基于紅外傳感檢測(cè)車(chē)流量畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)管理資料

基于紅外傳感檢測(cè)車(chē)流量XX大學(xué)電子信息工程（視訊工程）063XXX指導(dǎo)教師：XXXXXX學(xué)院職稱(chēng)：工程師BasedontheinfraredsensortodetecttrafficflowXXXElectronicsandinformationengineering（Videoengineering）063XXXMentor：XXXXXXCollegeEngineer目錄摘要： 5關(guān)鍵詞： 5Abstract： 6KeyWords: 6前言： 7一、設(shè)計(jì)方案 8紅外傳感器工作原理： 8熱釋電紅外傳感器的原理特性： 9 10 11紅外探測(cè)電路 11信號(hào)放大電路 12電壓比較電路 13延時(shí)電路 14二、設(shè)計(jì)方案論證 14三、元器件及設(shè)備選型 16紅外傳感信號(hào)處理器 16 16 17 20 21 21 23 23 244.運(yùn)算放大器LM358 24 24四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝布置設(shè)計(jì) 26五、樣機(jī)測(cè)試、方案效驗(yàn) 28 282.45-65攝氏度熱源感應(yīng)測(cè)試 28 28六、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等指標(biāo)的對(duì)比分析 29紅外感應(yīng)模塊DYP-ME003： 29紅外測(cè)溫儀： 30七、使用說(shuō)明書(shū) 31結(jié)論： 33總結(jié)和體會(huì)： 33謝辭： 34參考文獻(xiàn)： 35附錄： 36摘要：隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，車(chē)輛增多，交通問(wèn)題越來(lái)越重要。在道路交通管理過(guò)程中，車(chē)流量是決定控制策略的關(guān)鍵因素之一。車(chē)輛在通過(guò)十字路口時(shí)，因信號(hào)燈轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，無(wú)法根據(jù)車(chē)輛多少而改變交通信號(hào)，從而造成交通資源浪費(fèi)，汽車(chē)排放的尾氣更對(duì)環(huán)境造成污染。此次設(shè)計(jì)是利用紅外傳感器（基于熱效應(yīng)的熱探測(cè)器）探測(cè)車(chē)輛溫度,利用熱釋電紅外傳感器，設(shè)計(jì)了車(chē)流量自動(dòng)計(jì)數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)。該紅外檢測(cè)系統(tǒng)采用紅外傳感器作為探頭來(lái)檢測(cè)外界是否有車(chē)輛通過(guò)，紅外傳感器輸出的微弱電信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大以及比較器電路濾除干擾后，從而完成對(duì)車(chē)流量的檢測(cè)。最終達(dá)到智能控制交通燈的目的。智能交通：智能交通是一個(gè)基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運(yùn)輸?shù)姆?wù)系統(tǒng)。它的突出特點(diǎn)是以信息的收集、處理、發(fā)布、交換、分析、利用為主線(xiàn)，為交通參與者提供多樣性的服務(wù)。智能交通包括：車(chē)輛控制系統(tǒng)。交通監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)車(chē)輛高度管理系統(tǒng)和旅行信息系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：熱釋紅外，傳感器，放大電路，智能交通，車(chē)流量，監(jiān)測(cè)Abstract：Withthedevelopmentofamoderncity,thevehiclehadbeenanincreaseintrafficproblemsmoreandmoreimportant.Vehiclesthroughthecrossroads,signalconversiontimefixedandcannotbechangedaccordingtothenumberofvehiclesandtrafficsignal,therebycausingtrafficresourcewastage,automobileemissionsfromoff-gasmoreenvironmentalpollution.Thisdesignistheuseofinfraredsensors(basedonthermalheatdetector)detecttemperatureresultingpulsesequence,andthroughmicrocontrollercircuitonpulsesequenceanalysisandjudgment,bythenumberofvehicles.Theinfraredprobeplacedatappropriatelocations,vehiclethroughwhenthechangedetectionroadconditions,vehicleflowmeasurementthatsectionandthetestresultsreflectonthescreenattheendofthereachingofintelligentcontroltrafficlights.IntelligentTransportation:IntelligentTransportationisbasedonmodernelectronicinformationtechnologysystemsfortransportationservices.Itsoutstandingfeatureisthecollection,processing,distribution,exchange,analysis,usethemainline,totransportparticipantstoprovidediversityofservices.IntelligentTransportationincludes:vehiclecontrolsystem.TrafficMonitoringSystem,ahighdegreeofoperationalvehiclesandtravelinformationsystemsmanagementsystemKeyWords:Pyroelectricinfraredsensor,amplifier,intelligenttransportation,trafficflow,monitoring前言：紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線(xiàn)為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類(lèi)：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類(lèi)系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。紅外傳感器根據(jù)探測(cè)機(jī)理可分成為：光子探測(cè)器（基于光電效應(yīng)）和熱探測(cè)器（基于熱效應(yīng)）。21世紀(jì)將是公路交通智能化的世紀(jì)，人們將要采用的智能交通系統(tǒng)，是一種先進(jìn)的一體化交通綜合管理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，車(chē)輛靠自己的智能在道路上自由行駛，公路靠自身的智能將交通流量調(diào)整至最佳狀態(tài)，借助于這個(gè)系統(tǒng)，管理人員對(duì)道路、車(chē)輛的行蹤將掌握得一清二楚?；诩t外傳感的車(chē)流量檢測(cè)探頭設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)方案紅外傳感器工作原理：（1）待側(cè)目標(biāo)根據(jù)待側(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。（2）大氣衰減待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。（3）光學(xué)接收器它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線(xiàn)，常用是物鏡。（4）輻射調(diào)制器。對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號(hào)。又稱(chēng)調(diào)制盤(pán)和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。