畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）路燈節(jié)電控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、路燈節(jié)電控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要本設(shè)計(jì)旨在利用模電和傳感器的知識(shí)，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單實(shí)用的電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)高功率負(fù)載的開(kāi)關(guān)控制，達(dá)到節(jié)約電能的目的。此電路利用熱釋紅外傳感器對(duì)一定角度及空間距離內(nèi)的人體進(jìn)行傳感檢測(cè)，利用光敏電阻對(duì)外界光強(qiáng)弱進(jìn)行檢測(cè)感應(yīng)，通過(guò)專用熱釋紅外處理芯片將感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較放大，再通過(guò)延時(shí)定時(shí)時(shí)間控制負(fù)載運(yùn)行延時(shí)時(shí)間，及封鎖定時(shí)時(shí)間控制觸發(fā)次數(shù)，再將放大后的電信號(hào)用單向可控硅與二極管橋堆的組合電路控制負(fù)載電路。換言之，將人體紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而控制負(fù)載的通斷。關(guān) 鍵 詞 熱釋紅外傳感；光敏電阻；電容降壓；可控硅；熱釋紅外處理集成芯片 the design and realizati

2、on of energy-saved street lamp controller abstract in order to saving-energy.a simple and practical circuit is desigued which likes a switch to control the high power load.the whole process is: firstly,the body is detected through the pyrolectric infrared sensors in certain place.secondly,strong or

3、weak light is detected throght the photosensitive.thirdly;the sensor signal is compared and enlarged via the special pyroelectric infrared chip and the delay time of the load running is controled by the delay-time.finally,the load circut is controlled by the combination circuit of the scr and the di

4、ode bridge reator which is controlled by the enlarged signal.in other words, human infrared signals will be converted into electrical signals to control the loads on-off.key wordspyroelectric infrared sensor；photosensitive resistance；capacitance buck；scr；pyroelectric infrared processing integrated c

5、hip引 言目前許多路燈節(jié)電控制器主要通過(guò)聲控、光控或聲光雙控來(lái)實(shí)現(xiàn)路燈的節(jié)電控制，信號(hào)控制主要采用555定時(shí)器控制，負(fù)載控制主要采用繼電器，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的弊端已經(jīng)在實(shí)踐生活中凸顯出來(lái)，比如聲控的不人性化和被動(dòng)感，光控的非靈活性，555定時(shí)控制器的不穩(wěn)定性及參數(shù)難以設(shè)定，繼電器的使用壽命過(guò)短將導(dǎo)致電路可靠性降低等因素，制約了路燈節(jié)電控制器的發(fā)展空間和使用前景。紅外自動(dòng)燈控制器是一種非常適合推廣的節(jié)能產(chǎn)品，它利用非常成熟的熱釋電紅外人體檢測(cè)技術(shù)，能準(zhǔn)確探測(cè)人體，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)判斷環(huán)境光線強(qiáng)度是否低于設(shè)定值，然后自動(dòng)接通負(fù)載（如燈光、排風(fēng)扇、自動(dòng)門等），只要人體不離開(kāi)感應(yīng)范圍，

6、開(kāi)關(guān)就能持續(xù)接通，只有當(dāng)人離開(kāi)后，開(kāi)關(guān)延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載?？梢詫?shí)現(xiàn)人來(lái)燈亮在中國(guó)，人離燈熄。1.選題的目的、意義及相關(guān)研究動(dòng)態(tài)1.1選題的目的及意義由于長(zhǎng)期以來(lái)電力行業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)，從而導(dǎo)致了電力的不均衡發(fā)展，它所帶來(lái)的直接后果就是長(zhǎng)期性的電力短缺。近年來(lái)我國(guó)用電連連告急，好多地方已經(jīng)出臺(tái)了限制用電的措施，來(lái)自國(guó)家電力調(diào)度中心的信息顯示，全國(guó)除西北、東北、山東電網(wǎng)的電力供應(yīng)略有盈余外，華東、華北、華中、川渝、廣東等地電網(wǎng)都出現(xiàn)不同程度的供應(yīng)緊張。而最近，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的電力市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告說(shuō)，明年全國(guó)電力緊缺的局面不僅不會(huì)得到改善，反而會(huì)更加嚴(yán)重，其中浙江、江蘇、上海和長(zhǎng)沙將是缺電的重點(diǎn)地區(qū)

7、。 據(jù)日本能源研究所的一項(xiàng)研究報(bào)告指出，中國(guó)目前的電力缺口是9.93%，到2010年將劇增至15%。而且每年政府都在節(jié)電改造上投入巨資，以求有效地解決中國(guó)在電力資源上潛在的隱患。同時(shí)，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的日益加劇，中國(guó)的企業(yè)也不斷地感受到國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的壓力，如何加強(qiáng)成本控制也成為企業(yè)不得不面對(duì)的問(wèn)題。在各種解決策略中，節(jié)能相對(duì)與新能源開(kāi)發(fā)等其它策略而言投資少、見(jiàn)效快，已成為中國(guó)在節(jié)能方面的主導(dǎo)性策略。電能是一種最基本、最主要的能源形式，它普遍存在于工業(yè)、商業(yè)、家庭及人類生產(chǎn)生活的全部領(lǐng)域，要節(jié)能首先在于節(jié)電。在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)泡沫不斷破滅之際，節(jié)電行業(yè)專業(yè)市場(chǎng)已

