【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Alam0 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁(yè) 第 8 頁(yè) 1. 熱釋電效應(yīng) 熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強(qiáng)介電質(zhì)材料 (如欽酸鋇、鈦鋯酸鉛 (PZT)等 )的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電 荷變化將以電壓或電流形式輸出。 在熱釋電紅外探測(cè)器中有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器 (PTR) ，PTR能將紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用。另一個(gè)是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡，它用來(lái)配合熱釋電紅外線傳感器，以達(dá)到提高接收靈敏度。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號(hào)放大 6070db，就可以檢測(cè) 1020m 處人的活動(dòng)。 2. 熱釋電紅外探測(cè)器基本原理 熱釋電紅外傳感器通過(guò)接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長(zhǎng)的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離 ，方向等有關(guān)的低頻電信號(hào)。由于傳感器的電壓響應(yīng)度與入射光輻射變化的頻率成反比，因此，當(dāng)恒定的紅外輻射照射在探測(cè)器上時(shí)，探測(cè)器沒(méi)有電信號(hào)輸出，所以恒定的紅外輻射不能被檢測(cè)到。而物體移動(dòng)速度越快，同樣的入射功率下，輸出電壓就會(huì)越小，只有達(dá)到報(bào)警閾值電平時(shí)，探測(cè)器才會(huì)有電壓信號(hào)輸出。根據(jù)該特性，選擇熱釋電紅外探測(cè)器適用于盜情信號(hào)的檢測(cè)。 探測(cè)器原理框圖如圖 32所示，當(dāng)人體進(jìn)入警戒區(qū)，人體溫度會(huì)引起環(huán)境溫度輻射場(chǎng)的變化，通過(guò)菲涅爾透鏡，熱釋電紅外探頭感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，則在負(fù)載電阻上產(chǎn)生一個(gè)電 信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢。經(jīng)過(guò)后級(jí)比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號(hào) U0。 圖 32熱釋電紅外探測(cè)器原理框圖 3．熱釋電紅外探測(cè)器電路設(shè)計(jì) 熱釋電紅外探測(cè)器電路采用的器件包括紅外探測(cè)器專用芯片 —— 紅外傳感信號(hào)處理器 BISS000熱釋電紅外探頭 RE200B(傳感器 )及一些外圍元件 (電阻電容 )。它的正常工作電壓是 +(工作范圍可在 3V 到 5V 之間 )。 檢測(cè)元件 BISS0001 是 CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?，具有 獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理。另外它還具有雙向鑒幅器，可有效熱 釋 電紅 外 探測(cè)器 定時(shí)器封鎖時(shí)間 TI 延遲時(shí)間定時(shí)器 TX 狀態(tài)控制器 參考電源 與門 比較器 U0 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁(yè) 第 9 頁(yè) 抑制干擾，其內(nèi)部設(shè)有延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器。管腳排列及各點(diǎn)波形如圖33和圖 34所示。 當(dāng) A 端等于“ 0”時(shí)，為不可重復(fù)觸發(fā)工作方式，即在 TX 時(shí)間內(nèi)，任何 IC7 的變化都被忽略，直至延遲時(shí)間 TX 結(jié)束。當(dāng) TX 時(shí)間結(jié)束時(shí)， U0 下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器進(jìn)入封鎖周期 Ti。在 Ti 周期內(nèi)，任何 IC7 的變化都不能使 U0 為有效狀態(tài)。本電路中由于 BISS0001 的 1 腳接的是低電平，即此時(shí)芯片設(shè)置為不可重復(fù)觸發(fā)狀態(tài)， 所以在延時(shí)周期內(nèi)，電路不會(huì)被重復(fù)觸發(fā)，直到延時(shí)周期結(jié)束。這一功能的設(shè)置，可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。 RR RC1 為輸出延遲時(shí)間TX的調(diào)節(jié)端， RR RC2 為觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 的調(diào)節(jié)端 ⑵ 。 