紅外感應開關的設計

1、沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- i -摘摘 要要本文介紹了紅外線感應開關的原理，采用熱釋電紅外探頭將接收到的微弱信號加以放大，然后驅(qū)動繼電器，制成紅外熱釋電感應開關。本開關能探測來自移動人體的紅外輻射，只要人體進入探測區(qū)域，開關會自動開啟。該設計可作為企業(yè)、賓館、商場及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動開關，起到暗光燈亮和人來燈亮的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場所還能起到威懾盜竊活動的防范作用。本設計結構簡單，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，價格低廉，隱蔽性好，應用范圍廣，所以可以通過擴展而達到實際的應用。關鍵詞：關鍵詞：紅外線 感應開關 暗光燈亮 節(jié)能沈

2、陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- ii -目錄目錄摘摘 要要.i1 緒論緒論.12 紅外感應開關原理紅外感應開關原理.22.1 紅外線感應開關電路原理.22.1.1 光敏電阻式光控開關的原理及作用.22.2 紅外感應開關電路的控制方式.32.2.1 紅外光波譜.32.2.2 紅外收發(fā)系統(tǒng).42.3 紅外控制和傳統(tǒng)開關控制的比較.52.3.1 傳統(tǒng)開關的缺陷.52.3.2 紅外線感應開關的優(yōu)勢.53 方案的設計方案的設計.53.1 方案設計 .53.2 電路框圖及其功能 .64 結論結論.75 參考文獻參考文獻.8 沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 1 -1 緒論緒論熱釋電紅外傳感

3、器是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早在 1938 年，有人提出過利用熱釋電效應探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用。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。它目標正在被廣泛的應用到各種自動化控制裝置中。 以替代傳統(tǒng)光源的節(jié)能環(huán)保光源。led 以其較之于傳統(tǒng)照明光源所沒有的優(yōu)勢，諸如較低的功率需求、較快的響應速度、綠色環(huán)保以及不斷快速提高的發(fā)光效率等，成為目前我國今后照明系統(tǒng)發(fā)展的方向?；谀壳皣鴥?nèi)國際形勢，尤其是能源緊缺，智能照明

4、必是以后照明系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能照明將會使人們利用起來更加便利，改善家庭環(huán)境，不僅為建筑照明提供多種的藝術效果，而且使燈具控制和維護變得更為簡單，而且具有可靠性高、安裝布線容易。智能化已經(jīng)成為當今建筑發(fā)展的主流技術，涵蓋從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安全防范系統(tǒng)以及完善的計算機網(wǎng)絡和通信系統(tǒng)。但是長期以來，智能照明在國內(nèi)一直被忽視，大多數(shù)建筑物仍然沿用傳統(tǒng)的照明控制方式，部分智能大廈采用樓宇自控（ba）系統(tǒng)來監(jiān)控照明，但也只能實現(xiàn)簡單的區(qū)域照明和定時開關功能。相比之下，智能照明系統(tǒng)體現(xiàn)出強大的優(yōu)越性，它在智能建筑中的應用越來越廣泛。智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應用效果如下：a.改善工作環(huán)境，提高工作效率

5、。b.可觀的節(jié)能效果。智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電力電子技術，能對大多數(shù)燈具進行智能調(diào)光。當室外光較強時，室內(nèi)照度自動調(diào)暗，室外光較弱時，室內(nèi)照度則自動調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。除此之外，智能照明的管理系統(tǒng)采用設置照明工作狀態(tài)等方式，通過智能化管理實現(xiàn)節(jié)能。沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 2 -c.提高管理水平，減少維護費用。智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去，而且將大大減少大樓的運行維護費用，并帶來較大的投資回報。2 紅外感應開關原理紅外感應開

6、關原理2.1 紅外線感應開關電路原理功能特點：基于紅外線技術的自動控制產(chǎn)品，當有人進入開關感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，開關自動接通負載。人不離開且在活動，開關持續(xù)導通；人離開后，開關延時自動關閉負載，人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能。具有過零檢測功能：無觸點電子開關，延長負載使用壽命。應用光敏控制，開關自動測光，光線強時不感應。安裝調(diào)試，因開關左右兩側比上下兩側的感應范圍大，所以安裝開關時，應使其正軸線與人的行走通道方向盡量相垂直，這樣可以達到最佳感應效果。安裝好開關后加電，當環(huán)境光線充足時，開關進入監(jiān)控狀態(tài)，用物體遮住環(huán)境光線使開關感應工作，人不離開且在活動，開關將

7、持續(xù)工作；人離開后，開關自動延時關閉負載。安裝好開關后加電，當環(huán)境光線不足時，開關直接進入監(jiān)控狀態(tài)，人不離開且在活動，開關將持續(xù)工作。紅外光控燈電源開關電路由光敏電阻式光控開關電路，紅外發(fā)射電路和紅外接收、控制電路組成。2.1.12.1.1 光敏電阻式光控開關的原理及作用光敏電阻式光控開關的原理及作用當照度下降到設定值時由于光敏電阻阻值上升使運放 ic 的反相端點位升高，使 vt導通，vt 的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)外電路的控制。將光控開關應用于紅外線感應燈控制系統(tǒng)中可以提高節(jié)能。通過光敏電阻來分析環(huán)境的光強度，在光線較強時，不觸發(fā)開關電路中的探頭；當光線較弱時，