（5）紅外探測(cè)器這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來(lái)的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。此類(lèi)探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和熱敏感探測(cè)器兩大類(lèi)型。（6）探測(cè)器制冷器由于某些探測(cè)器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過(guò)制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測(cè)靈敏度。（7）信號(hào)處理系統(tǒng)。將探測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號(hào)中提取出信息。然后將此類(lèi)信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。（8）顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測(cè)量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi)。熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴(lài)于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。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(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，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鉭酸鋰、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(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線(xiàn)能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)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(hào)，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高達(dá)104MΩ，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式即源極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。紅外傳感器已經(jīng)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)設(shè)備和其他部分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度。紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭可有單片機(jī)控制和直接由運(yùn)算放大電路組成，其中單片機(jī)除要調(diào)硬件還要軟件，比較復(fù)雜，而算放大電路相對(duì)簡(jiǎn)單，故優(yōu)先選擇運(yùn)算放大電路組成的紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭。紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭電路是由紅外線(xiàn)傳感器、信號(hào)放大電路、電壓比較器、延時(shí)電路和計(jì)數(shù)器等組成。下面是該電路的一個(gè)總的系統(tǒng)框圖，概括了這次設(shè)計(jì)的主要思路。紅外線(xiàn)傳感器模塊紅外線(xiàn)傳感器模塊信號(hào)放大電路模塊電壓比較器模塊延時(shí)電路模塊計(jì)數(shù)器圖1基于紅外傳感的車(chē)流量檢測(cè)探頭紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭通過(guò)探測(cè)車(chē)量的紅外線(xiàn)輻射信號(hào)，并經(jīng)過(guò)放大、延時(shí)和發(fā)射等環(huán)節(jié)，將車(chē)輛的移動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，當(dāng)有信號(hào)發(fā)生時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)記錄車(chē)量數(shù)。紅外發(fā)射電路由單結(jié)晶體管，晶體管和紅外發(fā)射二極管等組成。紅外接收電路由紅外接收光敏二極管，集成運(yùn)算放大電路和有關(guān)外圍元件組成。接通電源開(kāi)關(guān)后，紅外發(fā)射電路按一定頻率振蕩工作，通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生的紅外線(xiàn)輻射脈沖。在紅外接收光電二極管前方無(wú)障礙物時(shí)，集成運(yùn)算放大電路的輸出端無(wú)信號(hào)輸出。當(dāng)晶體管距障礙物7m以?xún)?nèi)時(shí)，紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外線(xiàn)信號(hào)經(jīng)障礙物反射后被紅外接收光敏二極管接收，它將該紅外線(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，送入集成運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大。集成運(yùn)算放大電路放大后的電信號(hào)，再經(jīng)二極管和電容器等倍壓整流后，驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。紅外探測(cè)電路圖2紅外探測(cè)電路運(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。R3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，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(kāi)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。圖中R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，實(shí)際使用時(shí)可以用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R9和C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，R9/R10可以用470歐姆，C6/。信號(hào)放大電路圖3信號(hào)放大電路在此單元電路中，當(dāng)紅外線(xiàn)探測(cè)傳感器J1探測(cè)到前方車(chē)輛輻射出的紅外線(xiàn)信號(hào)時(shí)，由C1的②腳輸出微弱的電信號(hào)，經(jīng)三極管Q1等組成第一級(jí)放大電路放大，再通過(guò)C2輸入到運(yùn)算放大器U1中進(jìn)行高增益、低噪聲放大，此時(shí)由U1①腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行放大。電壓比較電路圖4電壓比較電路在本單元電路中，U1B作為電壓比較器，它的第⑤腳由R10、VD1提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)U1B①腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá)U1B的⑥腳時(shí)，兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較，查看U1B的⑦腳是高電平還是低電平。延時(shí)電路圖5延時(shí)電路在此電路中，U3為計(jì)數(shù)延時(shí)電路，R14和C6組成延時(shí)電路。由Q2、R20、C8組成開(kāi)機(jī)延時(shí)電路，在U3的控制端連接一個(gè)晶體三極管U2，來(lái)控制U3的控制端與電路的通斷，在U2基極連接一個(gè)電阻，U2的發(fā)射極連接一個(gè)電容C6，電容C6與電阻R14連接，電容通過(guò)觸發(fā)開(kāi)關(guān)接通充電電路。延時(shí)的時(shí)間，即電容放電的時(shí)間，由于三極管基極與發(fā)射極放電回路存在，所以集電極與發(fā)射極接通，繼電器電路接通進(jìn)入延時(shí)工作。