【文章內(nèi)容簡介】 系數(shù)為 400:1 光學(xué)瞄準(zhǔn) 硅探測器 (3)壓電傳感器 壓電傳感器 (Piezoelectric sensor)是一種典型的有源傳感器 ,它是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ) ,在外力作用下 ,電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷 ,從而實(shí)現(xiàn)外力與電荷量間的轉(zhuǎn)換 ,達(dá)到非電量的電測目的 . 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 9 壓電傳感器的應(yīng)用 :可分為單向力 ,雙向力和三向力傳感器 .壓電傳感器的物理基礎(chǔ)是壓電效應(yīng) ,壓電敏感元件感受力的作用而產(chǎn)生電壓或電荷輸出 ,即根據(jù)輸出電壓或電荷的大小和極性 ,就可確定作用力的大小和方向 .由此可見 ,壓電傳感器可以直接用于測力 ,或測與力相關(guān)的壓力 位移 振動(dòng)加速度等 . (4)磁電傳感器 磁電傳感器可分為兩大類 ,一類是基于鐵芯線圈電磁感應(yīng)原理的磁電感應(yīng)式傳感器 ,一類是基于半導(dǎo)體材料磁敏效應(yīng)的磁敏傳感器 磁敏管的應(yīng)用 :不 但具有很高的磁靈敏度 ,同時(shí)能識(shí)別磁場極性 。而且體積小 功耗低 ,因而具有廣泛的應(yīng)用前景 . (5)光電傳感器 光電傳感器 (Photoelectric sensor)是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置 ,它具有結(jié)構(gòu)簡單 ,性能可靠 ,精度高 ,反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn) ,在現(xiàn)代測量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ,應(yīng)用非常廣泛 ,是一種很有發(fā)展前途的新型傳感器 . (6)人體熱釋電紅外傳感器介紹和應(yīng)用 : 在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 （ 7）無線紅外傳感器 無線 紅外傳感器又名無線紅外探測器 無線智能幕簾 /廣角紅外探測器采用美國軍用紅外傳感器進(jìn)行信號(hào)采集探測與摩托羅拉芯片組合集成單片機(jī)智能技術(shù)控制，自動(dòng)溫度補(bǔ)償，微電流省耗，無誤報(bào)，無漏報(bào)，探測距離遠(yuǎn)，工作穩(wěn)定，性能可靠，外形精巧，美觀大方。機(jī)內(nèi)設(shè)置電源外撥開關(guān)，外出設(shè)防可以接通電源，達(dá)到更加省電的效果。 它是根據(jù)人體紅外光譜而工作，當(dāng)人體在其接收范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，探測器輸出報(bào)警信號(hào)，廣泛用于銀行、倉庫和家庭等場所的安全防范。 它是目前可靠性較高的產(chǎn)品，紅外探測部分采用報(bào)警器用傳感器和紅外專用處理 IC。高頻發(fā)射部分采用 最新聲表面（ S）穩(wěn)頻技術(shù)，配合成熟的外圍電路，使得產(chǎn)品具有紅外探測靈敏度好、誤報(bào)率低、高頻發(fā)射頻率穩(wěn)定、發(fā)射功率大的特點(diǎn)。 工作原理：紅外廣角型探頭的防范區(qū)域是以其透鏡始點(diǎn)，向前散發(fā) 120度，長 12 米的圓錐形的探測區(qū)域，在這區(qū)域內(nèi)，只要是熱能動(dòng)物在區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，其散發(fā)的紅外熱能將被吸收。 幕簾型探頭工作原理：紅外幕簾型探頭的防范區(qū)域是以其透鏡始點(diǎn)，向前散發(fā) 120 度，長 12 米的圓錐形的探測區(qū)域，在這區(qū)域內(nèi)，只要是熱能動(dòng)物在區(qū)域內(nèi)活動(dòng)，其散發(fā)的紅外熱能將被吸收 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 10 熱釋電紅外傳感器的原理 熱釋電紅外線 (PIR)傳感器是 80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。 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(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路[2]。 如圖 21 示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖 21 熱釋電紅外傳感器的 內(nèi)部電路框圖 本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。 其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖 22 示 , 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端 也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過 FET放大后，經(jīng)過 C2， R1 的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過 NPN的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT為低電平。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 11 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 圖 22 熱釋電紅外傳感器原理圖 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 ， 該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成 差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 ， 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。 熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用 ， 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 ，該電阻阻抗高達(dá) 104MΩ ，故引入的 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 ， 即源極跟隨器來完成阻抗變換。 熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片， 并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。 PIR 的原理特性 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個(gè)探測器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 12 電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi) 的場效應(yīng)管放大后向外輸出。 人體輻射的紅外線中心波長為 910um，而探測元件的波長靈敏度在。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理 而輸出電壓信號(hào)。 AT89C51 單片機(jī)的概述 （ 1） AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)是美國 Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 [3]。 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖 23 為 AT89C51 單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲(chǔ)器、可編程 I/O口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 振蕩器和時(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 B RAM/SFR 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 16 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文 13 外中斷 信號(hào) 控制 并行口 串行通信 圖 23 AT89C51 功能方塊圖 （ 2） AT89C51 的管腳說明 ATMEL公司的 AT89C51是一種高效微控制器。采 用 40引腳雙列直插封裝形式。AT89C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器 能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在 給出地址 1 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入