8、經(jīng)成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)中的最大亮點(diǎn)，在運(yùn)用小資本攻克大市場(chǎng)幾乎已不可能的今天，節(jié)電行業(yè)專業(yè)市場(chǎng)中的奇跡不斷，更被稱為“杠桿投資理論新思潮”?？v觀中國(guó)節(jié)電市場(chǎng)，無(wú)論是工業(yè)、商業(yè)市場(chǎng)，還是家庭市場(chǎng)，對(duì)于節(jié)電的潛在需求都是驚人的，據(jù)美國(guó)專業(yè)能源機(jī)構(gòu)的研究預(yù)測(cè)，中國(guó)將在三年內(nèi)取代美國(guó)，一躍成為世界節(jié)電市場(chǎng)中的最大買家。此設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是利用數(shù)字電路、模擬電路以及傳感器的知識(shí)設(shè)計(jì)一種使用方便，應(yīng)用范圍廣泛的智能開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)各種負(fù)載的開(kāi)斷控制。在不影響人的正?；顒?dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器的控制達(dá)到對(duì)電能的控制，以緩解社會(huì)日益緊張的電能需求，更進(jìn)一步使電能得到有效利用，防止“電饑荒”。1.2業(yè)界的研究動(dòng)態(tài)目前對(duì)節(jié)電

9、控制主要有三種研究方向：電具、電器本身的節(jié)能。此節(jié)能主要通過(guò)改善電器本身的驅(qū)動(dòng)方式及發(fā)光原理，如日光燈、節(jié)能燈、led燈等。通過(guò)對(duì)整個(gè)市電電網(wǎng)電壓的無(wú)斷點(diǎn)控制調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)的用電設(shè)備的節(jié)電控制。它采用了微電子控制技術(shù)，通過(guò)在線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)用電負(fù)荷的跟蹤，同步調(diào)節(jié)控制回路，獨(dú)特的波形調(diào)整技術(shù)和柔性的調(diào)節(jié)方法，使負(fù)載始終工作在最佳動(dòng)力輸出點(diǎn)上，為負(fù)載提供合理的能量，抑制不必要的電力消耗或減少浪費(fèi)因素，以達(dá)到減少電力消耗的目的。利用傳感器原理設(shè)計(jì)負(fù)載控制電路。此法較前面兩種方案有人性化、易控制、安裝調(diào)試簡(jiǎn)便、成本低，使用領(lǐng)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。所以擁有廣大市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。且燈具本身的改善已趨于極限

10、，發(fā)展空間不大。而用電負(fù)荷跟蹤器實(shí)現(xiàn)節(jié)能，價(jià)格昂貴，不易普及，實(shí)用也不太方便，體積大缺乏靈活性。2.研究方案的論證確定及設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)的確認(rèn) 設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單實(shí)用的電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)高功率負(fù)載的開(kāi)關(guān)控制，達(dá)到節(jié)約電能的目的。當(dāng)外界光線較弱，或者夜間時(shí)候，此電路利用熱釋紅外傳感器對(duì)一定角度及空間距離內(nèi)的人體進(jìn)行傳感檢測(cè)，利用光敏電阻對(duì)外界光強(qiáng)弱進(jìn)行檢測(cè)感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)白天和晚上工作方式的調(diào)節(jié)。白天不工作，也不受過(guò)往人員影響。晚上自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)專用熱釋紅外處理芯片將感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較放大，再通過(guò)延時(shí)定時(shí)時(shí)間控制負(fù)載運(yùn)行延時(shí)時(shí)間，次延時(shí)時(shí)間可以通過(guò)可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，大約為1分鐘。封鎖定時(shí)時(shí)間控制觸發(fā)次數(shù)，再將

11、放大后的電信號(hào)用單向可控硅與二極管橋堆的組合電路控制負(fù)載電路。換言之，將人體紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而控制負(fù)載的通斷。2.2 傳統(tǒng)節(jié)電控制電路的實(shí)現(xiàn)及缺陷如圖2.1所示，此設(shè)計(jì)通過(guò)發(fā)射，接收，譯碼，延時(shí)。555和r1、r2、c1等組成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧震蕩器，震蕩頻率f=1.44/(r1+2r2)*c1,約為40khz。它的輸出驅(qū)動(dòng)tln104紅外發(fā)射二極管1，產(chǎn)生紅外脈沖調(diào)制波。紅外接收頭采用與tln104配套的接收頭，將紅外光裝換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)ca741放大后，加至有鎖相環(huán)的音頻譯碼器，調(diào)節(jié)rp1，使鎖相環(huán)的中心頻率f0=1/1.1rp1*c6與發(fā)射的紅外調(diào)制頻率相一致。當(dāng)有信號(hào)來(lái)時(shí)。lm567的8

