基于單片機(jī)控制的智能家庭(編輯修改稿)
2025-02-14 14:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，故在管內(nèi)附有JFET及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變大的目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡。圖21 熱釋電紅外傳感器的電路圖熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時(shí)，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時(shí)間很長，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不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。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22所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時(shí)，就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號。圖22 熱釋電傳感器的電路連接若沒有經(jīng)過調(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。因此，熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(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)端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個(gè)電極連接起來，就會有熱釋電電流Is 通過負(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23所示。 圖23熱釋電傳感器等效電路電流源的電流強(qiáng)度為Is為： 式中：p一自發(fā)極化強(qiáng)度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)。 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。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，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個(gè)盲區(qū)(如圖24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)動時(shí)，人體輻射的紅外線通過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，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場后，又走出這個(gè)視場，再進(jìn)人另一視場對傳感器而言，相當(dāng)于一會兒看到人，一會兒又看不到人，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。圖24菲涅爾透鏡外形圖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，在這段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。 熱釋電紅外傳感器控制電路芯片的選擇熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小。要經(jīng)過放大、比較等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能輸出控制信號。使電路執(zhí)行相關(guān)動作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測信號的特點(diǎn)和輸出信號的要求，完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng)。如圖25是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖：低頻放大比較整形ViVo圖25控制電路的結(jié)構(gòu)框圖LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖27所示的符號來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖27。圖26放大器圖27 LM324的引腳圖LM324的特點(diǎn)：：3V32V：最大100nA 。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 低頻帶通放大電路熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小，僅1mV左右，~10HZ，需經(jīng)高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進(jìn)一步處理，一般來講，要求放大器的增益為60~70dB,~7HZ。放大器的帶寬對可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動作率高！ 如圖31所示，本系統(tǒng)采用LM324中的兩個(gè)集成運(yùn)算放大器構(gòu)成低頻帶通放大電路，LM324內(nèi)部集成了四個(gè)獨(dú)立的高增益運(yùn)算放大器，其電流小（典型值Is=），且與所加電源電壓的大小無關(guān)，頻率補(bǔ)償及偏置電流均采用了溫度補(bǔ)償措施，性能穩(wěn)定。采用單電源供電。圖31低頻帶通放大電路放大器要求：增益：60~70DB帶寬：~7HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1+2πfR12C4/(1+2πfR7C4)(1+2πfR12C4)一般要求放大電路
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