熱釋電紅外電子狗課程設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告題 目：熱釋紅外電子狗班 級：測控姓 名指導(dǎo)教師： 薛原起始日期：完成日期：通過介紹熱釋紅外傳感器的工作原理，給出了一種被動型熱釋電紅外報警器 的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用電路。這種電路把紅外線的隱蔽性很好地應(yīng)用于報警系統(tǒng) 中，從而實現(xiàn)了防盜報警功能，達到了安全防護之目的。(該報警器能探測人體發(fā)出的紅外線，由熱釋電紅外線傳感器、BISS0001信 號處理芯片和報警指示電路等組成。當人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報 警信號，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。概述了 紅外輻射的知識、熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。利用熱釋電紅外傳感器 設(shè)計了 一種被動式紅外報

2、警電路，分析了該電路的功能和工作原理。熱釋電紅外 傳感器具有很多的優(yōu)點，在防盜、警戒等裝置中應(yīng)用較廣。關(guān)鍵詞：熱釋電紅外傳感器；BISS0001；紅外報警一設(shè)計目的和要求設(shè)計目的通過對紅外電子狗的課程設(shè)計，讓我們掌握數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識，并且能熟 練應(yīng)用于工程設(shè)計，以及紅外電子狗的原理及設(shè)計方法。熟悉掌握紅外電子狗的 調(diào)試方法，同時通過實驗了解所學(xué)過的知識如何應(yīng)用到實踐中去，在實踐和應(yīng)用 中發(fā)現(xiàn)自己存在的問題，及時的加以解決。設(shè)計指標要求功能要求：采用高靈敏度紅外探頭，無需聲音、光線、震動，即使是漆黑的狀態(tài)，竊賊一旦進入10米左右監(jiān)控范圍，熱釋紅外電子狗就會自動檢測并發(fā)出 高強度報警聲，可有效嚇

3、阻入侵人員。供電：4節(jié)7號電池供電器件：熱釋電紅外傳感器、BISS0001數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?、蜂鳴器、 三極管、電阻電容等。二電路的選擇紅外報警器分類及原理紅外報警器分為主動紅外報警和被動紅外報警，主動紅外入侵報警器是由發(fā) 射機和接收機組成，發(fā)射機是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機是由光學(xué) 系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。主動紅外報警器是一種紅 外線光束遮擋型報警器，發(fā)射機中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束 經(jīng)過調(diào)制的紅外光束（此光束的波長約在微米之間），經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的作用變 成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機接收，由接收機中的紅外光電傳感器把光信 號轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)

4、過電路處理后傳給報警控制器。由發(fā)射機發(fā)射出的紅外線經(jīng)過 防范區(qū)到達接收機，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況下，接收機收到的是一個穩(wěn)定 的光信號，當有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機收到的紅外信號發(fā) 生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當處理，控制器發(fā)出的報警信號。目前此類 報警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防范居多， 最大的優(yōu)點就是防范距離遠，能達到被動紅外的十倍以上探測距離。被動紅外報警器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來判斷是否有人在移動。人 體的紅外能量與環(huán)境有差別，當人通過探測區(qū)域時，報警器收集到的這個不同的 紅外能量的位置變化，進而通過分析發(fā)出報警。人體都有恒定的

5、體溫，一般在 37度左右，會發(fā)出特定波長10um左右的紅外線，被動紅外報警器就是靠探測 人體發(fā)射的10 U m左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10 11 m左右的紅外線 通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元 件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋 放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動紅外報警器是以探測人 體輻射為目標的，所以熱釋電元件對波長為lOurn左右的紅外輻射必須非常敏 感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅爾 濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或

6、并聯(lián) 的熱釋電元件。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋 元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是報警器無信號輸出。 一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，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。用它制作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如 下特點：1、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。2、靈敏度高、控制范圍大。3、隱蔽性好，可流動安裝。熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不 同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱

7、電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電 系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉉酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極 化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工 藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接 觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外 傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電 荷信號，并不能直接使用因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式該電阻阻抗髙達 104MQ，故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻 抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分

8、 組成。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極, 然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有 極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。雙探測元熱釋電紅外傳感器 的結(jié)構(gòu)。使用時D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。該傳感器 將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化 引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理 來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在 傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓 信號。制造熱釋電紅外