12、腳呈低電平，vt1截止，固態(tài)繼電器（sp110）因無(wú)控制信號(hào)觸發(fā)，交流輸出處處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)將紅外光線遮擋時(shí)，lm567無(wú)信號(hào)輸入，8腳因r7的高電平偏置而呈高電平。vt1導(dǎo)通，ic4因控制端有一跳變脈沖（大于2v到6v）的信號(hào)，使sp110的交流電壓接通。使得負(fù)載電路導(dǎo)通。雖然可實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的檢測(cè)和對(duì)負(fù)載的控制。但此設(shè)計(jì)存在幾個(gè)不可忽視的弱點(diǎn)：.需要一個(gè)5v的變壓器為控制電路供電，體積無(wú)形中增大。使整個(gè)設(shè)計(jì)也變得笨重，質(zhì)量增大。.無(wú)抗干擾紅外檢測(cè)功能，容易導(dǎo)致誤判和重復(fù)觸發(fā)。.ca741的為單級(jí)運(yùn)放，最大放大增益為90db，容易引起誤差，影響lm567的頻率調(diào)節(jié)控制。.發(fā)射與接收距離短

13、，實(shí)用性不強(qiáng)，適用場(chǎng)合受到一定限制，不能普及使用。.負(fù)載控制部分采用繼電器，壽命不長(zhǎng)，易老化，影響電路穩(wěn)定性。圖2. 傳統(tǒng)節(jié)電開(kāi)關(guān)電路圖基于以上缺陷，應(yīng)尋求對(duì)策，尋找能克服以上問(wèn)題的新方案。2.3 整體設(shè)計(jì)思路的闡述和論證如圖2.2所示，此電路針對(duì)以上缺陷，一一進(jìn)行研究和突破，主要用新型探測(cè)元件和探測(cè)方式進(jìn)行探測(cè)，再用專用芯片進(jìn)行多級(jí)放大，延時(shí)，控制，加之配合光敏電阻的控制信號(hào)，使此電路出現(xiàn)多種可調(diào)的工作模式，包括白天，晚上等?？刂撇糠值墓╇娨膊捎谜鳂蛘骱笤儆梅€(wěn)壓管初部穩(wěn)壓以及78l05精確穩(wěn)壓, 提供5v穩(wěn)定電壓。負(fù)載控制端采用單向可控硅進(jìn)行隔離，配合二極管橋堆的組合，使控制端有信號(hào)則使

14、負(fù)載導(dǎo)通，無(wú)信號(hào)時(shí)負(fù)載關(guān)閉。在此，二極管橋堆的作用很突出，在供電部分它起整流作用。再負(fù)載耦合控制部分，由于它是串聯(lián)在220v交流線兩端，它與單向可控硅組合，使電流只能在可控硅導(dǎo)通時(shí)才能使負(fù)載工作。 穩(wěn)壓供電信號(hào)放大大感光強(qiáng)度采集紅外信號(hào)采集熱釋紅外探頭biss001芯片控制光敏電阻可控硅交流220v 負(fù)載整流橋圖2.2 整體設(shè)計(jì)原理框圖2.3.1 信號(hào)采集與傳送 如圖2.3所示,此電路由熱釋紅外傳感器re200b對(duì)人體紅外輻射進(jìn)行信號(hào)采集。此方法技術(shù)成熟, 易于實(shí)現(xiàn), 能準(zhǔn)確探測(cè)人體。范圍可以調(diào)整控制。一般可調(diào)整5到8米內(nèi)的扇形區(qū)域?yàn)楦袘?yīng)區(qū)域, 加之與菲涅耳鏡片的組合, 更能有效搜集人體發(fā)出的

15、紅外輻射且可控制感應(yīng)角度。約為140度圓錐角。圖2.3 整體設(shè)計(jì)原理圖2.3.2 信號(hào)放大,比較,狀態(tài)控制,延時(shí)定時(shí)及封鎖定時(shí)如圖2.3所示,運(yùn)算放大器4將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由電容c5耦合給運(yùn)算放大器進(jìn)行第二級(jí)放大。再經(jīng)由芯片內(nèi)部電壓比較器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。間定時(shí)器，輸出信號(hào)vo經(jīng)晶體管q1放大驅(qū)動(dòng)可控硅去接通負(fù)載。此部分采用高功能集成電路芯片biss0001，此芯片是專門對(duì)熱釋紅外進(jìn)行放大，分析，比較，控制的專用芯片。其強(qiáng)大的雙相鑒幅處理模塊?？梢种谱畲鬄?v的抖動(dòng)誤差。2.3.3 感光強(qiáng)度的控制與調(diào)節(jié)如圖2.

16、3所示,由光敏電阻cds以及可變電阻vr2和上拉電阻r7構(gòu)成對(duì)感光強(qiáng)度的控制與調(diào)節(jié)?？蓪?shí)現(xiàn)白天與晚上的感光以及其中任何一種光強(qiáng)度的工作狀態(tài)。而這一切只需調(diào)整可變電阻vr2即可。簡(jiǎn)單方便。光敏電阻cds受光照影響，電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變電阻器的阻值：入射光強(qiáng)，電阻減?。蝗肷涔馊?，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增。因此，當(dāng)vr2值一定時(shí)，若環(huán)境較明亮，cds的電阻值會(huì)降低，使pin9的輸入保持為低電平，從而

