基于熱釋電紅外線傳感器的自動報警器課程設(shè)計(編輯修改稿)
2024-10-02 14:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 物體都能向外輻射紅外熱，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不 一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。而任何物體由于本身的物理和化學(xué)性質(zhì)的不同、本身溫度不同所產(chǎn)生的紅外輻射的波長和距離也不盡相同，通常分為三個波段。 近紅外：波長范圍 ～ 3μm； 中紅外：波長范圍 3～ 25μm； 遠紅外：波長范圍 25～ 1000μm； 人體輻射的紅外光波長 3～ 50μm，其中 8～ 14μm占 46%，峰值波長在 。 在被動紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器 (PIR)，它能將波長為 812um 之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用?因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度的差異。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個 :一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在 PIR 上，第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動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 ，這樣 PIR 就能產(chǎn)生變化的電信號。 本次選用 D205B 型大窗口熱釋電紅外線傳感器，它接受的紅外線波長為4— 15μm，透過率大于 75%，輸出的信號為 5V，噪聲小于 70mV，故后續(xù)處理電路僅需要低通的阻容濾波電路即可。 555 定時器 成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。 本次設(shè)計中因為要用于無人的夜間自動值守場合，報警電路觸發(fā)后必然要給安保人員一定的反應(yīng)時間，因此需要給報警電路一個報警時延，故需要用 555 定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)相應(yīng)功能。 報警電路主要由繼電器及相關(guān)電路和 220V 聲光報警器組成。繼電器作為開關(guān) 5 控制部分，通過接收來自 555 定時器的信號，通過繼電器銜鐵吸合與釋放來控制220V 交流電路的閉合與 斷開，從而控制聲光報警器的工作與否。考慮到實際應(yīng)用，還需要加一個手動報警開關(guān)以防止突發(fā)的意外情況。 圖 整體方框圖 根據(jù)前面所述的各模塊結(jié)構(gòu)，這里需要將市電轉(zhuǎn)換成適合各模塊使用的相應(yīng)的直流電源，電源模塊勢必要作為直流穩(wěn)壓電源為各單元提供能量。這里應(yīng)用與 MC78系列類似的 LM109H 芯片即可實現(xiàn)所要求的功能，為系統(tǒng)提供 +5V 的電源。 方案二是方案一的改進版。本電路分為光敏電路、熱釋電紅外線傳感器電路、555 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和報警電路。使用熱釋電紅外線傳感器代替主動式紅外線 傳感器，將誤操作率降到最低，既能有效防盜，又能降低工作人員的負(fù)擔(dān)。本次設(shè)計的報警器還加入了光敏電阻控制電路，較之定時開關(guān)更加方便、穩(wěn)定，使用壽命也更加長，可以實現(xiàn)夜晚自動進入工作狀態(tài)，無需人工操作，更加自動化。加入 555 定時器能將報警信號延時，給值守的工作人員一定的反應(yīng)時間。由于傳感器輸出信號足夠大故不需要放大，僅需要濾除工頻干擾和低頻信號，且易于調(diào)控，實用度高于方案一，故選擇此方案。光控電路 傳感器電路 三極管開關(guān)電路 NE555 集成電路 報警電路 6 第 3 章 電路設(shè)計 本次設(shè)計中包含傳感器電路、光敏控制電路、 555 定時器電路和報警電路。傳感器電路中包含信號采集部 分和信號變換處理部分。它們負(fù)責(zé)將侵入的人體輻射出的紅外線收集起來，轉(zhuǎn)化為電信號，濾除工頻干擾和噪聲信號后，輸出的信號經(jīng)過光敏控制電路和 555 定時器電路傳到報警電路，進行相應(yīng)的報警。 傳感器電路設(shè)計 傳感器選用 D205B 型大窗口熱釋電紅外線傳感器，參數(shù)如下表所示。紅外接收頭 D205B 是利用材料自發(fā)極化隨溫度變化的特征來探測紅外線的輻射的 一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。 它采用四靈敏元設(shè)計，抑制環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了信號輸出強度 ，增加了多方向靈敏度，兼有單元和雙元熱釋電紅外傳感器的優(yōu)點，傳感器的工作更加穩(wěn)定。此型號應(yīng)用廣泛，例如自動燈開關(guān)，保險裝置，防盜報警器，感應(yīng)門，智能玩具等，特別適用于本次設(shè)計所需的吸頂式應(yīng)用場合。 表 D205B參數(shù) 型號 D205B 封裝 TO5 紅外接收電極 , 4 個靈敏元 窗口尺寸 接受波長 5— 14μm 透過率 75% 輸出信號峰峰值 ≥5000mV 靈敏度 ≥4300V/W 噪聲峰值 ≤70mV 探測率 (D*) 108cmHz1/2/W 輸出平衡度 ＜ 10% 電源電壓 315V 工作溫度范圍 30176。C 70176。C 7 由壓控電壓源型低通濾波器的傳函式（ 31）知其固有頻率和增益分別為式 （ 32）和式 （ 33） 。 P(S)0KH= S S+222 0o??? ?? （ 31） 0 1212= RRCC1? （ 32） 0PfRK =K= R （ 33） 由于本次設(shè)計中，傳感器輸出信號無需放大，僅需濾除信號中所帶的工頻干擾和相應(yīng)的低頻信號，參數(shù)選擇圖 中各元件標(biāo)注。經(jīng)計算， 傳遞函數(shù)為 P( S )20K 4 5 2 6 9H= S S + S + 4 2 5 . 5 S + 4 5 2 6 9222 0o?? ? ? ?? （ 34） 固有角頻率為 0 41 2 1 2 2 3 1 21 1 1= = r a d / s 2 1 2 . 7 6 6 r a d / s4 7 * 1 0R R C C R R C C? ?? （ 35） 截止頻率為 0ωf= =33 .86H z2π
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