9、探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍 為0. 22011m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在 窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通 過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。如圖1所示。圖1運用傳感器和JC7780芯片制作報警電路原理圖如圖2所示，當紅外線傳感器探測到人體輻射出來的紅外線信號時， 由傳感器的2腳輸出微弱的電信號，送入集成電路GC7780 （圖3）的14腳經(jīng)運 算放大器0P1做一級放大，然后由C15耦合給0P2進行第二級放大，再經(jīng)雙向鑒 幅器（由電壓比較器C0P1和C0P2構(gòu)成）處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs

10、去啟動 延時時間定時器。GC7780的輸出信號Vo經(jīng)二極管D1送入音樂片，音樂片受觸 發(fā)后工作，其輸出端輸出內(nèi)儲滴”聲電信號再經(jīng)過Q1和Q2放大后驅(qū)動蜂鳴器 發(fā)出報警聲。由于在實際制作時器件的限制，只有第一方案的器件，所以最終選擇方案一。三電路設(shè)計及框圖電路框圖隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普及，電子報警器已經(jīng)在各企業(yè)事業(yè)單位和人們的日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，紅外線報警器可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)移動的人體，當有人在該范圍內(nèi)走動時，發(fā)出報警。如圖4所示。熱釋電紅外傳感 器采集信號RISS0001 芯片 將信號放大圖4k電源：由4節(jié)7號電池供電。2、傳感器：傳感器主要是用來采集人體的紅外線信號并將該

11、信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。3、BISS0001：BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。整機電路3.2. 1電路原理圖本電路中主要采用的是型號為BISS0001的集成電路。BISS0001是一款高性 能的傳感信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍 元器件即可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外傳感報警器。廣泛用于安防、自控等領(lǐng)域能。BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以 及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。IC1內(nèi)部的運算放大器0P1將熱釋電紅外傳感器Y1輸出信號作

12、第一級放大, 然后由電解電容器C5耦合給IC1內(nèi)部運算放大器0P2進行第二級放大，再經(jīng)由 電壓比較器C0P1和C0P2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟 動延遲時間定時器，輸出信號Vo經(jīng)R14驅(qū)動報警音樂片IC2工作，VT2和VT3 構(gòu)成復(fù)合三極管用來推動壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。當電源開關(guān)K1在“OFF”位置 時，電源經(jīng)R2使VT1飽和導(dǎo)通，則IC1的9腳保持為低電平，從而封鎖熱釋電 紅外傳感器來的觸發(fā)信號Vs,電路不工作。當電源開關(guān)K1在“ON”位置時，熱 釋傳感器經(jīng)R1得電處于工作狀態(tài)，YT1處于截止狀態(tài)使IC1的9腳保持為高電 平，IC1處于工作狀態(tài)。Cl、C13是電源濾波電容

13、，LED1和R17構(gòu)成電源指示電 路。四器件的選擇及介纟BISS0001集成芯片BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅 外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各 類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特 別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全 區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。如圖6所示，引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖6內(nèi)部權(quán)圖1川1BV.5IER( 2Rid1“ 圖 7 (a)10UT 1IW- 1IH+ 2IH- 20UT VDD IB VC圖 7 (b)引腳名稱I/

14、O功能說明1 一可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當A為“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)；反之， 不可重復(fù)觸發(fā)。2- 控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使V。輸出從低電平跳變到高電平 時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變時，Vo保持低電平 狀態(tài)。3- 輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端。4- 輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端。5- 觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端。6- 觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端。7- 工作電源負端8- 參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD,當接“0”時可使定時器復(fù)位。9一觸發(fā)禁止端。當VcVR時允許觸發(fā)(VRQ。10-運算放大器偏置電流設(shè)置端。11工作電源正端。12第二級運算放大器的輸出端。1

15、3第二級運算放大器的反相輸入端。14 一第一級運算放大器的同相輸入端。15 第一級運算放大器的反相輸入端。16第一級運算放大器的輸出端。熱釋電紅外傳感器KP506BKP506B紅外傳感器實物如圖8所示。紅外線傳感器對人體的敏感程度還和 人的運動方向關(guān)系很大。紅外線傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感，而對于橫切 方向（即與半徑垂直的方向）移動則最為敏感。在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免 紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)，如圖9。如果只看實物可能分不出紅外傳感器的引腳，常用的紅外傳感器金屬裝封 的，有個窗口，接地的引腳是和外殼相通的，這較好分別，另外兩個引腳與地引 腳電阻都很大，很難分別。

