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院系：物理与电子信息专业：电子信息科学与技术姓名：学号：热释电红人体感应开关一、设计概念当今社会的产品，尤其是电子行业的各类产品都逐渐趋于智能化、人性化，为了满足人们的生活需求，使人们的生活更加方便，故而设计该热释电人体感应开关电路。该电路可以用于厕所、走廊、楼梯等有人员走动的地方，该电路利用热释电传感器对人体的感应控制灯的亮灭。当有人员在监测范围内时，热释电人体红外传感器就会发生电压变化，再通过信号放大电路控制电磁继电器的工作，从而控制开关的开或断，最终起到开关作用控制灯的亮灭。该电路也可应用于其他电路控制系统，通过利用热释电人体红外传感器对人体的感应来控制电路的通断。该感应开关，通过对人体的监测来控制电路的开关，可以起到节能作用，与市场的声控系统相比具有更高的使用价值。二、人体热释电红外传感器PIR原理详解在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。(2)为了仅仅对红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。(3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。(4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。(5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。被动式热释电红外探头的优缺点：优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：◆容易受各种热源、光源干扰◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。◆易受射频辐射的干扰。◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。抗干扰性能：1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。3.抗灯光干扰探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器的安装要求：红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件：1.红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。2.红外线热释电传感器远离空调,冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3.红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。4.红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。三、设计原理3．1热释电红外传感器热释电人体红外传感器(PIP)一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成，如图所示。敏感元件，是用热释电人体红外材料(通常是锆钛酸铝)制成的，它由于外界的人体红外辐射辐射而引起本身的温度变化，从而产生一个相应的微弱电信号，有2引脚输出。通常敏感元件材料阻值高达。因此，要用场效应管进行阻抗变换，场效应管常构成源极跟随器。高阻值电阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源极电压约为0.4～1.0V。通过场效应管，传感器输出信号就能用普通放大器进行处理。热释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的动物有敏感作用。3．2信号放大电路由于热释电人体红外传感器感应人体时产生非常微弱的电信号，一般元件不能识别该信号，故而需要放大电路放大该微弱信号。信号放大电路由两个集成运放（LM324）、电阻、电容组成两级集成放大电路。通过两级集成运放的反馈电路，将热释电传感器的微弱信号放大将微弱信号放大75分贝左右。一级放大电路采用正反馈放大原理，二级放大电路采用负反馈放大原理，经过两级放大后，原来的微弱信号变为较高的电压，当爱电压并不稳定，需要电压比较电路，将信号输出变为稳定的高低电平信号。该电路中的电容可以消除其他信号的干扰。3．3电压比较电路由于前级放大电路输出的放大信号并不稳定，其值在一定范围内变化，故而需要电压比较器将合适的信号转换为简单的高低电平信号，从而控制下一级电路的正常工作。该电压比较电路由两个集成运算放大器，部分电阻及二极管组成，R13，R14，R15三个电阻控制额定电压值的大小，前级的放大信号通过与额定比较电压相比，通过比较电路，当电压信号在额定电压范围内时，集成运放输出端产生高低电平，控制二极管的导通与截止，从而产生高低电平信号。3．4开关控制电路该电路主要由电阻、一个三极管和一个电磁继电器组成，当前级电路放大信号产生的高电平传送过来时，高电平信号使三极管工作在放大状态，从而放大基极电流，放大的电流通过电磁继电器，根据电磁感应定律，继电器工作，从而控制开关的开与断。进而使控制电路控制其他控制系统的工作状态。四、元件清单电阻瓷片电容电解电容集成运放电磁继电器三极管五、电路原理图上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。总结在整个设计过程中，充分发挥人的主观能动性，自主学习，学到了许多没学到的知识。较好的完成了作品，达到了预期的目的，完了最初的设想。对电路的设计、布局要先有一个好的构思，才显得电路板美观、大方。在此次设计中，知道了做凡事要有一颗平常的心，不要想着走捷径，一步一脚印。也练就了我们的耐心，做什么事都在有耐心。此次课程设计学到了很多很多东西，这是最重要的。总之，此次课设使我的能力得到了全方位的提高。