二、設(shè)計(jì)方案論證熱釋電紅外線(xiàn)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(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)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(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)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(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出10~20米范圍內(nèi)熱源的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有熱源從透鏡前走過(guò)時(shí)，熱源發(fā)出的紅外線(xiàn)就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線(xiàn)中心波長(zhǎng)為9~10--um，~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為7~10--um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線(xiàn)傳感器。而我現(xiàn)在的設(shè)計(jì)是針對(duì)車(chē)輛的。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最佳溫度是80-90攝氏度。發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的熱輻射強(qiáng)度與輻射距離成反比，距離越遠(yuǎn)，輻射強(qiáng)度越低，即溫度越低。從這一點(diǎn)出發(fā)，只要降紅外探測(cè)器放置在探測(cè)最大距離以外，理論上就能實(shí)現(xiàn)探測(cè)到車(chē)輛的溫度且不受人體及其他熱源的干擾。響應(yīng)時(shí)間、感應(yīng)距離、溫度量程是直接制約熱釋紅外傳感器成本的因素。此次設(shè)計(jì)猶豫經(jīng)費(fèi)和時(shí)間的限制，我選擇了一款價(jià)格低、靈敏度高（1秒響應(yīng)）、距離可調(diào)（最遠(yuǎn)距離7M）、延時(shí)可調(diào)的熱釋紅外傳感器。我通過(guò)對(duì)探測(cè)距離的測(cè)試來(lái)減少通過(guò)紅外探測(cè)器對(duì)外界干擾的誤測(cè)。當(dāng)感應(yīng)距離設(shè)置為最遠(yuǎn)距離（7M）時(shí)，降紅外探頭放置在離車(chē)輛9-11M時(shí)，可以感應(yīng)到車(chē)輛。這也跟氣溫有關(guān)，氣溫在23攝氏度以下時(shí)，探頭需要接近車(chē)輛一些，超過(guò)10M的距離靈敏度就不夠了。而當(dāng)氣溫高于23攝氏度時(shí)，探頭則可以放置的更遠(yuǎn)一些。這也許就是目前只能交通中很少使用紅外傳感的一個(gè)重要原因，天氣變化無(wú)常，而紅外探頭不可能隨時(shí)改變位置（目前使用更多的車(chē)輛感應(yīng)為地感線(xiàn)圈，壓力傳感，不受天氣變化影響）！而使用紅外感應(yīng)的也不是熱釋電紅外，是紅外線(xiàn)發(fā)射和接受裝置（目前駕駛執(zhí)照考試中，就用紅外線(xiàn)發(fā)射和接收來(lái)進(jìn)行測(cè)量）。對(duì)于此次設(shè)計(jì)，在我經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后，基本能達(dá)到監(jiān)測(cè)車(chē)流量的預(yù)期目標(biāo)。即將熱釋紅外探頭放置在距離車(chē)輛10M的距離，當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，基本可以完成車(chē)流量計(jì)數(shù)。三、元器件及設(shè)備選型紅外傳感信號(hào)處理器（1）CMOS數(shù)?；旌蠈?zhuān)用集成電路。（2）具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理。（3）雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。（4）內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬。（5）內(nèi)置參考電壓。（6）工作電壓范圍+3V—+5V。（7）采用16腳DIP封裝。圖6BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器圖7為BIS0001紅外傳感器信號(hào)處理器的原理框圖。外界元件由使用者根據(jù)需要選擇。由圖可見(jiàn)BISS0001時(shí)有運(yùn)算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)器即參考電壓等構(gòu)成的數(shù)模混合專(zhuān)用集成電路?？蓮V泛應(yīng)用于多種傳感器和延時(shí)控制器。圖7BISS0001紅外傳感器信號(hào)處理器的原理框圖各引腳的定義和功能如下：VDD—工作電源正端。范圍為3~5V。Vss—工作電源負(fù)端。一般接0V。IB—運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng)RB接VSS端，RB取值為1MΩ左右。11N—第一級(jí)運(yùn)放放大器的反相輸入端。11N+—第一級(jí)運(yùn)放放大器的同相輸入端。1oUT—第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。2IN—第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端。2OUT—第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。Vc—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)。VR≈。VRF—參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接VDD。接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位。A—可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng)A=“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng)A=“0”時(shí)，不可重復(fù)觸發(fā)。Vo—控制信號(hào)輸出端。由Vs上跳邊沿觸發(fā)使Vo從低電平跳變到高電平時(shí)為有效觸發(fā)。在輸出延時(shí)間Tx之外和無(wú)Vs上跳變時(shí)Vo為低電平狀態(tài)。RR1RC1—輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端。Tx≈49152R1C1。RR2RC2—觸發(fā)封銷(xiāo)時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端。Tx≈24R2C2。圖8所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的各點(diǎn)波形，說(shuō)明BISS0001的工作過(guò)程。圖8不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點(diǎn)的波形首先，由使用者根據(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)將直流電位抬高位VM（≈）后，送到有比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，剪除有效觸發(fā)信號(hào)Vs。由于VH≈VDD、VL≈VDD，所以，當(dāng)VDD=5V時(shí)，可有效地抑制±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。輸入電壓Vc＜VR（≈VDD）時(shí)，COP3輸出為低電平封住了與門(mén)U2，禁止觸發(fā)信號(hào)Vs向下級(jí)傳遞；而當(dāng)VC＞VR時(shí)，COP3輸出為高電平，打開(kāi)與門(mén)U2，此時(shí)若有觸發(fā)信號(hào)Vs的上跳邊沿來(lái)到，則可啟用延時(shí)時(shí)間定時(shí)器，同時(shí)Vo端輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。當(dāng)A端接“0”電平時(shí)，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。再Ti周期內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo為有效狀態(tài)。這一功能的設(shè)置，可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。