【文章內(nèi)容簡介】 Alam0 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁 第 8 頁 1. 熱釋電效應(yīng) 熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強介電質(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。 在熱釋電紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器 (PTR) ，PTR能將紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。另一個是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的光學(xué)透鏡，它用來配合熱釋電紅外線傳感器，以達到提高接收靈敏度。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號放大 6070db，就可以檢測 1020m 處人的活動。 2. 熱釋電紅外探測器基本原理 熱釋電紅外傳感器通過接收移動人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運動速度，距離 ，方向等有關(guān)的低頻電信號。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器上時，探測器沒有電信號輸出，所以恒定的紅外輻射不能被檢測到。而物體移動速度越快，同樣的入射功率下，輸出電壓就會越小，只有達到報警閾值電平時，探測器才會有電壓信號輸出。根據(jù)該特性，選擇熱釋電紅外探測器適用于盜情信號的檢測。 探測器原理框圖如圖 32所示，當(dāng)人體進入警戒區(qū)，人體溫度會引起環(huán)境溫度輻射場的變化，通過菲涅爾透鏡，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，則在負(fù)載電阻上產(chǎn)生一個電 信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢。經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號 U0。 圖 32熱釋電紅外探測器原理框圖 3．熱釋電紅外探測器電路設(shè)計 熱釋電紅外探測器電路采用的器件包括紅外探測器專用芯片 —— 紅外傳感信號處理器 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 )。 檢測元件 BISS0001 是 CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?，具有 獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配，進行信號預(yù)處理。另外它還具有雙向鑒幅器，可有效熱 釋 電紅 外 探測器 定時器封鎖時間 TI 延遲時間定時器 TX 狀態(tài)控制器 參考電源 與門 比較器 U0 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁 第 9 頁 抑制干擾，其內(nèi)部設(shè)有延遲時間定時器和封鎖時間定時器。管腳排列及各點波形如圖33和圖 34所示。 當(dāng) A 端等于“ 0”時，為不可重復(fù)觸發(fā)工作方式，即在 TX 時間內(nèi)，任何 IC7 的變化都被忽略，直至延遲時間 TX 結(jié)束。當(dāng) TX 時間結(jié)束時， U0 下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器進入封鎖周期 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，即此時芯片設(shè)置為不可重復(fù)觸發(fā)狀態(tài)， 所以在延時周期內(nèi)，電路不會被重復(fù)觸發(fā)，直到延時周期結(jié)束。這一功能的設(shè)置，可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。 RR RC1 為輸出延遲時間TX的調(diào)節(jié)端， RR RC2 為觸發(fā)封鎖時間 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)工作方式下各點波形 圖 35所示為紅外探測器分立元件電路圖。當(dāng)熱釋電紅外探頭接收到人體發(fā)出的紅外線后，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換，輸出一個微弱的低頻電信號到 BISS0001 芯片的第一級運算放大器 IC1 的同相輸入端 (14 腳 )，對信號進行放大預(yù)處理，然后由電容耦合給第二級運算放大器 IC2，對信號再次放大，同時將直流電位抬高到 VM。再經(jīng)內(nèi)部的兩個電壓比較器 (IC3,IC4)構(gòu)成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號 VS去啟動延遲時間定時器 (只要有觸發(fā)信號 VS 的上跳沿則可啟動延遲時間定時器 )。