【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可分為 四 部分：第一部 分包含第一章至第二章 ；第二部分包含第3 章， 介紹紅外線模塊的三個(gè)部分，及反射型感應(yīng)模塊、對(duì)射型模塊和熱釋電紅外探測(cè)模塊；第三部分包含第四章至第六章給出我們?cè)O(shè)計(jì)的主題及利用 TX50C的工作原理設(shè)計(jì)的報(bào)警器； 第 四 部分包括第七章，是論文總結(jié)及未來(lái)相關(guān)展望。 本文的內(nèi)容 組織安排如下： 第一章 主要 寫中文摘要，還有畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題概述、任務(wù)要求及內(nèi)容、參數(shù) 要求。 第二章 介紹 講述論文的研究背景、 論文 研究目標(biāo) 以及章節(jié) 安排。 第三章的內(nèi)容包含了總體設(shè)計(jì)分析、方案的選擇與設(shè)計(jì)、紅外線的三個(gè)模塊簡(jiǎn)述及方案的確定。 第四章主要介紹了 對(duì)射型紅外線感應(yīng)模塊的原理分析、工作原理圖中的重要元器件的介紹。 第五章講述了電路的調(diào)試，及出現(xiàn)的問(wèn)題。 第六章介紹了本組實(shí)物的使用說(shuō)明。 第七章講述了我做本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心得體會(huì)及對(duì)指導(dǎo)老師的感謝之情。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 5 第 3 章 方案論證與設(shè)計(jì) 方案論述 紅外線模 塊主要包括反射型感應(yīng)模塊、對(duì)射型感應(yīng)模塊和熱釋電紅外探測(cè)模塊等。 反射型感應(yīng)模塊是一種集紅外線發(fā)射、接收功能于一體的集成組件，內(nèi)部包含了紅外線發(fā)射、接收及信號(hào)放大與處理，能夠以非接觸方式探測(cè)前方一定范圍內(nèi)的阻擋物，并轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)輸出。對(duì)射型感應(yīng)模塊分為獨(dú)立的發(fā)射模塊與接收模塊，發(fā)射模塊向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外光線，接收模塊收到有效信號(hào)時(shí)輸出控制信號(hào)。而熱釋電紅外探測(cè)模塊則不需要配置紅外線發(fā)射源，能直接接收人體或動(dòng)物等物體輻射的微量紅外光線將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制信號(hào)輸出。 紅外線對(duì)射模塊概述 紅外對(duì)射全名叫“主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器” (Active infrared intrusion detectors)，其基本的構(gòu)造包括發(fā)射端、接收端、光束強(qiáng)度指示燈、光學(xué)透鏡等。其偵測(cè)原理乃是利用經(jīng) LED 紅外光發(fā)射二極體發(fā)射的脈沖紅外線 ,再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠(yuǎn)距離 ,由受光器接受。當(dāng)紅外脈沖射束被遮斷時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)。紅外線是一種不可見(jiàn)光，而且會(huì)擴(kuò)散，投射出去之后，在起始路徑階段會(huì)形成圓錐體光束，隨著發(fā)射距離的增加，其理想強(qiáng)度與發(fā)射距離呈反平方衰減。當(dāng)物體越過(guò)其探測(cè)區(qū)域時(shí)，遮斷紅外射束而引發(fā)警 報(bào)。傳統(tǒng)型主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器，由于只有兩光束、三光束、四光束類型，常用于室外圍墻報(bào)警。主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器要選擇合適的觸發(fā)響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間太短容易引起不必要的干擾，如小鳥飛過(guò)，落葉飄過(guò)等引發(fā)誤報(bào)警；太長(zhǎng)則易形成漏報(bào)警。