下面圖9所示可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點(diǎn)的波形，說(shuō)明BISS0001在此狀態(tài)下的工作過(guò)程。圖9可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點(diǎn)的波形在Vc=“0”、A=“0”期間，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)，并在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時(shí)間內(nèi)，只要有Vs得上跳變，則Vo將從Vs上跳變時(shí)刻算起繼續(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)。極限參數(shù)（Vss=0V）電源電壓：~6V輸入電壓范圍：~+6V（VDD=6V）隔引出斷最大電流：±10mA（VDD=5V）工作溫度：-10℃~+70℃存放溫度：-65℃~+150℃電參數(shù)（TA=25℃Vss=0V）圖10熱釋紅外感應(yīng)模塊菲涅爾透鏡(Fresnellens)多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求來(lái)設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測(cè)距離遠(yuǎn)。圖11菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡的在很多時(shí)候相當(dāng)于紅外線(xiàn)及可見(jiàn)光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。（1）全自動(dòng)感應(yīng):車(chē)輛進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，車(chē)輛離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。（2）光敏控制：可設(shè)置光敏控制，白天或光線(xiàn)強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。（3）溫度補(bǔ)償：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至30～32℃（4）兩種觸發(fā)方式：（可跳線(xiàn)選擇）

:即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖剑?/p>

：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有車(chē)輛在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到車(chē)輛離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到車(chē)輛的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn))。（5）具有感應(yīng)封鎖時(shí)間(默認(rèn)設(shè)置:)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可以實(shí)現(xiàn)“感應(yīng)輸出時(shí)間”和“封鎖時(shí)間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時(shí)間可設(shè)置在零點(diǎn)幾秒—幾十秒鐘)。（6）工作電壓范圍寬：。（1）感應(yīng)模塊通電后有一分鐘左右的初始化時(shí)間，在此期間模塊會(huì)間隔地輸出0-3次，一分鐘后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。（2）應(yīng)盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡，以免引進(jìn)干擾信號(hào)產(chǎn)生誤動(dòng)作；使用環(huán)境盡量避免流動(dòng)的風(fēng)，風(fēng)也會(huì)對(duì)感應(yīng)器造成干擾。（3）感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長(zhǎng)方形，雙元（A元B元）位于較長(zhǎng)方向的兩端，當(dāng)車(chē)輛從左到右或從右到左走過(guò)時(shí),紅外光譜到達(dá)雙元的時(shí)間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當(dāng)車(chē)輛從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過(guò)時(shí)，雙元檢測(cè)不到紅外光譜距離的變化，無(wú)差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時(shí)應(yīng)使探頭雙元的方向與活動(dòng)活動(dòng)最多的方向盡量相平行，保證車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)先后被探頭雙元所感應(yīng)。為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應(yīng)，但左右兩側(cè)仍然比上下兩個(gè)方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強(qiáng)，安裝時(shí)仍須盡量按以上要求。距離調(diào)節(jié)延時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)距離電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)距離增大（約7米），反之，感應(yīng)距離減小（約3米）。調(diào)節(jié)延時(shí)電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)延時(shí)加長(zhǎng)（約300S），反之，感應(yīng)延時(shí)減短（約5S）。

工作電壓范圍： DC靜態(tài)電流： <50uA電平輸出： V/低0V觸發(fā)方式： L不可重復(fù)觸發(fā)/H重復(fù)觸發(fā)延時(shí)時(shí)間： 5-200S(可調(diào))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十分鐘封鎖時(shí)間： (默認(rèn))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十秒電路板外形尺寸： 32mm*24mm感應(yīng)角度： <100度錐角感應(yīng)距離： 7米以?xún)?nèi)工作溫度： -15-+70度感應(yīng)透鏡尺寸： 直徑:23mm(默認(rèn))LM393,LM393A，LM393D由兩個(gè)獨(dú)立的電壓比較器構(gòu)成。它的電源可以由寬范圍的單個(gè)正電壓供電，也可以由正負(fù)兩個(gè)電壓供電。由于輸出是集電極開(kāi)路，它可以和另外一個(gè)集電極開(kāi)路的輸出構(gòu)成與(AND)邏輯關(guān)系。LM393和LM393A的工作溫度范圍是0°C到70°C。工作電壓2V~36V或者±1V~±18V。4.運(yùn)算放大器LM358 LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。編號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量R1電阻47K1C10電解電容470u/25V1R2電阻1M1C111R3電阻1K1VD1－VD5整流二極管IN40015R41U全橋2A/50V1R5、R6、R9、R12、R13、R15電阻100K(R12為線(xiàn)性微調(diào)電阻)6VT1晶體三極管90141R7、R10、R11、R17電阻10K4VT2晶體三極MPSA131R8、R16電阻300K2VT3晶體三極管80501R14電阻470K1R181IC2運(yùn)算放大器LM3581R19電阻220Ω1IC3比較器LM3931R20電阻560K1IC4三端穩(wěn)壓器78L061C1、C2、C6、C8、C9電解電容47u/16V5C3、C5電解電容22u/16V2T電源變壓器12V/5W1C41S鈕子開(kāi)關(guān)1C7電解電容220u/16V1熱釋紅外感應(yīng)模塊1簡(jiǎn)單計(jì)算器1表1元器件列表四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝布置設(shè)計(jì)圖12放大電路元件排版圖13電壓比較電路與延時(shí)電路元件排版圖14紅外感應(yīng)模塊與計(jì)數(shù)器放大電路單獨(dú)排版，延時(shí)電路、電壓比較電路安排在一塊電路板上。