16、如果是自己安裝這個元件安裝時引腳要盡量短，遠離 其它發(fā)熱元件，除了窗口，其它的元件最好用厚紙隔開，否則你裝好后誤差也大, 就是受干憂大，常誤觸發(fā)。常見的引腳位置如圖10。KP506B內(nèi)部功能圖如圖11 所示。圖8紅外傳感器感應(yīng)方向圖9 KP506B紅外傳感器實物M-1圖10 KP506B圖11 KP506B內(nèi)部功能圖KP506B的基片材料是硅材料，采用的是T0-5封裝，尺寸參數(shù)為：1 靈敏元面積為：Gap2.基片厚度為：Dual,雙元3.窗口尺寸為:4.工作波長為：514um5. 平均過透率為：75%6. 輸出信號為：7靈敏度為：3300V/W8. 探測率為：108cmHzl/2/W9. 噪聲

17、(Vp-p)為：200mV (25C)10. 平度度為：20%11. 工作電壓為：15V12. 工作電流為：24uA(25C)13. 原極電壓為：(25C)14. 工作溫度為：-20C+70C15. 保存溫度為：-30C+80C16. 視場為：邊緣角5551該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提髙了傳 感器的工作穩(wěn)定性。菲涅爾透鏡傳感器本身的輸出幅值相對較低，在實際使用中除了予以必要的放大外，與 傳感器相配套的還有一種特殊的光學(xué)系統(tǒng)一菲涅爾透鏡。它是一圓弧形的，表面 刻有細密v型槽的半透明的塑科透鏡，工作時置于傳感器的探頭前，探頭

18、位于其 焦點處，其作用是用來產(chǎn)生交替的盲區(qū)”和高靈敏區(qū)”，使探頭感受的溫度 變化趨于劇烈。如圖12所示。圖12采用菲涅爾透鏡可使傳感器的靈敏度提高10倍以上，由此看來，該透鏡實 際上屬于一種“擾動型”元件。五測試結(jié)果與分析將電子狗的探測窗口對準要探測的場所或物體（根據(jù)實際情況調(diào)整安裝角 度），打開電源開關(guān)，經(jīng)過30秒左右的開機延時后，電子狗進入工作狀態(tài)，當有 人進入電子狗的探測范圍，電子狗就會發(fā)出報警聲，15秒鐘左右結(jié)束，經(jīng)過2 秒鐘左右的觸發(fā)封鎖時間后若又有人進入探測范圍，它將再次報警。在報警的時 候可以關(guān)閉電源結(jié)束報警。使用時報警聲音變小或誤報率較髙時，應(yīng)及時更換 電池。經(jīng)測試，正常。心得

19、體會和收獲通過此次課程設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找 資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認識了將來電子的發(fā)展方向， 使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。本人在此次設(shè)計中收獲頗多，畢竟看花容易繡花難嗎！只有實踐才是真理， 只有在實踐中才能出真知。通過這次對紅外感應(yīng)電子狗的設(shè)計制作，讓我了解了電路設(shè)計的基本步驟， 也讓我了解了關(guān)于充電器的原理與設(shè)計理念。此次課程設(shè)計是理論與實踐相結(jié) 合，不僅加深了我對理論知識的理解，而且極大地加強了我的動手能力，在犯錯 發(fā)現(xiàn)錯誤一一改正錯誤一一獲得經(jīng)驗教訓(xùn)一一再犯錯的循環(huán)中認識到自己 的某些不足，也學(xué)到了許多暫時無法

20、用言語表達的東西。通過對整體的掌控，對 局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐 富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。最主要的收 獲，具體如下：a) 熟悉常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍，能查找資料, 查閱有關(guān)的電子器件圖書等。b) “學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”、“多聞多見，以一貫之”，實踐是檢驗真 理的唯一標準，理論聯(lián)系實際，多學(xué)多思，才能更好地掌握知識，發(fā)現(xiàn)自己的錯 誤并能加以改正。墨子的“言必有三表。何為三表學(xué)習(xí)是一件快樂的事請。實 習(xí)更是一件快樂的事情。能發(fā)現(xiàn)自己的錯誤與不足而加以改正，不亦說乎最后，感謝薛原老師，感謝你給予我的指導(dǎo)和幫助。我覺得我會珍惜以后每 一個課程設(shè)計的機會，在平時的學(xué)習(xí)中，也要學(xué)會自身的學(xué)以致用，將理論轉(zhuǎn)變 為實踐。讓這次課程設(shè)計給我?guī)砀嗟挠锰?。參考文獻1 黃繼昌等編著.實用報警電路.人民郵電出版社，20052 胡斌編著.電子線路快速識圖.福建科學(xué)技術(shù)出版社，20053 胡斌編著.圖表細說元器