【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時(shí)間很長(zhǎng)，因晶體自發(fā)極化的弛豫時(shí)間很短，約10－12s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時(shí)其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來(lái)不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化。圖2熱釋電傳感器的電路連接如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時(shí)，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時(shí)，就有電流流過(guò)負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號(hào)。若沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個(gè)新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號(hào)。因此，熱釋電探測(cè)器與其他熱釋探測(cè)器不同，它只存在溫度升降的過(guò)程中才有信號(hào)輸出。所以利用熱釋電探測(cè)器探測(cè)的紅外輻射必須經(jīng)過(guò)調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度（PS）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時(shí)間，那么在垂直于PS的晶體的兩個(gè)端面之間就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個(gè)電極連接起來(lái)，就會(huì)有熱釋電電流Is 通過(guò)負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖3所示。電流源的電流強(qiáng)度為Is為： 圖3 傳感器等效電路圖式中:p一自發(fā)極化強(qiáng)度對(duì)溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)，2．4 菲涅爾透鏡目前人體驗(yàn)知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測(cè)半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，每個(gè)單元一般都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，且相鄰的視場(chǎng)既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個(gè)盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號(hào)，或者說(shuō)，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場(chǎng)后，又走出這個(gè)視場(chǎng)，再進(jìn)人另一視場(chǎng)對(duì)傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)。菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說(shuō)明的是:在每次接通電源時(shí)，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時(shí)間，在這圖4 菲涅爾透鏡外形圖段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。第三章 總體電路設(shè)計(jì)3．1系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖5所示。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)測(cè)量放大電路、比較電路送至門(mén)限開(kāi)關(guān)，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計(jì)平均及識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出人侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成。相應(yīng)動(dòng)作，當(dāng)報(bào)警延遲一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)。然后通過(guò)LED顯示報(bào)警次數(shù)。同時(shí),還可把整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)樽詣?dòng)開(kāi)關(guān)燈系統(tǒng),當(dāng)有主人在時(shí),可用手動(dòng)解除報(bào)警功能,并且可以開(kāi)啟開(kāi)關(guān)燈執(zhí)行電路,在探測(cè)頭感應(yīng)到有人時(shí)執(zhí)行電路執(zhí)行開(kāi)燈。同時(shí)系統(tǒng)還可以使用在一些大型的公共場(chǎng)合，作為檢測(cè)人數(shù)個(gè)數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。 如下圖6為系統(tǒng)總體電路圖圖6 系統(tǒng)總體電路圖3．2 單片機(jī)系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用了89C51,，并通過(guò)P0傳輸數(shù)據(jù)到LED顯示，～。如圖7所示。圖7 單片機(jī)系統(tǒng)的電路圖3．3 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計(jì) 高低通放大器IC1使用廉價(jià)的通用四運(yùn)放LM324,用其中兩個(gè)運(yùn)放組成高、低通放大器。按圖8所示參數(shù)計(jì)算得到,第一級(jí)放大增益為:AＶ1=R6/R4=220,第二級(jí)放大增益為:AＶ2=R10/R9=270,總放大增益為:AＶ=220270=59400=。我們知道,在運(yùn)算放大電路中,放大倍數(shù)一般不宜取的太大,否則容易引起輸出端波形失真且導(dǎo)致電路自激振蕩。故將R6改為200ｋΩ,將R10改為1MΩ,此時(shí)的總增益為AＶ=20100=2000=66dB,比較符合實(shí)際應(yīng)用,能保證電路工作可靠。圖8 熱釋電傳感器的基本電路圖 電壓比較器 LM324另外兩個(gè)運(yùn)放組成電壓比較檢測(cè)窗口,由RR5和RR8將高、低通放大器的⑶腳和⑸腳均設(shè)置為1/2Vcc,。