五、樣機(jī)測(cè)試、方案效驗(yàn)將紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭接上+5V電壓，放置好后，當(dāng)人體通過(guò)時(shí)（在0-7M）內(nèi)，LED發(fā)光，計(jì)數(shù)器加一。人體感應(yīng)成功。2.45-65攝氏度熱源感應(yīng)測(cè)試將紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭接上+5V電壓，放置好后，用一杯熱水通過(guò)時(shí)，距離增加到9M，LED發(fā)光，計(jì)數(shù)器加一。較高溫度的熱源感應(yīng)成功。 將汽車(chē)發(fā)動(dòng)，用紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭從15M以外慢慢朝車(chē)輛移動(dòng)，當(dāng)LED亮、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，記錄傳感器與車(chē)輛距離，為11M左右。最小距離為9M左右（否則講感應(yīng)到人體，導(dǎo)致誤測(cè)）。9這也跟氣溫有關(guān)，氣溫在23攝氏度以下時(shí)，探頭需要接近車(chē)輛一些，超過(guò)10M的距離靈敏度就不夠了。而當(dāng)氣溫高于23攝氏度時(shí)，探頭則可以放置的更遠(yuǎn)一些。車(chē)輛測(cè)試成功。六、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等指標(biāo)的對(duì)比分析紅外感應(yīng)模塊DYP-ME003：此次設(shè)計(jì)采用的熱釋紅外感應(yīng)模塊DYP-ME003，價(jià)格低廉，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短。價(jià)格： 15RMB工作電壓范圍： DC靜態(tài)電流： <50uA電平輸出： V/低0V觸發(fā)方式： L不可重復(fù)觸發(fā)/H重復(fù)觸發(fā)延時(shí)時(shí)間： 5-200S(可調(diào))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十分鐘封鎖時(shí)間： (默認(rèn))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十秒電路板外形尺寸： 32mm*24mm感應(yīng)角度： <100度錐角感應(yīng)距離： 7米以?xún)?nèi)工作溫度： -15-+70度感應(yīng)透鏡尺寸： 直徑:23mm(默認(rèn)) 方案確定前，考慮過(guò)使用紅外測(cè)溫器件，如紅外測(cè)溫儀、紅外額溫計(jì)、紅外耳溫計(jì)等。出于價(jià)格方面的考慮，沒(méi)有采用。下面就介紹一款紅外測(cè)溫儀。紅外測(cè)溫儀：采用全新低功耗芯片設(shè)計(jì)，輔以科學(xué)算法，采用自主軟件創(chuàng)新，自主電路改良，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性、性?xún)r(jià)比的超越，實(shí)現(xiàn)為用戶(hù)創(chuàng)造價(jià)值的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品采用科技人體學(xué)機(jī)械、外觀(guān)設(shè)計(jì)，輔以可選保護(hù)套配件，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品更全面的保護(hù)。價(jià)格： 150RMB溫度范圍： -32℃~350℃(-26℉~662℉)頻譜范圍： 8到14微米精度： ±%或者±℃(3℉),<0℃(32℃),(1℃(2℉)±°/1°)計(jì)算后取較大值,假設(shè)工作環(huán)境溫度為23℃(73℉)到25℃(77℉)重復(fù)性： ±%讀數(shù)或者±℃(1℉)顯示分辨率： D:S(距離與光點(diǎn)直徑比）：10:1響應(yīng)時(shí)間： 500mS(讀數(shù)的95%)光譜響應(yīng)： 8μm至14μm激光功率： 波長(zhǎng)630-670nm,輸出<1mW顯示保持： 7秒電源： 9V電池 對(duì)比下來(lái)，紅外測(cè)溫儀，功能強(qiáng)大，但是對(duì)于此次設(shè)計(jì)所需還是綽綽有余了。而價(jià)格是紅外感應(yīng)模塊的10倍。雖然紅外感應(yīng)模塊在一些功能方面不如此紅外測(cè)溫儀，如溫度量程、響應(yīng)時(shí)間等。最終選擇了紅外感應(yīng)模塊DYP-ME003。七、使用說(shuō)明書(shū)紅外傳感車(chē)流量檢測(cè)探頭，采用+5V電源接入。：調(diào)節(jié)距離電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)距離增大（約7米），反之，感應(yīng)距離減?。s3米）。：調(diào)節(jié)延時(shí)電位器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)延時(shí)加長(zhǎng)（約300S），反之，感應(yīng)延時(shí)減短（約5S）。：（1）不可重復(fù)觸發(fā)方式:即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖?；這種方式用于對(duì)車(chē)流量計(jì)數(shù)。即一輛車(chē)通過(guò)，輸出一個(gè)高電平（開(kāi)關(guān)信號(hào)），計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。（2）可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有車(chē)輛在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到車(chē)輛離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到車(chē)輛的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn))。這種方式可用于交通燈控制，即降探頭放置在距離十字路口50M的地方，當(dāng)有車(chē)輛排隊(duì)等候信號(hào)燈時(shí)，如果車(chē)輛數(shù)過(guò)多，在探頭位置降有車(chē)輛一直停止不動(dòng)，這就表示車(chē)輛多，需要交通燈變化，放行車(chē)輛。通過(guò)可重復(fù)觸發(fā)方式即可實(shí)現(xiàn)。結(jié)論： 用熱釋電紅外傳感器設(shè)計(jì)的車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，該系統(tǒng)工作情況基本穩(wěn)定?？偨Y(jié)和體會(huì)：隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過(guò)幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)?？傊?，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。大學(xué)四年生活馬上結(jié)束了，在最后這一個(gè)學(xué)期里，我真的學(xué)到了太多知識(shí)，這些都是書(shū)本上永遠(yuǎn)沒(méi)有的！謝辭： 首先我要感謝昆明理工大學(xué)、應(yīng)用技術(shù)學(xué)院、各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師給了我這一個(gè)學(xué)習(xí)和展示的舞臺(tái)。我更要感謝我的指導(dǎo)老師胡維梁對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。