 传感器也无信号输出，而离传感器较远的人稍一移动，传感器就会发出脉冲 3.2 菲涅尔透镜。 菲涅尔透镜是人体热释电红外人体传感器不可缺少的组成的部分，其作用 有二：一是将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，以扩大其探测的距
    离；二是产生红外辐射高灵敏区和盲区间的交替变化，以适应热释电探测元不断 变化的要求。 菲涅尔透镜是一种塑料铸成的薄镜片，镜片上刻有精细的镜面和排列有序 的纹理，使镜片成为高灵敏区和盲区交替出现的透镜。将热释电传感器安装于透 镜的焦点区，当有人在镜前移动时，其辐射的红外线，就会通过透镜形成高灵敏 区和盲区交替出现的红外辐射，并传到传感器的探测元上，使探测元产生时强时 弱或时有无有的电脉冲信号，其频率一般在 0.1~10HZ 范围内，幅度小于 1mV， 通过阻抗变换器的交换由输出端输出。 四、 单元电路分析 4.1 低通放大器 由上分析热释电红外传感器的特征可知，当它受到触发时，输出的传感信号 为 0.1~10Hz 的超低频脉冲（频率值视使用的菲涅尔透镜和人体移动的速度 而定），而且脉冲的幅度不大于 1mV。这就需要一个高增益、低噪声的低频 带通放大器，将其放大后才能对电路执行控制功能。通常要求放大器的增益 为 60~70dB，即几千倍，而且对带宽有一定的要求。带宽窄，则噪声小，错 误动作率低；带宽宽，则噪声大，错误动作率高，但对不同移动速度的人体 运动均有较好的响应。权衡二者，通常带宽取 0.3~7HZ。由于单级放大器不 能满足如此高的放大倍数，将它设计为两级低通放大电路，第一级为同相输 入放大电路，第二级为反相输入放大电路，这样使得到后级所需的足够大的 驱动信号。 4.1.1 同向输入放大电路 其电路的电压增益： Au1=2∏f
    4.1.2 电压比较器 由运算放大器、R7、Rg 光敏电阻、R5、R6 等组成，如图 8-93 所示， 将同相端⑩脚分压为 3.9V，作为参考电压。取 Ucc=6V、R5=82K、R6=150K 即 U⑩=Ucc*R6/(R5+R6)=3.9V 当 ICb 输出的信号电压 Uo2 大于参考电压 3.9V 时，ICc⑧脚 Uo3 输出低 电平，控制后级单片机最小系统电路。在电压比较器 ICc 中，将参考电压设 定为 3.9V,目的是为了抑制干扰信号，使低于 3.9V 的干扰信号被抑制。 为了节能使电路仅在夜间被触发，在 ICc 得输入端⑨脚接入光敏电阻 Rg,随入夜或光线昏暗 Rg 阻值变大（其暗阻），且产生的压降大于 3.9V，使 ICc⑧脚输出低电平，从而保证了电路工作的可靠性。而光敏电阻 Rg 在白天 由于受光的照射，其阻值不大于 2K（亮阻）。因此,ICb 输出的高电平经 R7 与 Rg 分压后，其电压值总小于参考电压。这就使 ICc⑧脚输出端一直保持 高电平，致使后级电路始终不工作。
    4.2 可控硅触发电路 由 VT4、R2、R3、R4、VS 双向可控硅、EL 照明灯组成如图 8-95 所示。 VT4 开关管选用 PNP 管，因此，ICd⑦叫输出低电平，才能控制 VT4 导通， 进而触发双向可控硅导通灯亮。 4.3 工作电源。 节能控制电路用于交流 220V 照明灯的控制，因此，控制电路的工作电 源直接从市电获得，它由 R1、C1、VD1、VD2、C10、VDz、R14、C9 等组成， 如图 8-96 所示。 经 R1、C1 阻容降压后，由 VD1、VD2 全波整流、C10 滤波、VDz 稳压得 6V 的直流电压，Uo1 提供给各级电路作工作电源，Uo2 提供给传感器作工作 电源。R14、C9 防止传感器 BH 因电压波动而输出错误信号。 由 R1、C1 组成的阻容降压主要是为了减小体积，他也可用降压变压器替换。
    五、 工作原理 自动控制的工作过程：当入夜时，人体接近自动节能灯，所辐射的红外 线通过透镜到 BH 传感器转换成低频电信号，高频干扰经 C11、C12 滤去，低 频有用信号由 Ica 同相放大器、Icb 反相放大器两级放大，输入 ICc 电压比 较器经 R7Rg 分压和基准电压 U⑩比较后输出低电平，再经 Icd 单稳态延时 电路输出低电平，VT4 三极管导通触发双向可控硅 VS 导通，EL 灯灭。若人 离开接受区或静止不动，灯延时 1 分钟左右自动熄灭，若有人连续在有效区 活动，则灯一直亮着。 白天光敏电阻 Rg 受光照值变小，U⑨的电平始终小于基准电压 U⑩,这 就使 ICc⑧脚输出端一直保持高电平，Icd 单稳态延时电路输出高电平，VT4 截止，VS 关断，人体虽在有效区活动，灯一直不亮，达到自动节电的目的。 六、 整机电路图 通过单元电路的分析论证和元器件选择可设计出总控制电路原下所 示 。 七、元器件选择 1.BH 红外传感器尽量选用灵敏度高的，如 SD02 双元件型，其主要电参数如 表
    （2）菲涅尔透镜选用 Q-6 型。 其主要技术指标： 1 外形尺寸：68mm×38mm； 2 水平角度：120°； 3 垂直角度：要求架高不低于 1.5m； 4 传感器与镜面间的距离：置于聚焦中心处，标准距离为 29mm， 以便事红外线能量聚焦在探测元上，得到最大的灵敏度。 选择时要注意，菲涅尔透镜有各种不同的规格，具有不同的几何尺寸和 特点，透镜面与传感器之间应保持规定的距离，不同的透镜其距离是不同的。 （3）C1、R1 是降压元件，其可靠性一定要强，否则它的损坏将导致大面 积 的 电 路 损 坏 。 C1 应 选 用 耐 压 在 400V 以 上 的 无 极 性 电 容 器 ， 如 CBB-400V-0.75Uf,R1 选用金属膜电阻 RJ-2W-220K。 （4）Rg 光敏电阻可选用 MG41-22 或 MG45-12(亮阻≤2K、暗阻≥900K)。 （5）其余元件选择见元器件清单如附表 1 七、制作与安装 （2）手工制作印制板步骤是复制印制板图、掩饰、腐蚀、钻孔、修版。 （3）检测各元器件，按上图正确焊接装配，同时必须符合工艺要求。不 符合者及时处理。 （4）光敏电阻 Rg 的安装位置应位于能有效监测自然光的地方，同时要 防止受控灯光的影响。 （5）若无菲涅尔透镜，传感头可用中周变压器上的铝罩进行屏蔽，但为 达到便于接收防止外界干扰，传感头上方的滤光窗一定要处于屏蔽罩上部圆孔的 中央。 （6）为减少装备体积，电路电源部分采取阻容降压，无隔离措施，线路电 压为交流 220V,焊接完毕，调试时要十分注意安全，防止触电。为了学生的安全， 初调时先不用交流 220V 电压，而使用 6V 的直流稳压电源来调试。具体方法如下： 1 将+6V 电源加在 C10 两端，正负极性不能接反。 2 断开可控硅触发端 G 和 VD2 二极管，在 VT4 的集电极串一只发光二极管。 3 在光线黑暗的房间里调试，当人体接近传感器时，发光二极管亮，人离
    开后延时一段时间发光二极管灭。 4 若要使登增加延时时间，通过增大 RP 的阻值或增大 C2 的容量均可实现， 一旦确定延时时间 RP 可用固定电阻代替。 （7）调试中出现问题要仔细分析。若电路不工作，可由前至后逐级测量各 级输出端有无变化的电压信号，以判断各级的工作状态，排除故障。若灯不能灭 则检查电解电容极性有无接反，特别是 C2 电容有否短路、漏电等。 （8）晶闸管的控制触发电流可通过改变 R3 来调节。 (9)上述调试正常后，去掉外接直流电源，去掉发光二极管，接通晶闸管的 控制极 G 和 VD2，在接入交流 220V 调试即可。 八、设计心得 本设计的热释红外传感器楼道控制开关的主要优点有本身不发任何类型的 辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点： 容易受各种热源、光 源干扰 ；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头； 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 抗干扰性能：①防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范 围内地面上地小动物，一般不产生报警。 ②抗电磁干扰：探测器的抗电磁 波干扰性能符合 GB10408 中 4.6.1 要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 ③抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受 3 米外 H4 卤素灯透过玻 璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运 动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于 横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装 位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。 通过本 次课程设计不但使我重新认识了传感器而且提升了我对传感器的兴趣。学 会了如何设计一个小型传感器的应用电路，加强了我的动手能力。同时提 高了理论联系实际的综合能力。总之这次课程设计使我获益匪浅。 九、参考文献 【1】郁有文，常健，程继红；《传感器原理与工程应用》（第三版）西安电子科技大学出版 社，2008 【2】彭介华；《电子技术课程设计指导》北京，高等教育出版社，2006 【3】杨旭东，刘行景，杨兴瑶；《实用电子电路精选》化学工业出版社，2007 【4】华成英；《电子技术》北京；中央广播电视大学出版社，2006 【5】童诗白；《模拟电子技术基础》清华大学电子学教研组编，第三版，北京；高等教育出 版社，2004 【6】康华光；《电子技术基础》数字部分（第四版）北京，高等教育出版社出版，2006
    附表 1 元器件清单 序 号 名称代号 型号规格 数量 备注 1 热释红外传感器 BH SD02 2 菲涅尔透镜 3 集成运放 IC Q-6 型 LM324N 4 双向晶闸管 VS MAC97A6 1A/400V 5 灯泡 EL 220V/60W 6 三极管 VT4 9012(或 8550) 7 光敏电阻 Rg MG41-22 或 MG45-12 8 二极管 VD1、VD2 9 二极管 VD3 IN4007 IN4148 10 电位器 RP WH7 470K 11 金属膜电阻 R1 RJ2W-220K 12 金属膜电阻 R8、R12 2.2M 1/8W 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 整流 开关 1W 13 金属膜电阻 R2、R3、 R4 、R5 、 R6、 R7、 R9、R13、 R14 RJ-0.51K 、15K、 1K、 82K、 150K 、5K 、30K、 27K 、47K 各 1 个 1/8W 14 金属膜电阻 R10 R16 RJ-100K 15 金属膜电阻 R11 R16 RJ-22K 16 聚丙烯电容 C1 CBB-400V-1uf 17 铝电解电容 C2 C9 C10 CD-25V-220uf 18 铝电解电容 C5 C8 CD-25V-22uf 19 铝电解电容 C6 CD-25V-47uf 20 瓷片电容 C4 C7 C12 CC1-0.01uf 21 瓷片电容 C3 C11 CC1-0.22uf、 0.022uf 22 稳压管 VDz IN753 额定功耗 0.5W 3V 1/8W 1/8W 2 2 1 3 2 1 3 2 2
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料