傳感器課程設(shè)計(jì)論文

傳感器技術(shù)——基于熱釋電紅外傳感器的簡(jiǎn)單自動(dòng)門開關(guān)設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè):指導(dǎo)老師：考試方式：時(shí)間：成績(jī)：前言21世紀(jì)的今天，隨著科技發(fā)展，讓科技為人類生活服務(wù)的理念，被人類所重視。門亦是人類生活的一個(gè)細(xì)節(jié)。更好的服務(wù)門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時(shí)。還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動(dòng)門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級(jí)形式--自動(dòng)門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動(dòng)門家族。大中型公共場(chǎng)所，為這些建筑增添了亮麗、時(shí)尚的姿彩。自動(dòng)門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對(duì)門的功能的提升和完善。由于自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外的建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。同時(shí)也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場(chǎng)所裝修必不可少的一項(xiàng)配置。自動(dòng)門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識(shí)，提升了人們的安全觀念。一個(gè)由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后服務(wù)的自動(dòng)門品牌。自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動(dòng)門時(shí)，雷達(dá)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。目前市場(chǎng)上說售的自動(dòng)門，紛繁復(fù)雜，原理各不相同，作為一個(gè)大學(xué)生，出于理論聯(lián)系實(shí)際的目的，借課上所學(xué)電路和傳感器知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)門開關(guān)系統(tǒng)。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：功能分析：自動(dòng)門功能簡(jiǎn)單，當(dāng)有人需要進(jìn)門時(shí)無需用手開門，而是人走到自動(dòng)門前，自動(dòng)門感應(yīng)到人的存在，門自動(dòng)打開，人進(jìn)門后，幾秒鐘如果再無人進(jìn)入門自動(dòng)關(guān)上，當(dāng)人多的時(shí)候門開的時(shí)間自動(dòng)延時(shí)，避免人被夾住。2、開關(guān)原理分析：我們知道人體能夠產(chǎn)生輻射的紅外線，此紅外線能夠被紅外線傳感器所捕捉，本設(shè)計(jì)應(yīng)用簡(jiǎn)單的電路原理，通過捕捉人體輻射的熱紅外信號(hào)并將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過放大電路放大，在輸出端輸出一個(gè)高電平，使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過555定時(shí)器延時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)無人經(jīng)過時(shí)輸出端返回低電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，門自動(dòng)關(guān)上。直到遇到下一個(gè)紅外信號(hào)來臨時(shí)，門再次自動(dòng)打開。待測(cè)待測(cè)目標(biāo)熱釋電紅外傳感器信號(hào)處理自動(dòng)門控制電路3、設(shè)計(jì)方案流程圖：開始開始若若紅外傳感器有信號(hào)信號(hào)放大輸出高電平電機(jī)正轉(zhuǎn)門打開延時(shí)8s,若紅外傳感器有信號(hào)返回低電平結(jié)束電機(jī)反轉(zhuǎn)門關(guān)閉電機(jī)反轉(zhuǎn)門關(guān)閉4、開關(guān)設(shè)計(jì)主要元器件選擇：4.1、熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料,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。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)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“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。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為9~10--um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.2~20--um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(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)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。4.2、555定時(shí)器555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖2.9.1和圖2.9.2所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/34.3、三端穩(wěn)壓管三端穩(wěn)壓管屬于集成電路，能將輸出電壓與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較后驅(qū)動(dòng)調(diào)整管調(diào)整到穩(wěn)定的一個(gè)數(shù)值。4.4、電解電容三極管二極管電阻5、實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理及電路圖：5.1、信號(hào)放大部分：自動(dòng)門開關(guān)的放大部分是通過熱釋電紅外傳感器對(duì)外部人輻射的紅外信號(hào)采集，并通過三極管把轉(zhuǎn)化的電信號(hào)進(jìn)行放大。紅外信號(hào)采集放大電路圖5.2、信號(hào)發(fā)大后延時(shí)部份：3腳輸出高電平，是電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電源電壓向c2充電，知道c2上電壓上升到2/3Ec時(shí)，555定時(shí)器2腳復(fù)位，此時(shí)內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，3輸出端恢復(fù)低電平通過C2與R5的充放電實(shí)現(xiàn)電路的延時(shí)。電信號(hào)延時(shí)電路5.3、電路的整體部份：電路通過把常用的220v交流電經(jīng)電容C6，R7降壓，D2和D3整流穩(wěn)壓，C5濾波，變成定電壓的直流電，在經(jīng)三端穩(wěn)壓管進(jìn)一步穩(wěn)壓，C4濾波形成穩(wěn)定的低電壓直流電源Ec供后續(xù)電路使用，在沒有人走近門時(shí)，D1導(dǎo)通，R2經(jīng)VD1與R4分壓在2腳仍低于Ec/3，3腳為低電平，此時(shí)門處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)熱釋電紅外傳感器轉(zhuǎn)化電路信號(hào)被放大后使得三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，2輸入端處于低電平低于E/3,555定時(shí)器內(nèi)部處罰比較器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，3腳輸出一高電平，使得電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)555定時(shí)器放電端（7腳）內(nèi)部開路。從而解除對(duì)電容C2的鉗位。電源電壓開始通過R5想C2上的電壓經(jīng)7腳對(duì)地迅速放電，輸出端3腳恢復(fù)低電平，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)門自動(dòng)關(guān)上，電路一旦受到促發(fā)，在準(zhǔn)問天期間，紅外傳感器有信號(hào)也不會(huì)起作用。自動(dòng)門控制開關(guān)整體電路方案的不足：本設(shè)計(jì)方案，通過簡(jiǎn)單的電路原理來對(duì)自動(dòng)門開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單從功能上講，此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能單一，僅能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開關(guān)門設(shè)計(jì)，且可靠性能不高。其次，由于本設(shè)計(jì)中用到的是熱釋電紅外傳感器，這種傳感器，反應(yīng)慢，容易受各種熱源、光源干擾被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。易受射頻輻射的干擾。環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。使得此自動(dòng)門開關(guān)不一定理想。其次，本設(shè)計(jì)沒有采用相關(guān)的，保護(hù)，報(bào)警電路，一旦發(fā)生外會(huì)造成夾傷的后果。本設(shè)計(jì)方案，僅利用了紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，控制高低電平的形式來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中并沒有涉及到電機(jī)怎樣通過高低電平運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)多久，怎樣使其停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這都是做開關(guān)必須考慮的問題，因此本設(shè)計(jì)方案有些片面且還不夠完善。結(jié)術(shù)語：經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的傳感器課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做此設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這門課所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(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。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(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。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的學(xué)習(xí)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)。這次課程設(shè)計(jì)使我知道不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(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。在此要感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝同學(xué)們給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，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】汪學(xué)典.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M].華中科技大學(xué)出版社.2006.08【2】華中理工電子學(xué)教研室編，康華光主編