【文章內(nèi)容簡介】 過光的波長范圍為 7~10um，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。 而我現(xiàn)在的設(shè)計是針對車輛的。汽車 發(fā)動機(jī)工作的最佳溫度是 8090 攝氏度。發(fā)動機(jī) 所發(fā)出的熱輻射強度與輻射距離成反比，距離越遠(yuǎn)，輻射強度越低，即溫度越低。從這一點出發(fā)，只要降紅外探測器放置在探測最大距離以外，理論上就能實現(xiàn)探測到車輛的溫度且不受人體及其他熱源的干擾。 響應(yīng)時間、感應(yīng)距離、溫度量程是直接制約熱釋紅外傳感器成本的因素。 此次設(shè)計猶豫經(jīng)費和時間的限制，我選擇了一款價格低、靈敏度高（ 1 秒響應(yīng)）、距離可調(diào)（最遠(yuǎn)距離 7M）、延時可調(diào)的熱釋紅外傳感器。 我通過對探測距離的測試來減少通過紅外探測器對外界干擾的誤測。 當(dāng)感應(yīng)距離設(shè)置為最遠(yuǎn)距離（ 7M）時，降紅外探頭放置在離車輛 911M 時，可以感應(yīng)到車輛。這也跟氣溫有關(guān)，氣溫在 23 攝氏度以下時，探頭需要接近車輛一些，超過 10M 的距離靈敏度就不夠了。而當(dāng)氣溫高于 23攝氏度時，探頭則可以放置的更遠(yuǎn)一些。 設(shè)計（論文）專用紙 這也許就是目前只能交通中 很少使用紅外傳感的一個重要原因，天氣變化無常，而紅外探頭不可能隨時改變位置（目前使用更多的車輛感應(yīng)為地感線圈，壓力傳感，不受天氣變化影響）！而使用紅外感應(yīng)的也不是熱釋電紅外，是紅外線發(fā)射和接受裝置（目前駕駛執(zhí)照考試中，就用紅外線發(fā)射和接收來進(jìn)行測量）。 對于此次設(shè)計，在我經(jīng)過多次實驗后，基本能達(dá)到監(jiān)測車流量的預(yù)期目標(biāo)。即將熱釋紅外探頭放置在距離車輛 10M 的距離，當(dāng)車輛經(jīng)過時， 基本可以完成車流量計數(shù)。 三、元器件及設(shè)備選型 紅外傳感信號處理器 特點 （ 1） CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻?路 。 （ 2） 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(jìn)行信號與處理。 （ 3） 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。 （ 4） 內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬 。 （ 5） 內(nèi)置參考電壓。 （ 6） 工作電壓范圍 +3V— +5V。 （ 7） 采用 16腳 DIP封裝。 設(shè)計（論文）專用紙 圖 6 BISS0001 紅外傳感信號處理器 工作原理 圖 7 為 BIS0001紅外傳感器信號處理器的原理框圖。外界元件由使用者根據(jù)需要選擇。由圖可見 BISS0001 時有運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時 器、封鎖時間定時器即參考電壓等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰？蓮V泛應(yīng)用于多種傳感器和延時控制器。 圖 7 BISS0001紅外傳感器信號處理器的原理框圖 各引腳的定義和功能如下： VDD— 工作電源正端。范圍為 3~5V。 設(shè)計（論文）專用紙 Vss— 工作電源負(fù)端。一般接 0V。 IB— 運算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng) RB 接 VSS 端， RB 取值為 1MΩ 左右。 11N— 第一級運放放大器的反相輸入端。 11N+— 第一級運放放大器的同相輸入端。 1oUT— 第一級運算放大器的輸出端。 2IN— 第二級運算放大器的反相輸出端。 2OUT— 第二級 運算放大器的輸出端。 Vc— 觸發(fā)禁止端。當(dāng) Vc＜ VR 時禁止觸發(fā)；當(dāng) VC＞ VR 時允許觸發(fā)。 VR≈ 。 VRF— 參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接 VDD。接 “0” 時可使定時器復(fù)位。 A— 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng) A=“1” 時，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng) A=“0” 時，不可重復(fù)觸發(fā)。 Vo— 控制信號輸出端。由 Vs 上跳邊沿觸發(fā)使 Vo 從低電平跳變到高電平時為有效觸發(fā)。 在輸出延時間 Tx 之外和無 Vs 上跳變時 Vo 為低電平狀態(tài)。 RR1RC1— 輸出延遲時間 Tx 的調(diào)節(jié)端。 Tx≈ 49152R1C1。 RR2RC2— 觸發(fā)封銷時間 Ti 的調(diào)節(jié)端。 Tx≈ 24R2C2。 圖 8 所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的各點波形，說明 BISS0001 的工作過程。 設(shè)計（論文）專用紙 圖 8 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點的波形 首先，由使用者根據(jù)實際需要，利用運算放大器 OP1 組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器 OP2，再進(jìn)行第二級放大，同時將直流電位抬高位 VM（≈ ）后，送到有比較器 COP1 和 COP2 組成的雙向鑒幅器，剪除有效觸發(fā)信號 Vs。由于 VH≈ VDD、 VL≈ VDD，所以，當(dāng) VDD=5V 時，可有效 地抑制177。 1V 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 COP3 是一個條件比較器。輸入電壓 Vc＜ VR（≈ VDD）時， COP3 輸出為低電平封住了與門 U2，禁止觸發(fā)信號 Vs 向下級傳遞；而當(dāng) VC＞ VR 時，COP3 輸出為高電平，打開與門 U2，此時若有觸發(fā)信號 Vs 的上跳邊沿來到，則可啟用延時時間定時器，同時 Vo 端輸出為高電平，進(jìn)入延時周期。當(dāng) A 端接“ 0”電平時，Tx 時間結(jié)束時， Vo 下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進(jìn)入封鎖周期 Ti。再Ti 周期內(nèi)，任何 V2 的變化都不能使 Vo 為有效狀態(tài)。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。 下面圖 9 所示可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點的波形，說明 BISS0001 在此狀態(tài)下的工 作過程。 設(shè)計（論文）專用紙 圖 9可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點的波形 在 Vc=“ 0”、 A=“ 0”期間， Vs 不能觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)。