傳感器課程設計自動點亮的道路燈

1、燕山大學課程設計說明書題目:學院（系）： 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱：燕山大學傳感器原理與設計課程設計任務書院（系）：電氣工程學院基層教學單位：儀器科學與工程系學號學生姓名專業(yè)（班級）13 級 1 班設計題目夜晚自動點亮的道路警示燈設計設計技術參 數(shù)利用熱釋電傳感器制作探測人體紅外線，將探測到的人體信息轉換成電信 號，經(jīng)放大和抗干擾處理后，輸出控制信號，實現(xiàn)“夜間人來燈亮，人走燈滅” 的自動燈控制器。1） 電源為 220V 交流電，負載為 220V 的燈，控制電路工作電壓 5V2）人體感應探測范圍 1m 以上，視場角 100 度以上。設計要 求1. 理論設計方案及論

2、證2. 傳感器結構設計、理論分析、參數(shù)計算3. 設計電路，并進行安裝調試4. 提交課程設計說明書工作計 劃周 1 :收集消化資料及擬定設計方案周 2周 3:敏感元件、傳感元件設計、轉換電路設計 周 4 :設計結果實驗驗證或演示，撰寫設計說明書周 5:答辯。參 考 資 料1. 唐文彥傳感器（第 4 版）機械工業(yè)出版社2007 年2. 李科杰 新編傳感器技術手冊國防工業(yè)出版社2002 年3. 其他：傳感器原理、接口電路、設計手冊類參考書指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。2016 年 12 月 30 日摘要本文介紹了紅外線感應開關的原理，采

3、用熱釋電紅外探頭（PT8A2621將接收到的微弱信號加以放大，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“人來燈自亮，人走燈自滅”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：紅外線 感應開關 紅外輻射 探測區(qū)域 熱釋電傳感器目錄第1章：總體方案概要.11.1意義及研究現(xiàn)狀.11.2設計

4、思路.1第2章：設計方案各部分介紹.22.1熱電是傳感器的構成及工作原理.22.2低通濾波器.32.3信號放大器.6第3章：仿真電路的建立與分析 .83.1仿真電路建立.83.2仿真結果的分析.9第4章：設計體會.10參考文獻.10第 1 章：總體方案概要1.1意義及研究現(xiàn)狀電力作為一種潔凈方便的能源廣泛的應用于我們的生活與生產(chǎn)方面， 因此電 能的節(jié)能尤為重要，要節(jié)能首先就要做到節(jié)約能源，其次再通過科學研究發(fā)明 更加人性化和節(jié)能的用電器。隨著近幾年我國電子技術的不斷發(fā)展，許多原先的高端電子產(chǎn)品也逐漸步 入人們的生活。現(xiàn)在價格低廉的熱釋電紅外傳感器得到了很大的普及。原本用 于控制感應門的熱釋電紅

5、外傳感器也進入了人們的生活安全保障中,在保護各方面安全工作中起著至關重要的作用。熱釋電傳感器在無人或動物進入探測區(qū)域時，現(xiàn)場的紅外輻射穩(wěn)定不變， 一旦有人體紅外線輻射進來， 經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產(chǎn)生突變電信號， 而發(fā)出控制信號，熱釋電紅外傳感器是一種非常有應用潛力的傳感器。它能檢 測人或某些動物發(fā)射的紅外線并轉換成電信號輸出。 早在1938年，有人就提出 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 開發(fā)。近年來，伴隨著集成電路技術的飛速發(fā)展，以及對該傳感器的特性的深 入研究，相關的專用集成電

6、路處理技術也迅速增長它能以非接觸形式檢測出人 體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加 以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警、自動覽 測等。經(jīng)過分析、仿真后，本次的電路設計具備了相應的報警靈敏度與報警能 力，總體水平基本達到了課程設計的要求。能夠運用在家庭、商場、倉庫等需 要夜晚自動值守防盜保護的場合，為人們的日常生活帶來了方便，更為私人財 產(chǎn)和公共財產(chǎn)的保護起到了一定的作用。1.2設計思路通過熱釋電傳感器感應人體紅外輻射后輸出一個微弱的交流信號，然后經(jīng)過濾波整理，再將信號放大處理后，將信號輸出。熱釋電傳感器輸出的信號是一個毫伏級的微弱交流信

7、號，且不穩(wěn)定，這個 信號頻率與人體運動速度有關，當人運動速度越大，信號也越強。經(jīng)過濾波電 路后，可以排除雜波及突變信號的干擾，再經(jīng)過信號放大處理，輸出一定的電 信號使燈點亮。當人離開后，由于沒有觸發(fā)信號，燈自然會滅。實現(xiàn)了“夜間 人來燈亮，人走燈滅”的目的。第 2 章：設計方案各部分介紹2.1熱釋電傳感器的構成及工作原理：熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、 鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度 升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓

