课程设计报告--人体遥感灯光门铃

课程设计报告--人体遥感灯光门铃《课程设计报告》设计题目：人体遥感灯光/门铃指导老师：彭朝勇组别：第三小组组长/副组长：曾敏/李冉成员人数：9人2012年5月传感器课程设计报告31.设计背景随着社会的进步，人们对家居生活安全性的要求也越来越高，各种防盗探测器应运而生。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，随着半导体技术和新型材料的发展，热释电红外探测器的防误报能力、控制范围与可靠性都有了很大程度的提高，可以满足多数环境下的使用要求，因此，在防盗、报警、安全、自动控制等方面，热释电红外传感器比其他类型的传感器应用更为广泛。本次设计总体背景被设计为防盗报警系统电路。利用热释电红外传感器探测人体移动产生的红外变化，配以相关的信号处理电路，达到自动报警的目的。2.设计方案（1）系统结构示意（2）结构简述当有人体进入传感器探测区域，人体发出的红外线经由菲涅尔透镜吸收后，送入热释电红外传感器。传感器根据人体远近以及移动快慢输出不同的电信号。此电信号比较微弱，并且杂波较多，需要经过一定的放大滤波电路进行处理后才可使用。可以根据需要报警的外部危险程度来确定一个电压比较范围，用以判决报警与否。此报警信号送入报警驱动电路用以驱动报警模块，进行报警工作。设计中，在信号延时的地方设置一个开关延时电路，目的是为了防止工作人员在打开报警器电路时由于自身移动所造成的错误报警。这里也充分体现出了人性化的思想。人体移动菲涅尔透镜传感器放大滤波电压比较器信号延时驱动电路报警电路基准电压开关延时传感器课程设计报告43.电路原理图设计（1）原理图示意（2）原理图简述A.前置放大滤波电路传感器课程设计报告5由于热释电红外传感器的输出信号十分微弱，因此设计性能优异的前置放大电路就显的尤为重要。此部分电路的核心为三片LM358运算放大器，采用级联方式提高放大倍数。一级放大约9倍，二级放大约100倍，三级放大约80倍。在三片放大器之间穿插两个滤波电路。采用低通和高通串联的RC电路，有一定的信号衰减作用，中心频率约为1HZ。（附：滤波电路仿真效果图）B.电压比较电路此部分电路采用最为简单的单向运放电压比较器。由前置放大电路产生的电压信号送入比较器的负相输入端，当信号足够大，超过基准电压值则会输出一个低电平。此基准电压是根据设定的报警门限所确定的可调值，也可以认为是调节报警器的灵敏性。当没有信号输入时，比较器维持一个高电平输出。传感器课程设计报告6C.信号延时&开关延时电路此模块电路采用NE555芯片构成单稳触发器。前端芯片，由电压比较器输出的低电平信号到来时，前端NE555将会输出一个延时高电平脉冲，延时时间约为1.1RC=11秒。后端芯片为NE555组成的开关延时电路，下面简述其原理。接入电源后，与2，6引脚连接的RC开始进行充电工作。电容采用10uF极性电容，正极接Vcc，负极接1M电阻后接地。充电过程中，电容两端电压差不断扩大，因而其负极端的电位由高电位逐渐降低，最后充电完成，电位达到接近0，同样，充电时间约为11秒。在此11秒时间内，2引脚作为后端NE555的输入脚，一直接受一个减小的高电位，因而此555输出一直维持低电平。注意到，后端输出脚3接入到前端555的4引脚，即清零端。因此，在起初的11秒时间内，前端555没有进入工作状态，故而无任何输出。待11秒延时完成后，后端555的2脚跳变为低电平，才输出一个稳定的高电平送入前端555的4脚，前端555进入正常工作状态，等待前置电路的信号输入。这样，电路就起到了开关延时的作用，避免了错误报警。传感器课程设计报告7D.报警电路由信号延时电路3脚输出的延时高电平信号送入报警电路，打通9013NPN型三极管PN结，LED灯和蜂鸣器正负两端产生电压差，开始报警。而在没有信号到来时，三极管处于截止状态，LED灯和蜂鸣器一端接Vcc，另一端相当于未接入电路，因而报警器不会工作。