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—— 20xx 主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器規(guī)定≥ 40ms 為報(bào)警觸發(fā)時(shí)間，是鑒于傳統(tǒng)型主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器通常安裝在傳統(tǒng)造型墻頭的應(yīng)用條件。而針對(duì)于安裝在地面應(yīng)用條件，就必須以人員奔跑最高速度 10m/s，來(lái)確定最短遮光時(shí)間。若人的寬度為 20cm，則最短遮斷時(shí)間為 20ms。以≥ 20ms的阻斷為觸發(fā)報(bào)警，國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn) —— 20xx 主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器規(guī)定≤ 20ms 不得報(bào)警。目前，有部分廠家生產(chǎn)采用編碼調(diào)制技術(shù)，制造多光束遠(yuǎn)距離紅外線幕墻產(chǎn)品，主要應(yīng)用于湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 6 現(xiàn)代造型墻頂及地面等應(yīng)用條件。 紅外對(duì)射應(yīng)用于周邊防范的優(yōu)點(diǎn) 采用紅外波段的射束，人視覺(jué)不可見(jiàn)，具有隱蔽的防衛(wèi)方式：使入侵者在不知不覺(jué)中觸警。 傳統(tǒng)型主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器防范面低，易存在盲區(qū)或死角。多光束遠(yuǎn)距離紅外線幕墻產(chǎn)品不存在盲區(qū)和死角。 完備的防衛(wèi)能力：入侵者無(wú) 法以快速跳躍（能夠?qū)崿F(xiàn)≥ 20ms觸發(fā)報(bào)警的產(chǎn)品才具有此項(xiàng)功能）、匍伏或其它動(dòng)作通過(guò)隱形紅外防衛(wèi)射束網(wǎng)的防范 范圍。 良好的抗干擾特性：采用阻斷所有紅外脈沖編碼射束為報(bào)警觸發(fā)條件，當(dāng)昆蟲、落葉或小動(dòng)物等通過(guò)紅外防衛(wèi)射束網(wǎng)時(shí)，由于不能完全遮斷全部紅外脈沖編碼射束所以不會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警。 嚴(yán)密的防破壞能力：當(dāng)紅外接收端電源線或信號(hào)線被剪斷時(shí)，報(bào)警信號(hào)輸出電路將自動(dòng)輸出無(wú)線報(bào)警信號(hào)。 可全天侯工作。 紅外對(duì)射探測(cè)器 執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) —— 20xx 主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器“ 第探測(cè)距離 b)室外用：主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的最大射束距離應(yīng)是制造廠規(guī)定的探測(cè)距離的 6倍以上”的規(guī)定，以抗御雨、霧、霾、強(qiáng)烈水蒸氣、強(qiáng)烈陽(yáng)光對(duì)于射束的衰減，抗御大風(fēng)（特別是側(cè)向大風(fēng)）吹而引起射束的偏移等不良天氣及氣象條件干擾。 紅外對(duì)射的分類： 雙光束紅外對(duì)射 型號(hào) 規(guī)格 ABT40 雙光束室外探測(cè)距 40 米 ABT60 雙光束室外探測(cè)距離 60米 ABT80 雙光束室外探測(cè)距離 80米 ABT100 雙 光束室外探測(cè)距離 100 米 三光束紅外對(duì)射 型號(hào) 規(guī)格 ABE50 三光束室外探測(cè)距離 50米 ABE100 三光束室外探測(cè)距離 100 米 ABE150 三光束室外探測(cè)距離 150 米 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 7 ABE200 三光束室外探測(cè)距離 200 米 ABE250 三光束室外探測(cè)距離 250 米 四光束紅外對(duì)射 型號(hào) 規(guī)格 ABH50L 四光束室外探測(cè)距離 50 