热释电红外报警器课程设计

1热释电红外报器警南冰B13040724齐文胜B13040725闰文强B130407262第一章课题的任务及要求………………………………………………31.1课题的任务………………………………………………………………31.2设计技术要求……………………………………………………………31.3设计的作用、目的…………………………………………………………3第二章总体方案设计…………………………………………………42.1设计方案……………………………………………………………………42.2设计的具体实现……………………………………………………………42.2.1系统概述…………………………………………………………………42.2.2实际原理框图……………………………………………………………43第三章硬件电路设计3.1.热释电红外传感器…………………………………………………………53.1.1传感器简介………………………………………………………………53.1.2传感器结构图……………………………………………………………53.2热释电红外传感信号器BISS0001…………………………………………63.2.1BISS0001管脚图………………………………………………………63.2.2管脚说明………………………………………………………………73.2.3系统电路图及说明……………………………………………………73.2.4热释电红外传感器的主要工作参数…………………………………8第四章制作与调试…………………………………………………114.1制作………………………………………………………………114.2调试………………………………………………………………11第五章总结……………………………………………………………12第六章心得………………………………………………………………13附录一元件清单…………………………………………………………14附录二实物图……………………………………………………………15一、课题的任务及要求1.1课题的任务：热释电红外报警器是一种通过热释电红外传感器探测人体发射的10微米左右特定波长的红外线而释放报警信号的报警装置。利用红外热释传感器探测人体目标，在检测到可疑目标时，控制音乐片发出响亮的报警声。1.2设计技术要求为：1.报警器可探测的距离大于3米；2.静态功耗小于10mA;3.供电电压为6，可以通过电池串联作为供电源。4.制作产品并调试。5.其他创新、或特色；1.3设计的作用、目的:41.学会选择及分析原理图2.认识并了解常用的电子器件。3.掌握常用电子器件的应用，并进行设计和综合分析应用。4.培养自我学习能力及逻辑思维能力。5.提高自己的动手能力及培养自己的耐心及细心。二、总体方案设计2.1设计方案的选择：设计方案一：此报警系统是由释电红传感器接收红外线转换为电信号，经过整流电路再将信号放大，经过延时、比较驱动报警器以及发光二极管发光此系统主要用到BISS0001集成芯片完成放大延时以及比较的功能。设计方案二：系统用LMS232芯片进行放大，另外利用电容和电阻进行对信号的处理。设计方案三：此方案采用分立元件用LM324芯片完成放大的功能和NE555单稳态触发器完成延时的功能。5三种方案我们经比较方案一较简单且易实现因此最终选择方案一。2.2设计的具体实现：2.2.1系统概述：热释电红外报警器的组成如下图所示。红外线到达红外探测器。这时，热释电红外探测器将输出脉冲信号，脉冲信号经放大和滤波后，由电压比较器将其与基准值进行比较，当输出信号达到一定值时，报警电路发出警报。2.2.2实际原理框图：实际原理图的框图（1）红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；（2）原理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础三、硬件电路设计3.1热释电红热外传感器3.1.1传感器简介：目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射／接收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器。6热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器，也称热探测型传感器。可用来直接接收目标物体发射的红外线并将其转换为电压信号输出，且不需要红外发射传感器。热释电红外传感器反应速度快、灵敏度高、准确度高、使用方便，尤其是可以进行非接触式测量。主要应用在各类入侵报警、自动开关、非接触式测温、火焰报警、设备故障的诊断等自动化设施中这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：不需要用红外线或电磁波等发射源灵敏度高、控制范围大。隐蔽性好，可流动安装。3.1.2传感器结构图：热释电红外传感器的结构如图2所示（其中D接正电源，S为输入，G接地）。其内部由敏感元件、场效应管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内冲入氮气封装起来。图3为引脚功能。图2内部结构7图3引脚功能3.2BISS0001红外传感信号处理器BISS0001红外传感信号处理器是由运算放大器、电压比较器、和状态控制、延迟时间定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。