熱釋電紅外報(bào)警器課程設(shè)計(jì)

1、熱釋電紅外報(bào)器警 南冰 B13040724齊文勝 B13040725閏文強(qiáng) B13040726第一章 課題的任務(wù)及要求31.1課題的任務(wù) 31.2設(shè)計(jì)技術(shù)要求 31.3設(shè)計(jì)的作用、目的3第二章 總體方案設(shè)計(jì)4 2.1設(shè)計(jì)方案42.2 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)4 2.2.1 系統(tǒng)概述42.2.2 實(shí)際原理框圖4第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1.熱釋電紅外傳感器53.1.1傳感器簡介53.1.2傳感器結(jié)構(gòu)圖53.2熱釋電紅外傳感信號(hào)器BISS000163.2.1BISS0001管腳圖63.2.2管腳說明73.2.3系統(tǒng)電路圖及說明73.2.4熱釋電紅外傳感器的主要工作參數(shù)8第四章制作與調(diào)試114.1制作114.2

2、調(diào)試11第五章總結(jié)12第六章心得13附錄一元件清單14附錄二實(shí)物圖15一、課題的任務(wù)及要求1.1課題的任務(wù)：熱釋電紅外報(bào)警器是一種通過熱釋電紅外傳感器探測人體發(fā)射的10微米左右特定波長的紅外線而釋放報(bào)警信號(hào)的報(bào)警裝置。利用紅外熱釋傳感器探測人體目標(biāo)，在檢測到可疑目標(biāo)時(shí)，控制音樂片發(fā)出響亮的報(bào)警聲。1.2設(shè)計(jì)技術(shù)要求為： 1. 報(bào)警器可探測的距離大于3米； 2. 靜態(tài)功耗小于10mA; 3. 供電電壓為6，可以通過電池串聯(lián)作為供電源。 4. 制作產(chǎn)品并調(diào)試。 5. 其他創(chuàng)新、或特色；1.3設(shè)計(jì)的作用、目的:1.學(xué)會(huì)選擇及分析原理圖2.認(rèn)識(shí)并了解常用的電子器件。3.掌握常用電子器件的應(yīng)用，并進(jìn)行設(shè)

3、計(jì)和綜合分析應(yīng)用。4.培養(yǎng)自我學(xué)習(xí)能力及邏輯思維能力。5.提高自己的動(dòng)手能力及培養(yǎng)自己的耐心及細(xì)心。二、總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案的選擇：設(shè)計(jì)方案一：此報(bào)警系統(tǒng)是由釋電紅傳感器接收紅外線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過整流電路再將信號(hào)放大，經(jīng)過延時(shí)、比較驅(qū)動(dòng)報(bào)警器以及發(fā)光二極管發(fā)光此系統(tǒng)主要用到BISS0001集成芯片完成放大延時(shí)以及比較的功能。設(shè)計(jì)方案二：系統(tǒng)用LMS232芯片進(jìn)行放大，另外利用電容和電阻進(jìn)行對(duì)信號(hào)的處理。設(shè)計(jì)方案三：此方案采用分立元件用LM324芯片完成放大的功能和NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成延時(shí)的功能。三種方案我們經(jīng)比較方案一較簡單且易實(shí)現(xiàn)因此最終選擇方案一。2.2設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)：2.2

4、.1系統(tǒng)概述：熱釋電紅外報(bào)警器的組成如下圖所示。紅外線到達(dá)紅外探測器。這時(shí)，熱釋電紅外探測器將輸出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)放大和濾波后，由電壓比較器將其與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，當(dāng)輸出信號(hào)達(dá)到一定值時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)。 2.2.2實(shí)際原理框圖：實(shí)際原理圖的框圖（1）紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用；（2）原理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ) 三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1熱釋電紅熱外傳感器3.1.1傳感器簡介：目前國內(nèi)使用的各類防盜、保安報(bào)警器基本都是以超聲波、主動(dòng)式紅外發(fā)射接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這

5、里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國的傳感元件熱釋電紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器是一種被動(dòng)式調(diào)制型溫度敏感器，也稱熱探測型傳感器?？捎脕碇苯咏邮漳繕?biāo)物體發(fā)射的紅外線并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，且不需要紅外發(fā)射傳感器。熱釋電紅外傳感器反應(yīng)速度快、靈敏度高、準(zhǔn)確度高、使用方便，尤其是可以進(jìn)行非接觸式測量。主要應(yīng)用在各類入侵報(bào)警、自動(dòng)開關(guān)、非接觸式測溫、火焰報(bào)警、設(shè)備故障的診斷等自動(dòng)化設(shè)施中這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。用它制作的

6、防盜報(bào)警器與目前市場上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)：u 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源u 靈敏度高、控制范圍大。u 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。3.1.2傳感器結(jié)構(gòu)圖： 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示（其中D接正電源，S為輸入，G接地）。其內(nèi)部由敏感元件、場效應(yīng)管、高阻電阻、濾光片等組成，并向殼內(nèi)沖入氮?dú)夥庋b起來。圖3為引腳功能。 圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3 引腳功能 3.2BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器 BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、和狀態(tài)控制、延遲時(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)器以及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。可廣泛應(yīng)用于多種傳感器和延時(shí)控制器。

7、圖4為其引腳圖，圖5為其信號(hào)處理器的原理圖。 圖4 BISS000引腳圖 圖5 BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器的原理框圖3.2.1管腳圖 3.2.2管腳說明 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā) 2 VO O 控制信號(hào)輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 - 輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 - 輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 - 觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端 6 RR2 - 觸發(fā)封鎖時(shí)