米 ABH100L 四光束室外探測(cè)距離 100 米 ABH150L 四光束室外探測(cè)距離 150 米 ABH200L 四光束室外探測(cè)距離 200 米 ABH250L 四光束室外探測(cè)距離 250 米 紅外反射模塊 紅外線反射型檢測(cè)傳感器 反射型紅外線感應(yīng)模塊，它們可廣泛用于各種自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)控制等裝置中，如：行程限位器、光電計(jì)數(shù)器、接近式照明開關(guān)、自動(dòng)干手器、自控水龍頭、感應(yīng)門鈴及倒車告警電路等 TX05D 反射型紅外線感應(yīng)模塊，實(shí)質(zhì)上是一種集紅外線發(fā)射、接收功能于一體的集成組件，內(nèi)部包含了紅外線發(fā)射、接收及信號(hào)放大與處理等全部電路，能夠以非接觸方式探測(cè)前方一定范圍內(nèi)有無(wú)阻擋物，并轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)輸出。 模塊全部元器件均裝焊在一塊印制 電路板上，然后封裝在體積為 3217mm的塑殼內(nèi) (不包括安裝支架的尺寸 )，模塊外形見(jiàn)圖 。 圖 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 8 在塑殼的前側(cè)面安裝有紅外發(fā)射管與紅外接收管，在旁側(cè)面有一只 LED 工作指示燈和一個(gè)靈敏度調(diào)節(jié)孔， LED 用來(lái)指示模塊的工作狀態(tài)，平時(shí)指示燈熄滅，一旦有反射阻擋物時(shí)，指示燈發(fā)光。調(diào)節(jié)孔內(nèi)有一只微調(diào)電位器，可調(diào)節(jié)反射探測(cè)靈敏度，順時(shí)針調(diào)節(jié)可加大探測(cè)距離，逆時(shí)針調(diào)節(jié)則減小探測(cè)距離。此外模塊的探測(cè)距離還與工作電壓高低有關(guān)，電壓高探測(cè)距離遠(yuǎn)，反之則近。 圖 是一個(gè)實(shí)用的紅外反 射報(bào)警器，可用于多種場(chǎng)合，如高壓有電危險(xiǎn)區(qū)域或其他禁止行人通行或接近的地方等，一旦有人靠近它就發(fā)出響亮的報(bào)警聲。報(bào)警器主要由 TX05D 模塊 ICl、 NE555 時(shí)基電路 IC警燈、警鈴及電源電路等部分組成。 圖 電源電路主要由變壓器 T 降壓、二極管 VD2～ VD5 橋式整流、三端穩(wěn)壓集成電路 IC3 和電容 C C6 濾波組成，接通電源后， IC3 輸出 12V 穩(wěn)定直流電壓供模塊 ICl用電，時(shí)基電路 IC2 則直接取用整流后的 15V 左右的直流電壓。平時(shí)，ICl前方無(wú)物體阻擋時(shí)，模塊 ICl輸出端 0UT 無(wú)信 號(hào)輸出，三極管 VT截止。時(shí)基電路 IC2 接成定時(shí)工作模式，因 C3 已充滿電荷， IC2 的 6 腳為高電平， IC2處于復(fù)位狀態(tài)，輸出端 3 腳為低電平，繼電器 K 不動(dòng)作，觸點(diǎn) K1 打開，警鈴與警燈均不工作，報(bào)警器處于靜止守候狀態(tài)。 當(dāng)模塊 ICl前方有人走近時(shí)， ICl發(fā)射的紅外線將被部分反射回來(lái)并被 ICl內(nèi)紅外接收管收到，經(jīng)模塊內(nèi)部電路放大處理后，輸出端 OUT 突變?yōu)楦唠娖?，?jīng) R C C2 平滑使 VT 導(dǎo)通，一方面使時(shí)基電路的觸發(fā)端 2 腳為低電平， IC2 立即置位，輸出端 3 腳突變?yōu)楦唠娖剑^電器 K 吸合，觸點(diǎn) K1 閉合， 220V交流警鈴?fù)姲l(fā)聲報(bào)警，同時(shí)警燈 EL 發(fā)光，可照亮“請(qǐng)勿靠近 !”等警示牌。另一方面 VT 導(dǎo)通使得 C3 所充電荷得以泄放。當(dāng)人離開后， ICl的 OUT 端恢復(fù)低電平， VT1 截止，此時(shí)正電源就通過(guò) RP、 R2 向 C3 充電，經(jīng) t=(R0+R2) C3延遲后，時(shí)基電路 IC2 翻回復(fù)位態(tài)， 3 腳恢復(fù)低電平，繼電器 K 釋放，警鈴?fù)Ｖ拱l(fā)聲， EL 熄滅。若之后又有人靠近監(jiān)控區(qū)，電路又發(fā)聲、發(fā)光報(bào)警。 電路被觸發(fā)報(bào)警的時(shí)間長(zhǎng)短可通過(guò)電位器 RP 進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同場(chǎng)合的需要。 