參考文獻(xiàn)：1、《傳感器原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)指南》——何金田，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社；2、《傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)（第二版）》——?jiǎng)⒑V仁，西安電子科技大學(xué)出版社；3、《紅外技術(shù)應(yīng)用--光電、光子器件及傳感器》——［美］，化學(xué)工業(yè)出版社；4、《基于熱釋電紅外傳感器的車(chē)流檢測(cè)裝置》——肖興達(dá)，李繼方，《激光與紅外》2005年02期；5、《紅外線(xiàn)與超聲波遙控》——蘇長(zhǎng)贊，人民郵電出版社；6、《紅外線(xiàn)與超聲波控制電路》——肖景和、趙健，人民郵電出版社；7、《Studyofinfraredweaksmalltargetenhancementmethodsbasedonimagefusion》——ApplicationResearchofComputers8、《模擬電子技術(shù)》——華成英、童詩(shī)白，高等教育出版社；9、《電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第四版）》——康華光，高等教育出版社；10、《高頻電子電路（第三版）》——張肅文、陸兆文，高等教育出版社；11、《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》——胡健，機(jī)械工業(yè)出版社；12、《單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）》——李朝清，北京航天航空大學(xué)出版社；13、《單片機(jī)與可編程控制技術(shù)》——郝萬(wàn)新，化學(xué)工業(yè)出版社；14、《信號(hào)與系統(tǒng)》——鄭君里，高等教育出版社；15、《SignalsandSystems》——A.V.Oppenheim,A.S.WillskywithS.H.Nawab，Prentice-Hall。16、《紅外技術(shù)》——08年04期17、《儀表技術(shù)與傳感器》——2007年06期附錄：DevelopmentofInfraredLipMovementSensorforSpokenWordRecognitionTakahiroYOSHIDA,SeiichiroHANGAIDepartmentofElectricalEngineering,TokyoUniversityofScience1-14-6Kudan-kita,Chiyoda-ku,Tokyo,102-0073,JAPANABSTRACTLipmovementofspeakerisveryinformativeformanyapplicationofspeechsignalprocessingsuchasmulti-modalspeechrecognitionandpasswordauthenticationwithoutspeechsignal.However,incollectingmulti-modalspeechinformation,weneedavideocamera,largeamountofmemory,videointerface,andhighspeedprocessortoextractlipmovementinrealtime.Suchasystemtendstobeexpensiveandlarge.Thisisonereasonsofpreventingtheuseofmulti-modalspeechprocessing.Inthisstudy,wehavedevelopedasimpleinfraredlipmovementsensormountedonaheadset,andmadeitpossibletoacquirelipmovementbyPDA,mobilephone,andnotebookPC.ThesensorconsistsofaninfraredLEDandaninfraredphototransistor,andmeasuresthelipmovementbythereflectedlightfromthemouthregion.Fromexperiment,weachieved66%successfullywordrecognitionrateonlybylipmovementfeatures.Thisexperimentalresultshowsthatourdevelopedsensorcanbeutilizedasatoolformulti-modalspeechprocessingbycombiningamicrophonemountedontheheadset.Keywords:Multi-modalAutomaticSpeechRecognition,LipMovement,InfraredSensor1.INTRODUCTIONTheinformationofspeaker’slipmovementisveryeffectiveformanyapplicationofspeechsignalprocessing,becausethelipandmoutharemovedalongutterancesofwordsandsentences.Intheresearchareaofmulti-modalautomaticspeechrecognition(ASR),theadditionofspeaker’slipmovementtothespeechsignaliseffectiveapproachforrobustrecognitionagainstacousticnoise[1][2][3].Theinformationoflipmovementiseffectiveandavailablefornotonlyinmulti-modalASRbutalsoinpasswordauthenticationwithoutaudiospeech,andmulti-modalspeakeridentification[4].Insuchacase,however,videocamera,largeamountofmemory,videointerfaceandhighspeedprocessortogettheinformationoflipmovementarenecessary.Inaddition,suchasystemtendstobeexpensiveandlarge.Thisisoneofreasonstopreventtheuseofmulti-modalspeechsignalprocessing.Especiallyinthemobileuseofmulti-modalspeechsignalprocessingonPDAandmobilephone,itiswellexpectedthattheirperformanceistoopoortoextractlipmovementinrealtime.Therefore,wehavedevelopedasimpleinfraredlipmovementsensormountedonaheadset,andmadeitpossibletoacquirelipmovement.ThesensorconsistsofaninfraredLEDandaninfraredphototransistor,andmeasuresthespeaker’slipmovementbythereflectedlightfromthemouthregion.Thesensorhasalsoanadvantageinsmallcalculationcostforextractingthelipmovementfeatures.Inthisstudy,theperformanceofthedevelopedsensorisevaluatedbythespokenwordrecognitionusing50wordsonlywiththelipmovementfeatures.Inthispaper,thedetailsofthedevelopedsensorandtheexperimentalresultsofspokenwordrecognitionareshownincomparisonofpreviousmethodusingvideocameras.2.RELATEDWORKSThereareafewrelatedworksofusinginfraredsensortogetlipmovementinformation.OneofworksisthatofJ.Huang,etal.[5].TheirheadsethadaninfraredCCDcameratogetmovingpicturesofspeaker’smouthregion.Theirmethodneededthelargecalculationcostsandmemorytogettheinformationoflipmovementaspreviousmethodusingvideocamera,becausetheirheadsetcapturesmovingpictures.IntheexcellentpreviousworkofZ.Zhang,etal.