圖 33 BISS0001管腳排列圖 圖 34 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點(diǎn)波形 圖 35所示為紅外探測(cè)器分立元件電路圖。當(dāng)熱釋電紅外探頭接收到人體發(fā)出的紅外線后，經(jīng)過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)微弱的低頻電信號(hào)到 BISS0001 芯片的第一級(jí)運(yùn)算放大器 IC1 的同相輸入端 (14 腳 )，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大預(yù)處理，然后由電容耦合給第二級(jí)運(yùn)算放大器 IC2，對(duì)信號(hào)再次放大，同時(shí)將直流電位抬高到 VM。再經(jīng)內(nèi)部的兩個(gè)電壓比較器 (IC3,IC4)構(gòu)成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào) VS去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器 (只要有觸發(fā)信號(hào) VS 的上跳沿則可啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器 )。由于 VH≈ ,VL≈ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁(yè) 第 10 頁(yè) ，所以當(dāng) VCC 為 + 電壓時(shí)，可有效地抑制177。 (VHVL)的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 IC6 是一個(gè)條件比較器，當(dāng)輸入電壓 VCVR 時(shí)， IC6 輸 出為低電平，封鎖了與門 IC7，禁止觸發(fā)信號(hào)向下級(jí)傳遞；當(dāng) VCVR 時(shí)， IC6輸出為高電平，則打 開(kāi)與門 IC7，此時(shí)，如果有觸發(fā)信號(hào) VS 的上跳變沿到來(lái)，將啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，同時(shí) U0 腳 (2 腳 )輸出高電平信號(hào)，經(jīng)與門后送單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警處理，此時(shí)探測(cè)器進(jìn)入延時(shí)周期，延遲與封鎖時(shí)間為幾秒鐘。該設(shè)計(jì)輸出為脈沖信號(hào)，當(dāng)有移動(dòng)物體進(jìn)入探測(cè)范圍以內(nèi)時(shí)，輸出端電平由高電平跳變至低電平，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)并報(bào)警。 圖 35 紅外線探測(cè)器電路圖 微波探測(cè)器 1． 微波探測(cè)器原理 微波探測(cè)器為空間探測(cè)器，用于探測(cè)在防范空間內(nèi)的任 何運(yùn)動(dòng)物體。微波探測(cè)器可靠性強(qiáng)，無(wú)光亮和熱源的要求，探測(cè)環(huán)境要求低。在微波段，當(dāng)以一種頻率發(fā)送時(shí)，在微波能量覆蓋的范圍內(nèi)，如果有物體移動(dòng)，將會(huì)以另一種頻率反射，這樣發(fā)射頻率和反射頻率有一個(gè)頻率差異產(chǎn)生。這種頻率差異與很多因素有關(guān)，其中包括移動(dòng)物體的速度，與探測(cè)器的徑向角度等。 實(shí)際電路中，是由振蕩器電路產(chǎn)生并發(fā)射近微波段電磁波形成微波場(chǎng)，天線把電R5120+ 5VDEC 16C 23C 26100pFC 1922uFC 18C 15220uFC 20C 25470uFC 22C 17C 2110uFC 2433uFR 1010KR 121KR937KR 111MR757KR634KR81MR 151MR 131KR 1451KR 111MS+I C 2VH+I C 4VL+I C 6VR+I C 3VH+I C 1I C 574 L S 32+ 5VI C 774 L S 11VC+ 5VU 01C 27R E S C TD4LEDGNDD3D I O D EAV0狀態(tài)控制器延時(shí)時(shí)間定時(shí)器 TX封鎖時(shí)間定時(shí)器 TIH on gW a i ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁(yè) 第 11 頁(yè) 信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達(dá) 10m 以上 (如果想繼續(xù)增大輻射半徑或提高靈敏度可以通過(guò)調(diào)整天線的大小和方向來(lái)完成 )。當(dāng)有人在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射回去的 微波將發(fā)生頻率變化，從而使微波探測(cè)器輸出一個(gè)與人體運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的低頻電信號(hào)。