17、封鎖觸發(fā)信號(hào)vs。低電平封住了與門u2，禁止觸發(fā)信號(hào)vs向下級(jí)傳遞，若環(huán)境較暗時(shí)，cds的阻值沒(méi)有明顯變化，pin9的電壓不會(huì)被拉低，封鎖觸發(fā)信號(hào)也不會(huì)被封鎖。封鎖觸發(fā)信號(hào)vs不會(huì)被阻止向芯片傳遞感應(yīng)信號(hào)。光敏電阻也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)感應(yīng)信號(hào)的傳遞進(jìn)行了最初的控制。2.3.4 芯片的供電如圖2.3所示,采用整流橋整流（由d1到d4構(gòu)成）與c1和r1并聯(lián)組合電路相連初步降壓以及接于lm78l05輸入端和地端的穩(wěn)壓管dz1初步穩(wěn)壓再通過(guò)lm78l05穩(wěn)壓信片精確穩(wěn)壓，為芯片biss0001提供5v工作電壓，由于沒(méi)有采用變壓器穩(wěn)壓，而是采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，使得此設(shè)計(jì)更輕巧便利。d2和d4接零線，d3和d1接火線

18、，當(dāng)出現(xiàn)交流電的正半波時(shí)， d2導(dǎo)通，d4截止，電流經(jīng)過(guò)lm78l05進(jìn)行穩(wěn)壓，再由d3流出，形成回路。2.3.5 負(fù)載的控制 如圖2.3所示,利用單向可控硅以及二極管的組合電路2，達(dá)到無(wú)間斷的控制負(fù)載的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)q1導(dǎo)通時(shí)，可控硅也被驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，交流電的正半波部分可以通過(guò)d2流經(jīng)可控硅，再流經(jīng)d4形成回路。負(fù)半波部分可以通過(guò)d4流經(jīng)可控硅，再流經(jīng)d1，形成回路；若q1截止，可控硅亦截止，交流電因?yàn)闊o(wú)法通過(guò)可控硅而不能形成回路，亦不能導(dǎo)通，負(fù)載也就處于關(guān)閉狀態(tài)。負(fù)載的交流無(wú)論如何也不能形成回路，此時(shí)即相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。3.工作原理的闡述和解釋如圖3.1所示，biss0001芯片是由運(yùn)算放大器3

19、、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。它起到了承前啟后的關(guān)鍵作用，是整個(gè)電路的主題部分。首先，根據(jù)實(shí)際需要，利用運(yùn)算放大器op1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。然后耦合給運(yùn)算放大器op2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，同時(shí)將直流電位抬高為vm(0.5vdd)后，將輸出信號(hào)v2送到由比較器cop1和cop2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào)vs。由于vh0.7vdd、vl0.3vdd，所以，當(dāng)vdd=5v時(shí)，可有效抑制1v的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 cop3是一個(gè)條件比較器。當(dāng)輸入電壓vcvr時(shí)，cop3輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。圖3.1 biss

20、0001內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1 不可重復(fù)觸發(fā)工作模式 如圖3.2所示，當(dāng)a端接“0”電平時(shí)，在tx時(shí)間內(nèi)任何v2的變化都被忽略，直至tx時(shí)間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)tx時(shí)間結(jié)束時(shí)，vo下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期ti。在ti時(shí)間內(nèi)，任何v2的變化都不能使vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平），可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。圖3.2 不可重復(fù)觸發(fā)方式時(shí)序圖3.2 可重復(fù)觸發(fā)工作模式如圖3.3所示，可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在vc=“0”、a=“0”期間，信號(hào)vs不能觸發(fā)vo為有效狀態(tài)。在vc=“1”、a=“1”時(shí)，vs可重復(fù)觸發(fā)vo為有效狀態(tài)，并可促使vo在tx周期內(nèi)

21、一直保持有效狀態(tài)。 在tx時(shí)間內(nèi)，只要vs發(fā)生上跳變，則vo將從vs上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè)tx周期；若vs保持為“1”狀態(tài)，則vo一直保持有效狀態(tài)；若vs保持為“0”狀態(tài)，則在tx周期結(jié)束后vo恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時(shí)間ti時(shí)間內(nèi)，任何vs的變化都不能觸發(fā)vo為有效狀態(tài)。圖3.3 可重復(fù)觸發(fā)方式時(shí)序圖3.3 各部分單元模塊的詳細(xì)功能3.3.1 信號(hào)采集與傳送的具體實(shí)現(xiàn)方式 圖3.4 信號(hào)采集傳感方式圖如圖3.4所示，此探頭采用d、s、g三腳式傳感器，d端是電源正端，直接與正5v相連，s端是信號(hào)輸出端，直接與芯片pin14（第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端）相連，g是電源負(fù)端，直接與地相

22、連。此紅外探頭可以抑制1v的抖動(dòng)干擾，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。3.3.2 熱源感應(yīng)和聚集的原理及應(yīng)用 菲涅爾鏡片5是紅外線探頭的“眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)將產(chǎn)生誤動(dòng)作和漏動(dòng)作，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)域不斷擴(kuò)大。菲涅爾鏡片是根據(jù)法國(guó)光物理學(xué)家fresnel發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和pe（聚乙烯）材料壓制而成。鏡片（0.5mm厚）表面刻錄了一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠(yuǎn)；圓環(huán)線刻錄的深感應(yīng)距離遠(yuǎn)，焦距近。紅外光線越是靠進(jìn)同心環(huán)則光線