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人體的活動(dòng),其產(chǎn)生的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大,傳送到LM324的⑽、⒀腳時(shí),用示波器可以檢測(cè)到峰值約為5V的正弦波,那么無(wú)論是信號(hào)的正半周還是負(fù)半周,兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為低電平,使IC2的⑵腳由高電平跳成低電平,以便控制延時(shí)電路工作。而當(dāng)紅外傳感器沒(méi)有檢測(cè)到人活動(dòng)時(shí),由靜態(tài)電路可知,該3V直流信號(hào)同時(shí)加到LM324的⑽、⒀腳,又知道R1R1R13將窗口電壓上、,即⑼,⑿。此時(shí),電壓比較器輸出端⑻、⒁均為低電平。而IC2的⑵腳原來(lái)經(jīng)R14上拉電阻設(shè)置為高電平,則VDVD2都導(dǎo)通,將IC2的⑵腳鉗位成低電平。在圖8電路中,NE555為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,⑵腳一旦有下降沿脈沖觸發(fā),則定時(shí)器就工作,③腳就輸出高電平。若沒(méi)有檢測(cè)到人體活動(dòng),而末端能輸出高電平,驅(qū)動(dòng)后級(jí)的繼電器等電路單元工作,電路工作屬不正常, 為了避免電路誤動(dòng)作對(duì)原電路進(jìn)行了修改。電壓比較器部分修改后的電路如圖9所示。將兩個(gè)二極管倒個(gè)方向，在其后加一個(gè)開(kāi)關(guān)三極管，以它的輸出來(lái)控制延時(shí)電路。靜態(tài)時(shí), LM324的⑻、⒁均為低電平，開(kāi)關(guān)管截止，IC2的⑵腳仍為高電平，延時(shí)電路不工作。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人的活動(dòng)，在輸入信號(hào)的正半周時(shí),⒀腳的電平高于⑿,下比較器由⒁腳輸出低電平，VD2截止；此時(shí)由于⑽腳電平高于⑼腳，比較器輸出高電平，VD1導(dǎo)通，其高電平使得開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通，將IC2的⑵腳拉成低電平，致使延時(shí)電路工作。在信號(hào)負(fù)半周時(shí)，上、下比較器輸出電平剛好相反，即⑻腳輸出低電平，⒁腳輸出高電平，VD2導(dǎo)通。可見(jiàn),只要傳感器檢測(cè)到人體活動(dòng)，無(wú)論是信號(hào)的正半周還是負(fù)半周，兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為高電平，通過(guò)開(kāi)關(guān)三極管從而控制延時(shí)電路工作。圖9 電壓比較電路圖如圖9所示,在比較器后加上開(kāi)關(guān)管2N3904,整個(gè)電路不但工作可靠,且輸出電流大,能驅(qū)動(dòng)后級(jí)的執(zhí)行電器工作。延時(shí)電路IC2使用單時(shí)基電路NE555,延時(shí)時(shí)間ｔ=C8≈60ｓ。其作用有二。一是為自己離開(kāi)檢測(cè)區(qū)時(shí)提供一段非報(bào)警延遲時(shí)間；二是在自己進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后提供關(guān)斷檢測(cè)器所需的時(shí)間。延時(shí)電路工作時(shí),輸出的高電平或接通報(bào)警器電源進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)使繼電器吸合。繼電器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。3．4執(zhí)行電路如圖10所示,當(dāng)傳感器在無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入的靜態(tài)時(shí)保持低電平,當(dāng)有檢測(cè)信號(hào)時(shí),比較器輸出一個(gè)高電平,經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器變?yōu)榈碗娖絹?lái)觸發(fā)后級(jí)的555延遲電路，延遲電路后的三極管飽和導(dǎo)通,發(fā)射極變?yōu)楦唠娖?繼電器動(dòng)作,常開(kāi)開(kāi)關(guān)吸合,照明燈接通電源后亮。圖10 執(zhí)行電路3．5鍵盤(pán)控制電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中鍵盤(pán)控制主要是對(duì)最大容量報(bào)警人數(shù)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)的初始化對(duì)最大容量報(bào)警人數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，所以外部鍵盤(pán)按鈕只需用兩個(gè)按鍵分別進(jìn)行加減設(shè)置。鍵盤(pán)按鈕與單片機(jī)的接口電路如圖11：圖11鍵盤(pán)按鈕與單片機(jī)的接口電路鍵盤(pán)電路中每個(gè)按鈕都是一個(gè)常開(kāi)開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)按鈕未被按下時(shí)，當(dāng)按鈕按下時(shí)，—。通常的按鈕所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合時(shí)，電壓信號(hào)波形如圖12所示。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)夜不會(huì)一下子斷開(kāi)。因而在斷開(kāi)與閉合的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，如圖12所示。抖動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短由按鈕的機(jī)械特性決定，一般為5—10ms。按鈕的穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作所決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。鍵按下閉合穩(wěn)定鍵釋放前沿抖動(dòng)后沿抖動(dòng)釋放穩(wěn)定圖12 按鍵時(shí)的抖動(dòng)鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動(dòng)，在鍵閉合穩(wěn)定時(shí)取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鈕的抖動(dòng)，可用硬件或軟件兩種方法消除。本系統(tǒng)采用了軟件消除抖動(dòng)的方法。3．6 LED路設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的