在 Vc=“ 1”、 A=“ 1”時，Vs 可重復(fù)觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)，并在 Tx 周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在 Tx 時間內(nèi)，只要有 Vs 得上跳變，則 Vo 將從 Vs 上跳變時刻算起繼續(xù)延長一個 Tx 周期；若 Vs 保持為“ 1”狀態(tài)，則 Vo 一直保持有效狀態(tài)；若 Vs 保持為“ 0” 狀態(tài)，則在 Tx 周期結(jié)束后 Vo 恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且在封鎖時間 Ti時間內(nèi)，任何 Vs 的變化都不能觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)。 電氣參數(shù) 極限參數(shù)（ Vss=0V） 電源電壓： ~6V 輸入電壓范圍： ~+6V（ VDD=6V） 隔引出斷最大電流：177。 10mA（ VDD=5V） 工作溫度： 10℃ ~+70℃ 設(shè)計（論文）專用紙 存放溫度： 65℃ ~+150℃ 電參數(shù)（ TA=25℃ Vss=0V） DYPME003 圖 10 熱釋紅外感應(yīng)模塊 特點 菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在 1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)。 圖 11 菲涅爾透鏡 設(shè)計（論文）專用紙 菲涅爾透鏡的在很多時候相當(dāng)于紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通 的凸透鏡低很多。 菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。 （ 1） 全自動感應(yīng) :車輛 進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平， 車輛 離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。 （ 2） 光敏控制：可設(shè)置光敏控制，白天或光線強時不感應(yīng)。 （ 3） 溫度補償：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至 30～ 32℃ ，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。 （ 4） 兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇） :即感應(yīng)輸出高電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖剑? ：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有 車輛 在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到 車輛 離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測到 車輛 的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點 )。 （ 5） 具有感應(yīng)封鎖時間 (默認(rèn)設(shè)置 : 封鎖時間 )：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何 感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn) “ 感應(yīng)輸出時間 ” 和 “ 封鎖時間 ” 兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設(shè)置在零點幾秒 — 幾十秒鐘 )。 （ 6） 工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 。 設(shè)計（論文）專用紙 工作原理 （ 1） 感應(yīng)模塊通電后有一分鐘左右的初始化時間，在此期間模塊會間隔地輸出 03 次，一分鐘后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 （ 2） 應(yīng)盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡，以免引進(jìn)干擾信號產(chǎn)生誤動作；使用環(huán)境盡量避免流動的風(fēng)，風(fēng)也會對感應(yīng)器造成干擾。 （ 3） 感應(yīng)模塊采 用雙元探頭，探頭的窗口為長方形，雙元（ A 元 B 元）位于較長方向的兩端，當(dāng) 車輛 從左到右或從右到左走過時 ,紅外光譜到達(dá)雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當(dāng) 車輛 從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時應(yīng)使探頭雙元的方向與 活動 活動最多的方向盡量相平行，保證 車輛 經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應(yīng)。為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應(yīng)，但左右兩側(cè)仍然比上下兩個方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強，安裝時仍須盡量按以 上要求。 距離調(diào)節(jié) 延時調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)距離電位器順時針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)距離增大（約 7米），反之，感應(yīng)距離減?。s 3米）。調(diào)節(jié)延時電位器順時針旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)延時加長（約 300S），反之，感應(yīng)延時減短（約 5S） 。 電氣 參數(shù) 工作電壓范圍： DC 靜態(tài)電流： 50uA 電平輸出： 高 V /低 0V 觸發(fā)方式： L不可重復(fù)觸發(fā) /H 重復(fù)觸發(fā) 延時時間： 5200S(可調(diào) )可制作范圍零點幾秒 幾十分鐘 封鎖時間： (默認(rèn) )可制作范圍零點幾秒 幾十秒 電路板外形尺寸： 32mm*24mm 感應(yīng)角度： 100 度錐角 感應(yīng)距離： 7米以內(nèi) 設(shè)計（論文）專用紙 工作溫度： 15+70 度 感應(yīng)透鏡尺寸： 直徑 :23mm(默認(rèn) ) LM393 LM393,LM393A， LM393D 由兩個獨立的電壓比較器構(gòu)成。它的電源可以由寬范圍的單個正電壓供電，也可以由正負(fù)兩個電壓供電。由于輸出是集電極開路，它可以和另外一個集電極開路的輸出構(gòu)成與 (AND)邏輯關(guān)系。 LM393 和 LM393A 的工作溫度范圍是 0176。C 到 70176。C 。工作電壓 2V ~ 36V 或者 177。 1 V ~ 177。18 V 。 4. 運算放大器 LM358 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 編號名稱 型號 數(shù)量 R1 電阻 47K 1 C10 電解電容 470u/25V 1 R2 電阻 1M 1 C11 瓷片 電容 1 R3 電阻 1K 1 VD1－ VD5 整流二極管 IN4001 5 R4 電阻 1 U 全橋 2A/50V 1 R R R R1 R1 R15 電阻 100K(R12 為線性微調(diào)電阻 ) 6 VT1 晶體三極管 90