23、越集中而且越強(qiáng)。同一行的數(shù)個(gè)同心環(huán)組成一個(gè)垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間組成一個(gè)水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長(zhǎng)感應(yīng)段越多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動(dòng)幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯(cuò)，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間，段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場(chǎng)角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片從外觀分類為：長(zhǎng)形、方形、圓形，從功能分類為：?jiǎn)螀^(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。 3

24、.3.3 紅外探測(cè)器的原理 熱釋紅外探頭re200b 8采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。3.3.4 感光強(qiáng)度的具體實(shí)現(xiàn)與可調(diào)圖3.5 感光強(qiáng)度可調(diào)電路如圖3.5所示，cds為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度。當(dāng)作為照明控制，若環(huán)境較明亮，cds的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，通過(guò)芯片的與門控制，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)vs。當(dāng)外界光強(qiáng)度較弱時(shí)候，光敏電阻阻值變化不大，從而不會(huì)拉底9腳的電平。這樣，通過(guò)光敏電阻的控制，出現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的初級(jí)控制。3.3.5 延時(shí)時(shí)間及定時(shí)的具體實(shí)現(xiàn)和可調(diào)如圖3.6所示，通過(guò)調(diào)節(jié)pi

25、n4與c9之間的滑動(dòng)電阻vr1，實(shí)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間tx（即從最后一次觸發(fā)到燈暗的間）的調(diào)節(jié)。通過(guò)改變pin5與pin6之間的電阻r6的阻值，可改變封鎖時(shí)間（即相臨兩次觸發(fā)感應(yīng)的時(shí)間)定時(shí)器ti的調(diào)節(jié)。請(qǐng)參考圖3.1。圖3.6 調(diào)時(shí)電路3.3.6 從第一級(jí)放大到第二級(jí)放大藕合的實(shí)現(xiàn)如圖3.7所示，此處r9，r10均選470歐，c5為第一級(jí)放大器與第二級(jí)放大器之間的耦合電容。c5電容值為10u。適當(dāng)調(diào)節(jié)r9與c4的數(shù)值，可以調(diào)整放大器的放大倍數(shù)。請(qǐng)參考圖3.1。圖3.7 放大耦合電路3.3.7 芯片供電部分以及可控硅與負(fù)載耦合的實(shí)現(xiàn)圖3.8 芯片供電電路 r1和c1的組合電路起到降壓的作用，d5和d6起

26、到保護(hù)作用，防止穩(wěn)壓芯片被220v電壓擊穿。dz1的初步穩(wěn)壓和78l05的精確穩(wěn)壓，c2和c3為濾波電容，為控制電路提供5v電源。使用簡(jiǎn)便，科學(xué)，合理。體積小簡(jiǎn)易，容易實(shí)現(xiàn)。圖3.9 可控硅與負(fù)載耦合電路 利用單向可控硅以及二極管的組合電路，達(dá)到無(wú)間斷的控制負(fù)載的開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)q1導(dǎo)通時(shí),可控硅也導(dǎo)通，若正半波經(jīng)過(guò)零線a點(diǎn)，則電流由d1流至d4形成回路，負(fù)載工作；若負(fù)半波流經(jīng)零線時(shí)，則電流由d4流經(jīng)可控硅再由d2形成回路，負(fù)載亦工作；若q1截止，則可控硅截止，負(fù)載的交流無(wú)論如何也不能形成回路，此時(shí)即相當(dāng)于開(kāi)光斷開(kāi)。簡(jiǎn)言之，可控硅起到220v高壓和控制部分的隔離，利用小信號(hào)對(duì)大電流進(jìn)行控制。r3

27、和c11組合電路與r1和c1作用相似，起到初步隔離lm78lo5與220v大電壓，起到保護(hù)作用。4. 硬件的制作與調(diào)試與試驗(yàn)4.1 硬件pcb的繪制制作流程如下：選購(gòu)元件，列出元件清單，對(duì)選購(gòu)的元件進(jìn)行初步測(cè)試，挑出損壞元件，確保元件的可靠性。對(duì)元件的參數(shù)及特征進(jìn)行了解。如各元件各個(gè)管腳的作用以及接法。各個(gè)管腳的可承受電壓電流。繪制原理圖以及pcb圖，利用protel99se繪圖工具將原理圖進(jìn)行編輯，封裝，導(dǎo)入pcb，按照元件特性及整體使用規(guī)范進(jìn)行布局。如：將兩個(gè)可調(diào)電阻放于pcb板的邊緣，以便使用者調(diào)節(jié)，將負(fù)載輸入輸出端放于pcb板的另一端，因?yàn)榭紤]到此電路的負(fù)載是高電壓大電流負(fù)載，通電使用

28、后很可能有觸電危險(xiǎn)，如此安裝便有利于與電路控制部分分離，能盡量避免觸電危險(xiǎn)；將光敏電阻和熱釋紅外探測(cè)器放置在pcb版的中央，且反向安裝，能方便光、熱雙控，此兩探測(cè)元件獨(dú)立安裝于pcb板的另一面，有利于配合菲涅爾透鏡的聚光聚熱。鉆孔、對(duì)照原理圖安裝焊接硬件。根據(jù)不同元件的引腳大小，用不同鉆孔針進(jìn)行鉆孔，如二極管d1到d6以及可控硅采用1cm鉆針，電阻、電容、三極管、dip16芯片，穩(wěn)壓二極管等采用0.6cm鉆針進(jìn)行鉆孔。插件時(shí)對(duì)照pcb及原理圖仔細(xì)查看，注重電極性。焊接時(shí)，烙鐵溫度應(yīng)控制在350攝氏度左右，與管腳接觸時(shí)間大約在3s以內(nèi)。以免高溫將元件燙壞，特別是光敏電阻。并且注意焊錫的溶化程度，