8、自動觸發(fā)開關電路來控制燈具，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 3 - 光控開關電路和紅外發(fā)射電路圖如下：圖 2.1 光控開關電路ic1lm5555162748c1r2r1r3sac3gbc23 圖 2.2 紅外發(fā)射電路圖2.2 紅外感應開關電路的控制方式紅外感應開關電路的控制方式 以下主要介紹紅外線及其控制的基本原理。紅外光發(fā)射及紅外發(fā)收系統(tǒng)的組成，紅外遙控系統(tǒng)的基本結構和控制方式。沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 4 -2.2.1 紅外光波譜紅外光波譜通常，將電磁波波譜中間間隔為 0.76 到 1000m 的波普段稱為紅外光譜區(qū)。一般把紅

9、外光譜分為即近紅外、中紅外、中遠紅外和遠紅外區(qū)四個區(qū)域。采用近紅外光作為紅外遙控的光源，其原因主要如下：一般的接收用的光電二極管、光敏三極管大都采用硅半導體材料制作而成，這類管子對波長為 780 到 1550nm 的紅外光的探測靈敏度最高。紅外光發(fā)射器件，尤其是采用 gaas、algaas 等半導體材料制作的紅外發(fā)光二極管，發(fā)射波長在 880 到 1700nm范圍內(nèi)，這與硅光電接收器件的相應波長相匹配，使探測靈敏度高，提高了工作效率。2.2.2 紅外收發(fā)系統(tǒng)紅外收發(fā)系統(tǒng)a. 驅(qū)動方式紅外發(fā)光二極管是一種由 pn 結構成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的近紅外

10、光，投入到實踐當中。驅(qū)動方式除直流電流驅(qū)動方式外，發(fā)光二極管還有交流電流驅(qū)動方式和脈動電流驅(qū)動方式等。在紅外遙控系統(tǒng)中，通常采用脈動電流驅(qū)動方式，即脈沖式紅外光發(fā)射方式，而不采用恒定直流驅(qū)動方式，即平均發(fā)射方式，b. 紅外接收系統(tǒng)的組成紅外光遙控接收系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成。在紅外發(fā)射電路中，脈沖信號由波形發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)驅(qū)動級放大后驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，使紅外發(fā)光二極管發(fā)射出一列等幅的紅外光脈沖信號。c紅外遙控系統(tǒng)的控制方式紅外光遙控系統(tǒng)分為單通道紅外遙控開關方式、單通道步進式紅外遙控方式、雙光束紅外遙控方式、多通道紅外遙控方式。沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 5 -

11、2.3 紅外控制和傳統(tǒng)開關控制的比較紅外控制和傳統(tǒng)開關控制的比較2.3.1 傳統(tǒng)開關的缺陷傳統(tǒng)開關的缺陷沒有簡單的方法實現(xiàn)全開全關的操作，離家前還得檢查一遍是否所有的燈已經(jīng)關閉，非常麻煩。雙控開關布線復雜，更無法實現(xiàn)三控和多控。在裝修好的房子里增加燈和開關，就會破壞裝修，房間越大就越不方便。關燈原理不合乎節(jié)能的要求。因力，由于關燈不方便，造成關燈不及時而浪費電。沒有調(diào)光功能，有的時候燈太亮卻無法調(diào)暗，刺激人眼，而且費電，只有更換燈泡才能解決問題。 2.3.2 紅外線感應開關的優(yōu)勢紅外線感應開關的優(yōu)勢集中控制和多種操作功能：在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈；或者是在不同地方的終端可以控制

12、同一盞燈。開燈時，燈光由暗逐漸變亮，關燈時，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個緩沖，保護眼睛。而且避免大電流和高溫的突變對燈絲的沖擊，保護燈泡，延長使用壽命。3 方案的設方案的設計計3.1 方案設計方案設計采用一種單光束、單通道的控制方式,此方式是最簡潔的紅外線遙控方式。執(zhí)行機件可以是繼電器或可控硅器件，達到控制對象開、關的目的。下圖給出了單通道紅外遙控開關電路的組成。沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 6 - 圖 3.1 單通道紅外遙控開關電路3.2 電路框圖及其功能電路框圖及其功能紅外發(fā)射電路和紅外接收、控制電路兩部分組成了紅外光開關電路。紅外發(fā)射電路主要以一只

13、時基集成電路555為核心。紅外接收、控制電路包括紅外光電轉(zhuǎn)換器、施密特觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和可控硅觸發(fā)電路。 圖 3.2 電路設計框圖及其功能沈陽理工大學光電檢測原理與技術課程設計- 7 -當無外光照時，光電三極管呈高阻態(tài)；當有外光照時，光電三極管呈低阻態(tài)，使d 觸發(fā)器的狀態(tài)變化一次，使 vs 導通（或截止） ，實現(xiàn)對燈或其他負載的控制。當開關接通又斷開時，555 輸出振蕩脈沖驅(qū)動發(fā)出紅外光指令信號，此時紅外接收、控制電路接收到指令信號，d 觸發(fā)器的狀態(tài)變化一次，使雙向晶閘管導通，使電燈電源導通，燈正常工作。 當開關再次閉合又斷開時，同樣的過程使 d 觸發(fā)器的狀態(tài)再次變化一次，使燈的電源斷開，燈停止工作。4 結論結論按照該流程設計電路若要設計出一個性能不錯的電路，現(xiàn)在談論結果尚為時過早，理論與實踐并不是一味的互相吻合，它們往往會存在誤差甚至讓你無從琢磨和下手，這就需要我們用實踐去證明它，只有如此，才能發(fā)現(xiàn)錯誤并有所收獲，這正是我們?yōu)榇硕偪竦哪康?。當然，雖說事物本身具有相對性和絕對性，但僅此實驗我們不能抱以絕對上的觀念去看待，否則，即使設計的電路再怎么樣，若照樣還是一頭霧水，不能分清實踐與理論之間的差別，那么做此實驗的意義就蕩然無存了。本實驗電路還需要加以改進，