图4为其引脚图，图5为其信号处理器的原理图。图4BISS000引脚图8图5BISS0001红外传感信号处理器的原理框图3.2.1管脚图3.2.2管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1--输出延迟时间Tx的调节端4RC1--输出延迟时间Tx的调节端5RC2--触发封锁时间Ti的调节端6RR2--触发封锁时间Ti的调节端7VSS--工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时禁止触发；当VcVR时允许触发(VR≈0.2VDD)910IB--运算放大器偏置电流设置端11VDD--工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端3.2.3热释电红外传感器的主要工作参数：工作电压：常用的热释电红外传感器的电压工作范围为3~15v;工作波长：通常为7.5~14um;源极电压：通常为0.4~1.1v,R=47K;输出信号电压：通常大于2.0V；检测距离；常用的热释红外传感器检测距离约为6到10米水平角度:约为120度；工作温度范围：-10到+40度。‘3.2.4系统电路图：10图6信号处理电路上图中，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。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调11整，值为Tx≈24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti≈24xR10C612四、制作与调试4.1制作：根据原理图，我们首先购买了一些所需的基本元器件（如二极管，三极管，电阻，电容等）及三端集成稳压器78L05，红外传感信号处理器BISS0001和蜂鸣器，接着根据原理图进行布局和插元器件，经过焊接和按照原理图将一些器件进行串联和并联。我们制作好了热释电红外报警器。4.2调试：接着我们插上电源进行调试。但调试过程并不顺利。一开始两块电路板均存在问题，经过一些时间的分析和修改，我们制作的其中一块电路板对移动物体比较敏感，当遮住光敏电阻用手在热释电红外传感器附近晃动时，我们可以听到蜂鸣器发出声音，并且指示灯亮。当手移开或静止不动时，蜂鸣器不发出声音，指示灯也不亮。这正符合我们制作的任务，此报警器在白天不工作，只在晚上工作，因此调试的时候要遮住光敏电阻，此电路板的制作比较成功。另外一块电路板，当我们接上电源，它会定时报警，而不是感应报警，我们估测延时电路出了问题，可能也与滑动变阻器的调节有关。但最终原因仍确定不了，此电路板的制作较失败。但在此过程中，我们对原理图及所要用到的部分芯片等有所了解，对焊接技术也更熟练，收获还是比较大的。13五、总结热释电红外报警器的构成主要由信号接收电路、放大电路、比较电路、延时电路、报警电路、电源电路构成热释电红外传感器通过人体辐射出的红外线，接收并得到一个微弱的信号，然后通过级联放大电路形成具有一定电压幅度的控制信号，用这一控制信号去控制三极管使其导通，就可制成具有自动控制功能的各种外接装置。但有人来时，得到一个信号，然后导通三极管等元件使得报警电路得意工作，隔一定时间的时间再一次扫描，检测是否还有人，有人继续通过得到的一个信号经过放大然后使得报警电路工作，若没有人，也得到一个信号，但与基准电压相比较，不符合则停止导通，从而报警电路停止工作。该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，报警电路组成。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能。用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。经过多次测试，该系统工作情况稳定。经测试，可在5m的有效范围内对移动物体产生报警。14六、心得通过这次课程设计，我能够把理论知识同实践更好地结合起来，收获很多，在设计过程中遇到很多问题，通过上网查资料和同学讨论，最终得到解决。设计中我发现自己的理论知识掌握的还不是很牢固，没有理论作支持，实践是很难进行的。由于学习时间很少，所以花的时间很多。这次课程设计从原理图的查找，器件的购买，到电路板的焊接及调试等过程都是我们自己独立完成的。在设计的过程中遇到了许多的问题，但通过不断的改进，我们是问题得到更好的解决。这次课程设计使我懂得了要想设计一个成功的电路，不但要认真细心，而且要有耐心，全面的去考虑问题。在整个电路的设计过程中，对整个设计要有系统的把握，还要对一些细节考虑周全。只有这样才能设计好电路。在设计中总感觉知识的重要性及运用知识的能力。总体来说，这次课程设计使我收获颇丰。不但巩固了学过的知识，而且学到了许多其他的知识。理论结合实际，加强了对理论的理解，增强了解决问题的能力，同时也拓宽了我们的思维。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。15附录1元件明细：材料清单为：元件名称元件参数元件个数电阻2K1电阻3K1电阻10K3电阻47K2电阻100K1电阻1M2电阻2M1瓷片电容10nf5极性电容10uf1极性电容100uf1极性电容220uf1三极管90131发光二极管1蜂鸣器导通电压6V1三端集成稳压器78L051红外传感信号处理器BISS00011光敏电阻1滑动变阻器104116附录2