29、以及與烙鐵的緊密接觸，以免出現(xiàn)空焊不良。管腳參數(shù)測(cè)試。測(cè)試電源供電部分即芯片的高電平端電壓約為5v，若不為5v將導(dǎo)致芯片不正常工作，應(yīng)立即關(guān)斷電源，檢查原因。測(cè)試芯片2腳最大輸出電流（當(dāng)輸入電壓為5v時(shí)）為10毫安。4.2 硬件調(diào)試與實(shí)驗(yàn)cds為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，cds的電阻值會(huì)降低，使pin9的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)vs。pin8是工作方式選擇端，當(dāng)pin8與正5v端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)pin8與地端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。圖中r9可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，可以根據(jù)實(shí)際需要選用，開(kāi)始選用10k，感覺(jué)測(cè)試時(shí)

30、候不夠靈敏，放大倍數(shù)不夠大，后來(lái)使用3k，可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時(shí)間tx由外部的r6和c10的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時(shí)間ti由外部的r5和c9的大小調(diào)整，r6和r5可以用470歐姆，c9和c10可以選0.1u。此設(shè)計(jì)采用biss0001芯片作為主控芯片，pcb上有兩個(gè)電位器，vr1為亮燈延時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)，可以在45240秒之間調(diào)節(jié)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)亮燈時(shí)間延長(zhǎng)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)亮燈時(shí)間縮短。vr2為環(huán)境光線亮度調(diào)節(jié)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)可以增大光控亮度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底可以實(shí)現(xiàn)白天也亮燈的效果（注意：選擇大小合適的“一”字的螺絲刀調(diào)節(jié)，力度要輕以免損壞電位器)。此設(shè)計(jì)采用質(zhì)量可靠的nec的2p4m可控硅，允許

31、2a的工作電流，瞬間浪涌電流20a，并且確保在接通負(fù)載的瞬間無(wú)大的沖擊電流，可以大大延長(zhǎng)燈具壽命。4.2.1 基本功能測(cè)試 先調(diào)節(jié)好適當(dāng)?shù)膙r1值和vr2值，將感應(yīng)開(kāi)關(guān)接入電路后初始化約5s后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。燈炮懸于1m以外的空中，將紅外節(jié)能燈控制器45度傾斜選于2m的墻壁，當(dāng)有人從探頭的感應(yīng)區(qū)域經(jīng)過(guò)時(shí)，200w的白炙燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮。當(dāng)人一直處于探測(cè)范圍內(nèi)，燈泡一直亮，當(dāng)人體離開(kāi)感應(yīng)區(qū)域，大約1分鐘后燈泡自動(dòng)熄滅，直到再次有熱源和人體靠近感應(yīng)區(qū)，燈泡再次被控制器點(diǎn)亮。4.2.2 探測(cè)范圍測(cè)試距離測(cè)試以人體正常走動(dòng)步幅（約0.350.8米）測(cè)試其最遠(yuǎn)距離。水平（扇面）角度測(cè)試。人體從左到右從非探測(cè)區(qū)

32、走向探測(cè)區(qū)，燈亮點(diǎn)為 a點(diǎn)，再?gòu)挠业阶髲姆翘綔y(cè)區(qū)走向探測(cè)區(qū)燈亮點(diǎn)為b點(diǎn)。測(cè)量a、b點(diǎn)即為其水平扇面探測(cè)角度。垂直（縱面）角度測(cè)試。 人體在探測(cè)器下面從左到右從非探測(cè)區(qū)走向探測(cè)區(qū)燈亮點(diǎn)為a點(diǎn)，在探測(cè)器上方用手移動(dòng)，從左到右從非探測(cè)區(qū)移向探測(cè)區(qū)，燈亮點(diǎn)為b點(diǎn)。a、b兩點(diǎn)即為垂直探測(cè)角度。4.2.3 探測(cè)速度測(cè)試慢速測(cè)試人體在探測(cè)距離的70%位置點(diǎn)，以每秒30cm步幅走動(dòng)，應(yīng)有報(bào)警指示。若沒(méi)有指示說(shuō)明探測(cè)靈敏度過(guò)低，有漏報(bào)的隱患。中速測(cè)試人體以每秒5075cm步幅走動(dòng)，應(yīng)有報(bào)警指示。若沒(méi)有指示，說(shuō)明其有故障或靈敏度過(guò)低?？焖贉y(cè)試人體以每秒3米跑速經(jīng)過(guò)探測(cè)范圍，應(yīng)出現(xiàn)燈亮，若沒(méi)有說(shuō)明有故障或靈敏度過(guò)低

