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正文內(nèi)容

基于at89c51單片機(jī)的家庭防盜警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-07-24 17:23 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (硫酸三甘酞)等。為了使傳感器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作,提高靈敏度,增強(qiáng)抗干擾能力,這里選用了TGS晶體制作的雙型探測(cè)器紅外測(cè)溫是通過(guò)探測(cè)物體表面發(fā)射的能量來(lái)測(cè)量其溫度,由物理學(xué)可知,處于絕對(duì)溫度(-℃)以上的任何物體,都要釋放熱能,而紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量其中與溫度有關(guān)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的熱能,并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號(hào),由此測(cè)出其溫度。據(jù)斯蒂芬-波茲曼常數(shù),絕對(duì)黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為: 其中:σ為蒂芬-波茲曼常數(shù),1012 w/cm2 ,k4 為黑體的溫度;E0 為黑體輻射能。 實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體,其熱輻射公式為: E=εE0其中:E為物體在一定溫度下的輻射能力;E0 為與E在同一溫度下的黑體輻射能力。 ε為黑度系數(shù),表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況,其值在0~1之間。 由上可知,任何物體只要溫度不是絕對(duì)零度都不斷地發(fā)射紅外輻射,物體的溫度越高,輻射的功率就越大,只要知道物體的溫度和它的比輻射率,就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率,則可確定它的溫度。紅外探測(cè)器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi):其中,熱釋電探測(cè)器是電效應(yīng)工作的探測(cè)器,其響應(yīng)速度雖不如光子型,但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬,靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān),因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣,容易使用。常用的熱釋電探測(cè)器如:LiTaO2(鉭酸鋰) 探測(cè)器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測(cè)器和TGS(硫酸三甘酞)探測(cè)器等。如圖21為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT,在上下兩面做上電極,并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)電容的電流發(fā)生器,其輸出阻抗極高,而輸出電壓信號(hào)又極其微弱,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(TO-5封裝)。圖22為熱釋電傳感器的實(shí)物照片。圖21圖22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(chēng)為居里溫度。溫度超過(guò)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(lái)。因此不能在靜態(tài)條件下測(cè)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(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。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(chēng)之為熱釋電現(xiàn)象。如圖23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)。圖23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(xiàn)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24所示。圖24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(duì)溫度變化率,稱(chēng)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。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(xiàn)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(xiàn)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)。圖25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,在這段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小。要經(jīng)過(guò)放大、比較等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能輸出控制信號(hào)。使電路執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)和輸出信號(hào)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)。下圖26是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖:低頻放大比較整形ViVo圖26LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)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(hào)來(lái)表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+”、“V”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi()為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)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(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖28。
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