4.设计和调试中的问题（1）放大器芯片选择起初设计时使用的是LM324放大芯片，结果发现放大情况比较糟糕。后来通过查阅相关技术资料，得知LM324为正负双电源供电芯片，若是单电源，则需要将运放正输入端偏置在1/2Vcc。因此，我们换了放大器芯片的选择，改用可单电源供电的LM358芯片。改变之后，发现放大效果相当好，于是就确定了放大器芯片的选择问题。传感器课程设计报告8LM324LM358（2）放大和滤波的先后问题先放大还是先滤波，这个问题开始没有在意，于是设计的是滤波再放大。后来在老师的指导下，发现了电路设计中的这个错误，改用先放大再滤波的结构。因为RC滤波电路在滤波的同时，也会对信号产生一定衰减，如何不先放大，那么信号被衰减得很小之后，很难进行放大作用。（3）放大器反馈电阻在使用同相放大电路时，刚开始我们接入的反馈电阻比较小，结果发现放大效果不佳，无法达到信号放大目的。后来改用较大的电阻，用千欧姆级以上甚至兆欧姆级的电阻后，放大效果得到了明显的改观。经过查阅资料，也显示了这一改动的正确性。比如用同相放大电路将信号放大100倍，另可使用10K电阻配以1M电阻，而不用10K电阻和0.1K电阻。（4）信号放大倍数传感器课程设计报告9运算放大器的放大输出是有上限的，即约小于供电电压。因而放大倍数不宜过大，否则放大输出超过上限之后，信号的动态范围将被截止，失去传感信号的功能。静态时的放大信号应当被控制在较小范围内波动，所以放大倍数应当充分考虑到使静态输出信号较小。（5）电压比较门限电压比较器作为判决报警与否的重要环节，其基准电压的设定尤为重要。由于D204B热释电红外传感器比较灵敏，其输出电压不会一直稳定不变，而会在一定小的范围内来回跳变，因此放大输出电压也会跟着跳变。起初设定的时候，没有考虑这个问题，基准电压设定过低，导致电路经常会自己报警。后来经过测试各点电压信号，发现了这个问题。于是将基准电压调高后，此问题得到了解决。5.测试情况描述及分析1.线路情况：各点信号全部通达。2.信号稳定情况：各点信号相对稳定，只是各级放大输出信号有较小波动。3.探测距离情况：未加菲涅尔透镜时，最远可达约100cm左右。4.主要信号点测试数据情况：input/VOutput/VminmaxminMax报警电路开关延时电路信号延时电路前置放大滤波电路电压比较电路传感模块传感器课程设计报告10一级放大0.738206.86.97二级放大0.0170.0551.024.98三级放大-0.2770.5230.0113.28可以看到，输出信号的区分度逐级变大，便于报警判决。6.成本制作所用的元件来源分为三部分，网购元件、市场购买的元件以及已有元件。1.网购部分名称数量/个金额/元运费：34元KD9561-IC22.40.01uf电容12060.1uf电容24012100M电阻44总费用：60元S9013三极管60.4814脚IC插座81.28脚IC插座40.322.电子市场购买部分传感器课程设计报告11名称数量/个金额/元总费用/元9V电池31228菲涅尔透镜18LM35877OP0778.4排针52.5单芯线（粗）1m23.已有元件已有元件全部为各个阻值的电阻，不计入成本。经统计，总成本费用为88元。7.感想体会1.理论与实践有一定差别，要灵活对待。不可完全依赖理论，亦不可抛弃理论。2.要有锲而不舍、坚持到底的科学精神（态度）。3.合作沟通、团队意识比较缺乏，有待加强。8.小组成员贡献及个人评分姓名贡献评分姓名贡献评分陈力立搭建电路3李冉搭建电路、焊接、购买7李曦仿真、搭建电路3宋晶焊接、制作报告5汪燕制作报告5姚宇设计、仿真、搭建电路、焊接9传感器课程设计报告12宇杨烨购买、制作ppt3张秘购买3曾敏设计、焊接、制作ppt79.主要参考资料《电子技术基础—模拟部分》《电子技术基础—数字部分》《实用传感器接口电路实列》《热释电红外传感器放大电路的设计及其应用》《热释电红外报警系统设计》