[6],theydevelopedprototypemulti-sensoryheadsets.Oneoftheirprototypeheadsetshadaninfraredsensor.Themainspecialtyoftheirprototypeheadsetwasthebornconductivemicrophone.Theirinfraredsensorissimilartooursensorinthepointofthewayoflipmovementsensing.However,inthepaper,thelipmovementinformationfrominfraredsensorwasusedonlyforvoiceactivitydetection.Inaddition,theydidnotreportthedetailsofinfraredsensoranditslipmovementfeatures,becausethissensorandfeatureswasnotmainsubjectfortheirwork.WecouldnotfindanyotherpaperorworkinwhichthelipmovementfeaturesfrominfraredsensorwereusedforASRormultimodalASR.3.DEVELOPEDHEADSETWITHLIPMOVEMENTSENSORThedetailofthelipmovementsensorpartThewholeviewofthedevelopedsensormountedonaheadsetisshowninFig.1(a).TheclosedviewoflipmovementsensorpartofthedevelopedheadsetisshowninFig.1(b).ThesensorpartconsistsofaninfraredLEDforradiatinginfraredlightandaninfraredphototransistorformeasuringthepowerofreflectedinfraredlight.Inthisprototype,weuseToshibaTLN103AinfraredLEDdevicewhichhas80degreehalf-valueangleandToshibaTPS601Ainfraredphototransistordevicewhichhas10degreehalf-valueangle.Theinfraredlightisradiatedtothemouthregionofspeakercontinuously,andthereflectedlightismeasured.Whenthespeakeropensmouthwidely,thepowerofthereflectedlightisslightlyreduced.Whenthespeakerclosesmouth,thereflectedlightbecomesstronger.Thismeansthattheintensityofthesensoroutputshowstheshapeofthemouth,whichcorrespondstotheheightofthemouth.ToimprovethedynamicrangeandS/Nofthelipmovementsensor,weadjustthedirectivityoftheinfraredsensorbyaddingcylindricalcovertothecircumferenceoftheinfraredLEDandthephototransistorasshowninFig.1(b).ThedetailsoftheI/FpartandextractionprocessIndevelopingthesensor,wedesignedaspecialinterface(I/F),whichenablestoconnectthesensortoPDAornotebookPCviaaudioinputportofsoundcard.Bythis,nospecialinterfaceonPCorPDAisrequired.Thisisdonebyamplitudemodulationofthesensoroutput.Fortheapplicationofmulti-modalASR,thissensorandamicrophonemountedonaheadsetwillbecomeanexcellenttool,becausePCorPDAgetstwodataviastandard2channelaudioinputportsimultaneously.TheblockdiagramofprocessinthedevelopedI/FandPCisshownin.Thesensorsignalfromphototransistorisamplified,andtheamplitudemodulatedsensorsignalismadebymultiplyingthesensorsignaland1kHzsinewave,whichisgeneratedbyanoscillator.Thefrequencyofoscillator,.thefrequencyofcarrierwave,decidesthemaximumtransferrateofalipmovementfeature.Inthiscase,themaximumtransferrateis1000fps.AfterthemodulatedsensorsignaliscapturedbyPCorPDA,thelipmovementfeatureisextractedbypeak-pickingcalculationonPC.Thedownsamplingiseasilydonebyalittleadditionalcalculation,ifanadaptationoftheframerateforASRengineormulti-modalASRengineisnecessary.Fig.1TheviewofthedevelopedsensormountedonheadsetTheblockdiagramofextractionprocessTheexampleoftemporalfeaturesoflipmovementfromthedevelopedsensoroutputandlipheightfeaturesextractedbypreviousmethodusingvideocamera.(Utteranceis“Tokyotomeguroku”)ExampleofthesensorsignalFig.3showsanexampleofthesensoroutputwithsolidline,whenJapaneseword“Tokyoto-Meguroku”isuttered.Thelipheightfeature,whichisextractedbypreviousmethodusingvideocameraandapostimageprocessing,isalsoshownwithdottedlineinFig.3.Inthisfigure,inordertocertifythecorrectnessofthesensoroutput,weconvertthesamplingratefrom1000fpsto90fps,thisisbecausethesamplingrateinpreviousmethodisdonebyfrom30fpsto90fps.Theamplitudeofeachfeatureisnormalizedbetween0and1.Fromthisfigure,itisfoundthatthecorrelationbetweenthesensoroutputandlipheightfeaturewhichisextractedbypreviousmethodisextremelyhigh.4.SPOKENWORDRECOGNITIONONLYWITHTHELIPMOVEMENTFEATURESEXTRACTEDBYTHEDEVELOPEDSENSORExperimentalConditionToevaluatetheeffectivenessandperformanceofthelipmovementinformationfromthedevelopedsensor,weexaminedisolatedwordrecognitionof50wordsonlywiththelipmovementfeaturesfromthesensor.TheexperimentalconditionisshowninTable1.Formulti-modaltestdatabase,werecordthesensoroutputsignalasright-channelaudiosignal,VGA30fpsfaceimagesequencefromDVvideocamera,andspeechsignalasleft-channelaudiosignalsimultaneously.Thisdatabaseconsistsof5speakersand50Japanesewordsforcarnavigationsystem.Eachspeakerutterseachword10times.Weusethefirst8times,.2000utterances,fortrainingofHMMs,andthelatter2times,.500utterances,wasusedforrecognition.Four-stateLeft-to-RightHMMsarepreparedforeachofthe33Japanesephonemes.EachHMMmodelhassingleGaussianmixture.Thelipmovementfeaturesfromthedevelopedsensorareextractedautomatically.Asthelipmovementfeaturesforspokenwordrecognition,weuseS,.thedemodulatedsensoroutputsignal,dS,.thetemporaldifferenceofS,andaS,.thetemporaldifferenceofdS.Thesethreefeaturesareweightedto1:3:2inrecognitionprocess,becauseitsratioisthebestperformanceinourpre-experiment.Lipshapefeaturesofpreviousmethodareextractedautomaticallyfromspeaker’sfacebitmapimagesequences[7].Aslipshapefeatures,weuseR,.theratioofheightYtowidthX(=Y/X),A,.thearea(=XY),dX,.temporaldifferencesoflipwidthX,anddY,.thetemporaldifferencesoflipheightY.Thesefourfeaturesareweightedto1:1:1:1inrecognitionprocess.ExperimentalResultsThewordrecognitionrateusingonlylipmovementfeaturesfromthesensororthelipshapesfeaturesbypreviousmethodareshowninFig.4.Weachieved66%wordrecognitionratebythelipmovementfeaturesfromthedevelopedsensorwithoutaudiospeechinformation.It’s17%higherthanthatofthepreviousmethod.Thereasonisthatthetemporalresolutionofthelipmovementfeaturesfromthesensorishigh.Whenthespeakeruttersthecomplexword,inwhichphonemeschangefast,thelipmovesquicklyanditisdifficulttotrackthemovementwithnormalvideocamera.Theframerateofthedevelopedsensorhashighframerateupto1000fps,soweexpectedfurtherimprovementforspeechrecognitioninthefuture.Table1Experimentalconditionoftheisolatedwordrecognitionof50wordsComparisonofthewordrecognitionratebetweenthelipmovementfeaturesfromthedevelopedsensorandthelipshapesfeaturesbypreviousmethod.5.CONCLUSIONInthisstudy,wehavedevelopedtheinfraredlipmovementsensor.Thissensorhasadvantagesforsensingthelipmovementwithlowhardwarecost,simplestructure,smallcalculation,andconnectivity.TheseadvantagesareeffectiveformobilecomputingusingPDA,mobilephone,andnotebookPC.Weachieved66%wordrecognitionrateonlybythelipmovementfeatures.Thisexperimentalresultshowsthatthedevelopedsensorcantrackthespeaker’slipmovementandextractthelipmovementfeaturesuccessfully.Infuturework,wewillimproveanormalizationmethodofchanginglightingconditionaroundspeaker.Inaddition,wewilladdmoreinfraredsensortotheotherpartoftheheadsetforimprovingrecognitionrate.6.REFERENCES[1]D.Thambiratnam,etal.,“SpeechRecognitioninAdverseEnvironmentsusingLipInformation,”IEEETENCON’97,,1997[2]T.Yoshida,T.Hamamoto,S.Hangai,“AStudyonMultimodalWordRecognitionSystemforCarNavigation,”P(pán)roc.OfURSIISSSE’01,,2001[3]G.Potamianos,C.Neti,G.Gravier,A.Garg,A.W.Senior,“RecentAdvancesintheAutomaticRecognitionofAudio-VisualSpeech,”P(pán)roc.oftheIEEE,vol.91,no.9,Sep.2003[4]T.Wark,S.Sridharan,V.Chandran,“TheUseofTemporalSpeechandLipInformationforMulti-ModalSpeakerIdentificationviaMulti-StreamHMM’S,”P(pán)roc.ofICASSP2000,Vol.6,,2000[5]J.Huang,G.Potamianos,C.Neti,“ImprovingAudio-VisualSpeechRecognitionwithanInfraredHeadset,”P(pán)roc.ofAVSP,pp.175-178,2003[6]Z.Zhang,Z.Liu,M.Sinclair,A.Acero,L.Deng,J.Droppo,X.Huang,Y.Zheng,“Multi-SensoryMicrophonesforRobustSpeechDetection,EnhancementandRecognition,”IEEEICASSP,2004[7]M.Omata,H.Machida,T.Hamamoto,S.Hangai,“ExtractionofLipShapeforRecognitionPhoneticsunderNoisyEnvironment,”P(pán)roc.ofNationalConf.ofIEICE,D-12-65,pp235,2000口語(yǔ)唇運(yùn)動(dòng)詞匯識(shí)別紅外傳感器的研制日本弘吉田、誠(chéng)一郎HANGAI電氣工程系、102-0073，科學(xué)1-14-6京都，Kudan-北-谷千代田，東京，東京大學(xué)摘要：發(fā)聲者的唇運(yùn)動(dòng)（唇語(yǔ)）是豐富許多應(yīng)用程序如多式聯(lián)運(yùn)的語(yǔ)音識(shí)別和密碼身份驗(yàn)證沒(méi)有語(yǔ)音信號(hào)時(shí)的語(yǔ)音信號(hào)處理的。在多式聯(lián)運(yùn)語(yǔ)音搜集中我們需要一個(gè)攝像機(jī)、大量的內(nèi)存、視頻接口和高速處理器從實(shí)時(shí)唇運(yùn)動(dòng)中提取。這種做法往往是成本高昂且巨大。這是不使用多式聯(lián)運(yùn)語(yǔ)音處理的一個(gè)原因。在這項(xiàng)研究中，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的紅外唇運(yùn)動(dòng)傳感器，裝在一個(gè)的耳機(jī)和通過(guò)PDA獲得唇運(yùn)動(dòng)、移動(dòng)電話(huà)和筆記本電腦。傳感器由一個(gè)紅外LED和一個(gè)紅外照片晶體管組成，通過(guò)反射光口地區(qū)從而度量唇運(yùn)動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們由該裝置識(shí)別的唇運(yùn)動(dòng)只達(dá)到66%的成功率。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示利用我們先進(jìn)的傳感器可以作為多式聯(lián)運(yùn)的語(yǔ)音處理結(jié)合麥克風(fēng)耳機(jī)上安裝工具。關(guān)鍵詞：多式聯(lián)運(yùn)的自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別，唇運(yùn)動(dòng)，紅外傳感器。簡(jiǎn)介人的唇運(yùn)動(dòng)的信息在很多應(yīng)用程序中是非常有效的語(yǔ)音信號(hào)處理，因?yàn)閱卧~和句子是通過(guò)唇和嘴的運(yùn)動(dòng)發(fā)出來(lái)的。多式聯(lián)運(yùn)的自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別(ASR)的研究領(lǐng)域中的語(yǔ)音信號(hào)的演講者的唇運(yùn)動(dòng)具有魯棒識(shí)別針對(duì)噪聲[1][2][3]的有效途徑。唇運(yùn)動(dòng)的信息是有效和可用于不只在多式聯(lián)運(yùn)的ASR，而且還在無(wú)音頻的講話(huà)密碼身份驗(yàn)證和多式聯(lián)運(yùn)的說(shuō)話(huà)人識(shí)別[4]。在這種情況下，攝像機(jī)、大量的內(nèi)存，視頻接口以及高速處理器來(lái)獲取信息的唇運(yùn)動(dòng)卻是有必要的。此外，這種