8、信號，經(jīng)裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。熱釋電紅外傳感器（PIR）， 它能將波長為8-12um之間的紅外信號變化轉變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的?光信號具有抑制作用，因此在被動紅為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測 距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將 透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它 和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范 圍內人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個 交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從 透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外

9、線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為910u m,而探測元件的波長靈敏度在0.220um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾 光片可通過光的波長范圍為710u m，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對 其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻 射的紅外線傳感器。 一旦人侵入探測區(qū)域內， 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，熱釋電也不同，不 能抵消，經(jīng)信號處理而報警。菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求

10、不同，具有不同的焦 距（感應距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。被動式 熱釋電紅外探頭具有本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價 格低廉。防小動物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內地面上地小 動物，一般不產(chǎn)生報警?？闺姶鸥蓴_：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。 抗燈光干擾： 探測器在正常靈 敏度的范圍內，受3米外H4鹵素燈透過玻璃照射，不產(chǎn)生報警。利用熱釋電 傳感器監(jiān)測環(huán)境變化，進行信息傳輸進而完成報警功能的系統(tǒng)主要用于家居安 全，探測夜間有無人員闖入，該系統(tǒng)方便、穩(wěn)定，十分適合家庭財產(chǎn)的保護。這

11、里所設計的被動式報警器采用的是熱釋電紅外線傳感器，是一種被動式的紅 外傳感器，它本身并不向環(huán)境中發(fā)射檢測用的紅外線，只是被動的接受，因此 這種熱釋電傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射出的紅外線，并將其轉化為 電壓信號。 同時，它還能辨別出運動的生物與其他非生物， 應用范圍十分廣泛。 熱釋電傳感器既可應用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關及遙 測等領域。2.2低通濾波器低通濾波器實驗電路圖如圖2.2.1.圖 2.2.2 低通濾波器仿真效果圖通過電阻、電容及運算放大器組成低通濾波電路，其特征頻率:（式2-2-1）（式2-2-2）LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。

12、與單電源2 RoCJ61OHz8.2 1032 106電R41.64圖 223 低通濾波器仿真效果圖應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作 在低到3。0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五 分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏 置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-(-)為反相輸入端，表示運放輸出 端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運

13、放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324系列由四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器，其中專為 從單電源供電的電壓范圍。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨 立的電源電壓的幅度。應用領域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的土15V電源標準的5V電源電壓。LM324引腳如圖2.2.3.営腳連接a圖 2.2.3 LM324 引腳圖2.3信號放大器作用就是將提供的微弱信號放大到可以驅動負載正常工作。 信號放大器電路原理圖如圖2

14、31。atua 5繩1人2J1圖 2.3.1 信號放大器電路原理圖信號放大器效果仿真圖如圖2.2.3列皮器-XSC1T2-T1外觸發(fā)2fM伽腫lkV/DivY軸位移格）：0Y/T爲加ByA小交濟0直謊賣道AQ.OOQ Vd.cooV0.000 V時間O.OOQsO.OOQ50.000s通道0.WQV0.000V0.000 V標團X軸位移臨：|0圖 2.2.3 信號放大器效果仿真圖第 3 章：仿真電路的建立與分析3.1仿真電路建立:仿真電路圖如圖3.1.1所示圖 3.1.1 仿真電路圖3.2仿真結果的分析：仿真電路效果圖如圖3.2.1所示71或皮器-XSC1圖 3.1.2 仿真電路效果圖當有人進

15、入到熱釋電紅外線傳感器探測范圍內時就會有一個微弱的交流信 號產(chǎn)生，然后經(jīng)過濾波整理，再將信號放大處理后，從而驅動燈正常點亮，實 現(xiàn)了夜間人來燈亮，當人走后就沒有信號輸入，燈持續(xù)一段時間后就會自然滅, 實現(xiàn)了人走燈滅。第 4 章：設計體會經(jīng)過了一個星期的課程設計，使我們對所學的知識有了更多的體會，對課 題進行分析、設計時，我了解到對于自己學過的知識需要學以致用，不能只是 背書本上的知識，在實踐的時候要能真正的用在需要的地方。同時我也發(fā)現(xiàn)只是 這樣的學習如果不去加以利用是不能熟練掌握精髓的，對于自己不知道的，要用合理的方 式去學習到自己的腦袋里面，把它真正的變成自己的東西，這樣才是學習的根本所在。傳 感器課設計，在這過程中，我們遇到了很多問題，例如：仿真軟件的使用以及 設計對電阻電容的取值的要求等。最后在老師的幫助和同學們的共同努力下， 這些問題終于柔韌而解。實驗過程中，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來