根據(jù)該特性，也選擇微波探測(cè)器用于盜情的檢測(cè)。 環(huán)形天線和它周圍的電阻、電容和 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管組成了近微波段高頻自激振蕩電路 (它的振蕩頻率在 1GHz 左右 )，微波探測(cè)器原理如圖 36 所示，當(dāng)電路接通電源以后，振蕩產(chǎn)生的單頻、等幅信號(hào)通過(guò)外接天線發(fā)射到空間，產(chǎn)生一個(gè)立體空間微波防護(hù)區(qū)，天線既發(fā)射振蕩信號(hào)，也接收回波。反射回來(lái)的微波信號(hào)與原信號(hào)之間混頻后 圖 36 微波探測(cè) 器原理框圖 產(chǎn)生微弱的頻移信號(hào)，該信號(hào)送放大器進(jìn)行放大。放大后的信號(hào)送窗口式鑒幅比較輸入端，經(jīng)比較將一定強(qiáng)度的探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為寬度不同的等幅脈沖輸出。 2．微波探測(cè)器電路設(shè)計(jì) 微波探測(cè)器電路使用的主要元件是單電源通用四運(yùn)算放大器 KIA324P、環(huán)形天線、微波振蕩管 C3355 及一些外圍元器件，外接 +6V 電源。其電路圖如圖 37。 當(dāng)有人在該微波防護(hù)區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，振蕩頻率和幅度發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)多普勒效應(yīng)，該波動(dòng)的頻率與物體運(yùn)動(dòng)的快慢有關(guān)，而幅度與距離有關(guān)。混頻后高頻信號(hào)因?yàn)檫^(guò)高而失去作用，剩下微弱的低頻信號(hào)經(jīng) U1 作前級(jí)放大， 10uF 電容與 電阻構(gòu)成充電電路，充電電壓作為第一級(jí)比較器 U4 的基準(zhǔn)電壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，即只有前級(jí)放大電壓高于該參考電壓時(shí)，輸出才為高電平，此時(shí)， C9015 導(dǎo)通，最后信 號(hào)經(jīng) U2, U3 構(gòu)成的窗口比較器比較后輸出探測(cè)到的信號(hào)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中報(bào)警范圍實(shí) 圖約為 7— 8 米，探測(cè)到有效信號(hào)時(shí)，有 20秒的報(bào)警信號(hào)輸出， LED發(fā)光做出預(yù)警指示，可有效的進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)。該電路可以工作在較寬的電壓范圍內(nèi) (標(biāo)準(zhǔn)電壓是 32V，但實(shí)際可以工作在很寬的電壓范圍內(nèi) )，當(dāng)檢 測(cè)到異常信號(hào)時(shí)為高電平。 微波靈敏度和紅外靈敏度通過(guò)步測(cè)的方法要分別調(diào)整，過(guò)高或過(guò)低的靈敏度都將影響防范效果。微波探測(cè)器靈敏度通過(guò)調(diào)節(jié)比較器參考電壓端電壓來(lái)控制，紅外探測(cè)器靈敏度通過(guò)調(diào)節(jié)輸出延遲時(shí)間 TX和觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti來(lái)控制 ⑶ 。 電源 天線 微波震蕩電路 前級(jí)放大 兩級(jí)放大 比較電路 濾波電路 LED ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁(yè) 第 12 頁(yè) R11KR2R E S 2V C CC1C A PC22 7 p FC31 0 u FQ1C 3 3 5 6R3R E S 2R4R E S 2G N DR57 . 5 KR61KV C CR77 . 5 KR8R E S 2R 1 2R E S 2R91 5 KC5C A PC4C A PR 1 1R E S 2G N DR 1 05 6 0G N DD1D I O D ER 1 21 0 0 KQ2C 9 0 1 5G N DR 1 51 3 4C71 0 u FV C CC61 0 u FR 1 32 0 KV C CR 1 41 0 KQ3C 9 0 4 1V C CD2L E DR 1 62 . 2 KG N DU 0 2I N I N +O U TU2O P A M PI N I N +O U TU3O P A M PI N I N +O U TU1O P A M PI N I N +O U TU4O P A M PW e i B o 圖 37 微波探測(cè)器電路圖 防火探測(cè)器是由溫度探測(cè)、光電感煙探測(cè)和一氧化碳探測(cè)構(gòu)成的復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。多傳感器設(shè)計(jì)思 想解決了傳統(tǒng)防火探測(cè)器一直存在的誤報(bào)率高的問(wèn)題，增強(qiáng)了火災(zāi)探測(cè)的可靠性。其中光電感煙探測(cè)器為本課題中傳感器電路的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器原理如圖 38