33、。超慢速測(cè)試人體以每秒小于30cm（約20cm）速度走動(dòng)，不應(yīng)有燈亮。若有說(shuō)明探測(cè)靈敏度過(guò)高，容易引起誤感應(yīng)?？蛇m當(dāng)調(diào)低探測(cè)靈敏度。超快速測(cè)試 用人手在探測(cè)器前面2030cm處以0.5秒速度晃過(guò)去，不應(yīng)有燈亮。若有說(shuō)明探測(cè)器靈敏度過(guò)高或內(nèi)部時(shí)間程序電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，容易引起誤感應(yīng)，需調(diào)整降低探測(cè)靈敏度后再重復(fù)試驗(yàn)。4.2.4 抗干擾能力試驗(yàn)將探測(cè)器對(duì)著一個(gè)無(wú)干擾源的空間，最好在樓上窗口邊（只要陽(yáng)光不會(huì)直接照射到探測(cè)器，探測(cè)范圍內(nèi)無(wú)飄動(dòng)的物體，無(wú)人經(jīng)過(guò)的空間即可）。進(jìn)行24小時(shí)以上試驗(yàn)，不應(yīng)出現(xiàn)燈亮。若出現(xiàn)燈亮說(shuō)明該探測(cè)器抗紅外光譜變化、氣流變化等干擾能力差。將一盞臺(tái)燈60w直接對(duì)著探測(cè)器距離60c

34、m，頻繁開(kāi)/關(guān)臺(tái)燈，不應(yīng)出現(xiàn)燈亮。若出現(xiàn)說(shuō)明該探測(cè)器抗強(qiáng)光干擾能力差。 將同一臺(tái)風(fēng)扇置“強(qiáng)風(fēng)”檔、“搖頭”檔距探測(cè)器1.5米距離，來(lái)回?fù)u頭吹風(fēng)，不應(yīng)出現(xiàn)燈亮，若出現(xiàn)說(shuō)明抗氣流干擾能力差。將接通電話的手機(jī)靠近探測(cè)器距離50cm應(yīng)不出現(xiàn)燈亮。50cm外出現(xiàn)燈亮說(shuō)明抗電波干擾能力差。 模擬一只貓大小的黑色物體，在探測(cè)范圍內(nèi)快速或慢速移動(dòng)應(yīng)不出現(xiàn)燈亮。出現(xiàn)燈亮說(shuō)明防寵物能力差。5. 成本評(píng)估、批量生產(chǎn)及市場(chǎng)需求前景調(diào)研按目前能源開(kāi)發(fā)利用的效率和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度與增長(zhǎng)模式（高投入和高消耗），實(shí)現(xiàn)到2020年gdp翻兩番、能源只翻一番的政府發(fā)展目標(biāo)可能性不大。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值繼續(xù)高速增長(zhǎng)，城市化和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

35、持續(xù)快速，高能源需求增長(zhǎng)的狀況可能延續(xù)到2020年。如果動(dòng)態(tài)地來(lái)看待能源問(wèn)題，無(wú)論是已知的還是猜測(cè)的能源來(lái)源，以及期望的技術(shù)進(jìn)步，都不足以消除人們對(duì)中國(guó)能否有供給充裕、價(jià)格合理的能源和環(huán)境來(lái)支持向中等收入國(guó)家過(guò)渡的擔(dān)憂。因此，中國(guó)的國(guó)情決定必須節(jié)能。biss0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。元件總成本在10元以內(nèi)，比較容易接受和推廣使用。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明

36、和報(bào)警系統(tǒng)。6. 使用說(shuō)明及注意事項(xiàng)6.1 技術(shù)參數(shù)工作電壓： ac180v250v負(fù)載特性： 電子節(jié)能燈、電子日光燈、led燈、白熾燈、排風(fēng)扇、自動(dòng)門等負(fù)載功率： 200w 接線方式： 兩線制，直接替代傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)待機(jī)電流： 低于40微安感應(yīng)范圍： 140度圓錐角，58米以內(nèi) 延時(shí)時(shí)間： 60秒感 光 度：根據(jù)不同的環(huán)境光線,來(lái)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)（也可以調(diào)成白天也能感應(yīng)）外觀尺寸：75cm*65cm*25cm 6.2 擴(kuò)展功能應(yīng)用 此紅外自動(dòng)燈可以在小偷悄無(wú)聲息地進(jìn)入時(shí)突然點(diǎn)亮，給小偷一個(gè)警告，但是還是有些欠缺，就是沒(méi)有聲音警告，我們還可以安裝一種可以直接使用220v交流電源的蜂鳴器，只要把這種蜂鳴

37、器并聯(lián)到燈泡的兩端，就能在點(diǎn)亮燈的同時(shí)發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的警告聲音，可以令不法之徒心慌意亂，打消犯罪企圖。如果覺(jué)得報(bào)警聲音太響，還可以用透明膠布把蜂鳴器整個(gè)包裹起來(lái)降低音量，同時(shí)還有防潮的功能，這個(gè)系統(tǒng)最大的好處就是不需要設(shè)防、解防，一到晚上自動(dòng)開(kāi)始工作，既可以在夜間提供照明，又對(duì)小偷有足夠的威懾力，是一種非常有效、廉價(jià)的防盜方案。6.3 注意事項(xiàng)上述特性指標(biāo)是在源極電阻r7=47k條件下測(cè)定的，用戶使用傳感器時(shí)，可根據(jù)自己的需要調(diào)整r7的大小。使用傳感時(shí)，管腳的彎曲或焊接部位應(yīng)離開(kāi)管腳基部4mm以上。探測(cè)范圍內(nèi)不要放置會(huì)發(fā)熱的物體，如：暖氣、熱水器、電視機(jī)、電腦、冰箱等電器，除非這些電器都關(guān)