8、間Ti的調(diào)節(jié)端 7 VSS - 工作電源負(fù)端 8 VRF I 參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當(dāng)Vc<VR時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng)Vc>VR時(shí)允許觸發(fā)(VR0.2VDD) 10 IB - 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端 11 VDD - 工作電源正端 12 2OUT O 第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN- I 第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端 14 1IN+ I 第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端 15 1IN- I 第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端 3.2.3熱釋電紅外傳感器的主要工作參數(shù)： 工作電壓

9、：常用的熱釋電紅外傳感器的電壓工作范圍為315v; 工作波長：通常為7.514um; 源極電壓：通常為0.41.1v,R=47K; 輸出信號(hào)電壓：通常大于2.0V； 檢測距離；常用的熱釋紅外傳感器檢測距離約為6到10米 水平角度:約為120度； 工作溫度范圍：-10到+40度。 3.2.4系統(tǒng)電路圖： 圖6 信號(hào)處理電路上圖中，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)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。上圖中，R3為

10、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Tx24576xR9C7；觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，值為Ti24xR10C6四、制作與調(diào)試4.1制作：根據(jù)原理圖，我們首先購買了一些所需的基本元器件（如二極管，三極管，電阻，電容等）及三端集成穩(wěn)壓器78L05，紅外傳感信號(hào)處理器BISS0001和蜂鳴器，接著根據(jù)原理圖進(jìn)

11、行布局和插元器件，經(jīng)過焊接和按照原理圖將一些器件進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)。我們制作好了熱釋電紅外報(bào)警器。4.2調(diào)試：接著我們插上電源進(jìn)行調(diào)試。但調(diào)試過程并不順利。一開始兩塊電路板均存在問題，經(jīng)過一些時(shí)間的分析和修改，我們制作的其中一塊電路板對(duì)移動(dòng)物體比較敏感，當(dāng)遮住光敏電阻用手在熱釋電紅外傳感器附近晃動(dòng)時(shí)，我們可以聽到蜂鳴器發(fā)出聲音，并且指示燈亮。當(dāng)手移開或靜止不動(dòng)時(shí)，蜂鳴器不發(fā)出聲音，指示燈也不亮。這正符合我們制作的任務(wù)，此報(bào)警器在白天不工作，只在晚上工作，因此調(diào)試的時(shí)候要遮住光敏電阻，此電路板的制作比較成功。另外一塊電路板，當(dāng)我們接上電源，它會(huì)定時(shí)報(bào)警，而不是感應(yīng)報(bào)警，我們估測延時(shí)電路出了問題，可能

12、也與滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)有關(guān)。但最終原因仍確定不了，此電路板的制作較失敗。但在此過程中，我們對(duì)原理圖及所要用到的部分芯片等有所了解，對(duì)焊接技術(shù)也更熟練，收獲還是比較大的。五、總結(jié)熱釋電紅外報(bào)警器的構(gòu)成主要由信號(hào)接收電路、放大電路、比較電路、延時(shí)電路、報(bào)警電路、電源電路構(gòu)成熱釋電紅外傳感器通過人體輻射出的紅外線，接收并得到一個(gè)微弱的信號(hào)，然后通過級(jí)聯(lián)放大電路形成具有一定電壓幅度的控制信號(hào)，用這一控制信號(hào)去控制三極管使其導(dǎo)通，就可制成具有自動(dòng)控制功能的各種外接裝置。但有人來時(shí)，得到一個(gè)信號(hào)，然后導(dǎo)通三極管等元件使得報(bào)警電路得意工作，隔一定時(shí)間的時(shí)間再一次掃描，檢測是否還有人，有人繼續(xù)通過得到的一個(gè)信號(hào)

13、經(jīng)過放大然后使得報(bào)警電路工作，若沒有人，也得到一個(gè)信號(hào)，但與基準(zhǔn)電壓相比較，不符合則停止導(dǎo)通，從而報(bào)警電路停止工作。該報(bào)警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測電路，報(bào)警電路組成。熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用。檢測電路主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。用熱釋電紅外傳感器設(shè)計(jì)的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過多次測試，該系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定。經(jīng)測試，可在5m的有效范圍內(nèi)對(duì)移動(dòng)物體產(chǎn)生報(bào)警。六、心得通過這次課程設(shè)計(jì)，我能夠把理論知識(shí)同實(shí)踐更好地結(jié)合起來，收獲很多，在設(shè)計(jì)過程中遇到很多問題，

14、通過上網(wǎng)查資料和同學(xué)討論，最終得到解決。設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)自己的理論知識(shí)掌握的還不是很牢固，沒有理論作支持，實(shí)踐是很難進(jìn)行的。由于學(xué)習(xí)時(shí)間很少，所以花的時(shí)間很多。 這次課程設(shè)計(jì)從原理圖的查找，器件的購買，到電路板的焊接及調(diào)試等過程都是我們自己獨(dú)立完成的。在設(shè)計(jì)的過程中遇到了許多的問題，但通過不斷的改進(jìn)，我們是問題得到更好的解決。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了要想設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，不但要認(rèn)真細(xì)心，而且要有耐心，全面的去考慮問題。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)要有系統(tǒng)的把握，還要對(duì)一些細(xì)節(jié)考慮周全。只有這樣才能設(shè)計(jì)好電路。在設(shè)計(jì)中總感覺知識(shí)的重要性及運(yùn)用知識(shí)的能力?？傮w來說，這次課程設(shè)計(jì)使我收獲頗豐。不但鞏固了學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了許多其他的知識(shí)。理論結(jié)合實(shí)際，加強(qiáng)了對(duì)理論的理解，增強(qiáng)了解決問題的能力，同時(shí)也拓寬了我們的思維。 對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一