由于 VH≈ ,VL≈ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁 第 10 頁 ，所以當(dāng) VCC 為 + 電壓時，可有效地抑制177。 (VHVL)的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 IC6 是一個條件比較器，當(dāng)輸入電壓 VCVR 時， IC6 輸 出為低電平，封鎖了與門 IC7，禁止觸發(fā)信號向下級傳遞；當(dāng) VCVR 時， IC6輸出為高電平，則打 開與門 IC7，此時，如果有觸發(fā)信號 VS 的上跳變沿到來，將啟動延遲時間定時器，同時 U0 腳 (2 腳 )輸出高電平信號，經(jīng)與門后送單片機進行報警處理，此時探測器進入延時周期，延遲與封鎖時間為幾秒鐘。該設(shè)計輸出為脈沖信號，當(dāng)有移動物體進入探測范圍以內(nèi)時，輸出端電平由高電平跳變至低電平，可實現(xiàn)檢測并報警。 圖 35 紅外線探測器電路圖 微波探測器 1． 微波探測器原理 微波探測器為空間探測器，用于探測在防范空間內(nèi)的任 何運動物體。微波探測器可靠性強，無光亮和熱源的要求，探測環(huán)境要求低。在微波段，當(dāng)以一種頻率發(fā)送時，在微波能量覆蓋的范圍內(nèi)，如果有物體移動，將會以另一種頻率反射，這樣發(fā)射頻率和反射頻率有一個頻率差異產(chǎn)生。這種頻率差異與很多因素有關(guān)，其中包括移動物體的速度，與探測器的徑向角度等。 實際電路中，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，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)控制器延時時間定時器 TX封鎖時間定時器 TIH on gW a i ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁 第 11 頁 信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達 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調(diào)整天線的大小和方向來完成 )。當(dāng)有人在場中運動時，反射回去的 微波將發(fā)生頻率變化，從而使微波探測器輸出一個與人體運動速度有關(guān)的低頻電信號。根據(jù)該特性，也選擇微波探測器用于盜情的檢測。 環(huán)形天線和它周圍的電阻、電容和 MOS 場效應(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、等幅信號通過外接天線發(fā)射到空間，產(chǎn)生一個立體空間微波防護區(qū)，天線既發(fā)射振蕩信號，也接收回波。反射回來的微波信號與原信號之間混頻后 圖 36 微波探測 器原理框圖 產(chǎn)生微弱的頻移信號，該信號送放大器進行放大。放大后的信號送窗口式鑒幅比較輸入端，經(jīng)比較將一定強度的探測信號轉(zhuǎn)換為寬度不同的等幅脈沖輸出。 2．微波探測器電路設(shè)計 微波探測器電路使用的主要元件是單電源通用四運算放大器 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)有人在該微波防護區(qū)內(nèi)移動時，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)，該波動的頻率與物體運動的快慢有關(guān)，而幅度與距離有關(guān)?；祛l后高頻信號因為過高而失去作用，剩下微弱的低頻信號經(jīng) U1 作前級放大， 10uF 電容與 電阻構(gòu)成充電電路，充電電壓作為第一級比較器 U4 的基準(zhǔn)電壓，同時實現(xiàn)延時功能，即只有前級放大電壓高于該參考電壓時，輸出才為高電平，此時， C9015 導(dǎo)通，最后信 號經(jīng) U2, U3 構(gòu)成的窗口比較器比較后輸出探測到的信號。實驗過程中報警范圍實 圖約為 7— 8 米，探測到有效信號時，有 20秒的報警信號輸出， LED發(fā)光做出預(yù)警指示，可有效的進行實時探測。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，但實際可以工作在很寬的電壓范圍內(nèi) )，當(dāng)檢 測到異常信號時為高電平。 微波靈敏度和紅外靈敏度通過步測的方法要分別調(diào)整，過高或過低的靈敏度都將影響防范效果。微波探測器靈敏度通過調(diào)節(jié)比較器參考電壓端電壓來控制，紅外探測器靈敏度通過調(diào)節(jié)輸出延遲時間 TX和觸發(fā)封鎖時間 Ti來控制 ⑶ 。 電源 天線 微波震蕩電路 前級放大 兩級放大 比較電路 濾波電路 LED ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 共 50 頁 第 12 頁 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 微波探測器電路圖 防火探測器是由溫度探測、光電感煙探測和一氧化碳探測構(gòu)成的復(fù)合型火災(zāi)探測器。多傳感器設(shè)計思 想解決了傳統(tǒng)防火探測器一直存在的誤報率高的問題，增強了火災(zāi)探測的可靠性。其中光電感煙探測器為本課題中傳感器電路的設(shè)計重點。復(fù)合型火災(zāi)探測器原理如圖 38