38、了。暖氣、熱水器、電腦、冰箱在自動(dòng)程序控制狀態(tài)會(huì)時(shí)開(kāi)時(shí)關(guān)，會(huì)引起誤感應(yīng)。探測(cè)范圍內(nèi)避免強(qiáng)光照射干擾，如：陽(yáng)光照射、汽車燈光照射、射燈照射及照明等光源。這些光源含有豐富的紅外光譜會(huì)引起誤感應(yīng)。探測(cè)范圍內(nèi)避開(kāi)被風(fēng)吹而引起飄動(dòng)的物體，如：窗簾、衣物、花草等。布防前，關(guān)上窗戶和門避免空氣對(duì)流引起物體瓢動(dòng)而造成誤感應(yīng)。因?yàn)轱h動(dòng)的物體切割了紅外線致使探測(cè)器誤判斷。探測(cè)范圍內(nèi)避免動(dòng)物干擾，可調(diào)高下深測(cè)區(qū)，使0.5米以下動(dòng)物活動(dòng)不在探測(cè)區(qū)內(nèi)。家庭養(yǎng)有寵物可將多區(qū)域探測(cè)器更換為水平式探測(cè)器。最簡(jiǎn)單的方法是用不透明的膠布粘貼在鏡片下端。探測(cè)范圍與人活動(dòng)方向呈穿越形式（見(jiàn)a箭頭人體活動(dòng)方向圖示4.1），不要正對(duì)著人

39、體活動(dòng)方向（見(jiàn)b箭頭人體活動(dòng)方向圖示4.1）。圖4.1 人體活動(dòng)方向圖探測(cè)范圍要有余量，要考慮到夏天，當(dāng)環(huán)境溫度升高與人體表面溫度一致時(shí)（3032），探測(cè)距離會(huì)縮短1/3以上.因此，務(wù)必引起注意。保持在10天內(nèi)檢測(cè)一次，保障能正常工作。注意清潔菲溫爾鏡片，其正反同心圓表面有污點(diǎn)及霉斑點(diǎn)均會(huì)影響探測(cè)距離和效果。7. 結(jié) 論7.1 優(yōu) 點(diǎn) 體積小，質(zhì)量輕，穩(wěn)定性好，感應(yīng)距離大，靈敏度高，易安裝和維護(hù)，成本底，使用壽命長(zhǎng)，待機(jī)功耗小，白天夜間兩種工作模式可調(diào)，延時(shí)時(shí)間可調(diào)，自動(dòng)通斷，比傳統(tǒng)節(jié)電開(kāi)關(guān)更具人性化。7.2 缺 點(diǎn)由于控制部分用整流橋整流，將使整個(gè)硬件帶上高電壓，工作時(shí)需將整個(gè)硬件用絕緣體包

40、裹，以免觸電。不能靠近有除人體以外的強(qiáng)熱源，否則將出現(xiàn)誤判，將失去對(duì)人體的探測(cè)識(shí)別功能，此設(shè)計(jì)對(duì)一切熱源都敏感，包括人體紅外輻射，因此不具備人體與非人體的識(shí)別功能，固有待完善。7.3 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決措施對(duì)于熱釋紅外探測(cè)頭的選擇，由于市場(chǎng)上此類產(chǎn)品很多，種類繁雜，規(guī)格也各不一樣，應(yīng)此對(duì)此熱釋紅外探測(cè)器的選擇非常關(guān)鍵。此電路選擇re200b熱釋紅外傳感器，此傳感器對(duì)人體紅外輻射進(jìn)行信號(hào)采集。此方法技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn),能準(zhǔn)確探測(cè)人體，范圍可以調(diào)整控制。與光敏電阻9串聯(lián)的可變電阻的阻值范圍的選擇。以及延時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)端可變電阻大小的選擇，都成為必須重視的問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)45秒到240秒延時(shí)時(shí)間的可調(diào)。必須選擇合適的可變電阻。通過(guò)整流橋堆進(jìn)行半波整流，再用穩(wěn)壓管初步穩(wěn)壓，最后用lm78l05進(jìn)行精確穩(wěn)壓，才能實(shí)現(xiàn)降壓的同時(shí)不增大整體設(shè)計(jì)的體積?？煽毓?3與負(fù)載的耦合成為此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，根據(jù)二極管的單向?qū)ㄐ阅?，選擇二極管橋堆進(jìn)行整流，配合可控硅的單向?qū)ㄐ?，?shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制?？刂戚敵鲂盘?hào)經(jīng)電阻r4耦合到可控硅時(shí)，由于考慮到可控硅的驅(qū)動(dòng)電流較大，因此在電阻r4末端加了三極管9014進(jìn)行放大，以滿足可控硅的驅(qū)動(dòng)電流。參考文獻(xiàn)1 吳援明,唐軍.模擬電路分析與設(shè)計(jì)m. 北京:科學(xué)出版社 2006年8第一版:630,3350,80120.2