K 可選用 JZC32F、 DCl2V 小型中功率電 磁繼電器，其觸點(diǎn)容量為 3 A、AC250V。警燈 EL 可選用 40W～ 100W 白熾燈泡。警鈴應(yīng)選用交流 220V 供電的電鈴。其他元器件無(wú)特殊要求。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 9 熱釋電紅外探測(cè)模塊 熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)介 : 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)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(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了 提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊 光學(xué)系統(tǒng) 的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大 70分貝以上，這樣就可以測(cè)出 10~20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以 提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 9~10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在~20um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。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(guò)光的波長(zhǎng)范圍為 7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)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(cè)人體輻射的 紅外線傳感器 。 方案確定 經(jīng)過(guò)課題研究組員的討論，本課題設(shè)計(jì)的是 介紹一種采用 TX05C 新型紅外線對(duì)射感應(yīng)模塊制作而成的門窗防盜報(bào)警器。由于它是利用人眼不可見(jiàn)的紅外線，組成無(wú)線監(jiān)視區(qū)域，所以 具有極強(qiáng)的保密性和可靠性，只要有人進(jìn)人監(jiān)視區(qū)域，人體勢(shì)必會(huì)遮擋紅外線光 ， 這時(shí)電路就會(huì)發(fā)出響亮的報(bào)警聲，以引起值班人員的注意。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 10 第 4 章 紅外對(duì)射的 硬件 電路的主體介紹 TX05C原理分析 對(duì)射型紅 外線感應(yīng)模塊，可廣泛用于各種自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)控制等裝置中，如門窗及各種人行通道的報(bào)警系統(tǒng)、流水線的自動(dòng)控制、量值的統(tǒng)計(jì)等。 圖 TX05C 是一種對(duì)射型紅外感應(yīng)專用模塊。該模塊分 TX05C— T 與TX05C— R 兩個(gè)獨(dú)立的紅外發(fā)射與紅外接收模塊。兩模塊的外形尺寸相同，均為3 2mm 64mm 17mm。模塊的外形見(jiàn)圖 1，發(fā)射模塊內(nèi)部由電源管理器件、密碼 IC、紅外調(diào)制電路和中功率紅外發(fā)射管等組成，通電后正前方透鏡小孔即向外發(fā)射經(jīng)密碼調(diào)制的紅外光線，其內(nèi)電路框圖見(jiàn)圖 。模塊后面有發(fā) 射指示燈和電源引線，電源線采用屏蔽線連接，芯線為電源正極 VDD，屏蔽皮層為電源負(fù)極。接收模塊內(nèi)部設(shè)有 5 V 穩(wěn)壓源、紅外接收放大、解調(diào)及處理電路，內(nèi)電路框圖見(jiàn)圖 。模塊正前方的小孔為紅外接收窗，在內(nèi)部?jī)蓚?cè)面各設(shè)置有狀態(tài)指示燈。當(dāng)模塊未接收到有效信號(hào)時(shí)，紅色指示燈亮；收到信號(hào)時(shí)，綠色指示燈亮。輸出線為雙芯屏蔽線，紅色芯線為電源正極線 Vmm 白色芯線為信號(hào)輸出端OUT，屏蔽