【正文】 溫度傳感器具有遠(yuǎn)距離測(cè)量和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。 傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實(shí)例，美國(guó)某大學(xué)傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)量3個(gè)線速度、3個(gè)離心加速度（角速度）和3個(gè)角加速度。主要元件是由4個(gè)正確設(shè)計(jì)安裝在一個(gè)基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個(gè)正確布置在各個(gè)懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標(biāo)。 為同時(shí)測(cè)量幾種不同被測(cè)參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元件復(fù)合在一起，作成集成塊。例如一種溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器已經(jīng)研制成功。 把多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測(cè)量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)價(jià)，可反映出被測(cè)系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對(duì)固態(tài)傳感器帶來了許多新的機(jī)會(huì)，同時(shí)它也是多功能化的基礎(chǔ)。 傳感器與微處理機(jī)相結(jié)合，使之不僅具有檢測(cè)功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器?？梢哉f智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)將取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。 智能傳感器又叫靈巧（Smart）傳感器。這一概念最早是由美國(guó)宇航局在開發(fā)宇宙飛船過程中提出來的。飛船上天后需要知道其速度、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)。為使宇宙員能正常生活，需要控制艙內(nèi)的溫度、濕度、氣壓、加速度、空氣成分等。為了進(jìn)行科學(xué)考察，需要進(jìn)行各種測(cè)試工作。所有這些都需要大量的傳感器。眾多傳感器獲得的大量數(shù)據(jù)需要處理，顯然在飛船上安放大型電子計(jì)算機(jī)是不合適的。為了不丟失數(shù)據(jù)，又要降低費(fèi)用，提出了分散處理這些數(shù)據(jù)的方法。即傳感器獲得的數(shù)據(jù)自行處理，只送出必要的少量數(shù)據(jù)。由此可見，智能傳感器是電五官與微電腦的統(tǒng)一體，對(duì)外界信息具有檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、自診斷和自適應(yīng)能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器還具有與主機(jī)互相對(duì)話的功能，也可以自行選擇最佳方案。它還能將已獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、高精度傳13無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目錄1. 引言152. 熱釋電紅外傳感器概述16 PIR傳感器簡(jiǎn)單介紹16 PIR的原理特性17 PIR的組成部分17 熱釋電紅外傳感器的敏感元件和菲涅耳透鏡17 場(chǎng)效應(yīng)管18 PIR結(jié)構(gòu)特性及安裝20 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)22 AT89C51芯片的介紹234．檢測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)24 紅外光敏二極管警燈電路25 紅外線探測(cè)信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)26 系統(tǒng)概述28 總體設(shè)計(jì)28 系統(tǒng)硬件選擇29 硬件電路實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)29參考文獻(xiàn)36附錄總圖37人體防盜報(bào)警傳感器設(shè)計(jì)摘要：為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、紅外傳感器、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警電路。1. 引言 言 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。 本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。在自然界，任何高于絕對(duì)溫度（ 273度）時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。 在人體紅外防盜傳感器中有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長(zhǎng)為8~ 12um之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用，因此在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，因此，紅外探測(cè)器的紅外探測(cè)的基本概念就是感應(yīng)移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。另外一個(gè)器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè):一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)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(hào)，這樣PIR就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10微米左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10微米左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10微米左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。 4)人一旦侵入探測(cè)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)處理而報(bào)警。 5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不35無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。 被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是：◆容易受各種熱源、光源干擾 ◆被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 ◆易受射頻輻射的干擾。 ◆環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。 紅外線熱釋電傳感器的安裝要求： 紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2～。紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。紅外線熱釋電傳感器和被探測(cè)的人體之間不得間隔家具、大型盆景、玻璃、窗簾等其他物體。紅外線熱釋電傳感器不能直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。 紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。圖1 人體紅外防盜報(bào)警傳感器應(yīng)用圖2. 熱釋電紅外傳感器概述 PIR傳感器簡(jiǎn)單介紹熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)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(cè)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，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)覽測(cè)等。自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。它是目前在防盜報(bào)警、火災(zāi)檢測(cè)、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、 自動(dòng)照明。及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因?yàn)椋孩俦粶y(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；②大氣對(duì)22．6lLm、3—5lLm、8—141lm三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定波段的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測(cè)；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。 PIR的原理特性熱釋電型紅外傳感器件是根據(jù)某些強(qiáng)介電質(zhì)材料的熱釋電效應(yīng)而制成的一種新穎傳感器，所謂熱釋電效應(yīng)是強(qiáng)介電質(zhì)材料的表面溫度發(fā)生變化時(shí)，這些材料的表面就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化。這鐘現(xiàn)象在鈦酸鋇等強(qiáng)介電質(zhì)材料上表現(xiàn)尤為顯著，通常在這類晶體的上下表面設(shè)置電極，并在上表面加以黑色膜，如有紅外線間隙地照射，使其表面溫度發(fā)生變化，其晶體內(nèi)部的原子排列也隨發(fā)生變化，因而引發(fā)極化電荷，電極間就有相應(yīng)電壓輸出。熱釋電紅外線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)。圖2 釋熱紅外傳感器的外型圖和剖析圖 PIR的組成部分傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成：圖2 傳感器的組成框圖(1)敏感元件（Sensitive element）：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量確定關(guān)系的某一物理量的元件。(2)轉(zhuǎn)換元件（Transduction element）：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。(3)轉(zhuǎn)換電路（Transduction circuit）：上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。實(shí)際上，有些傳感器很簡(jiǎn)單，僅由一個(gè)敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電量。如熱電偶。 熱釋電紅外傳感器的敏感元件和菲涅耳透鏡其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的傳感器來說，敏感單元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由LiTaO3 制成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對(duì)的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個(gè)等效的小電容。因?yàn)檫@兩個(gè)小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，極化的結(jié)果是，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負(fù)電荷。但這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)之處，因而使得它具有獨(dú)特的抗干擾性。 當(dāng)傳感器沒有檢測(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由于PP2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負(fù)電荷，而這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負(fù)電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當(dāng)人體靜止在傳感器的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，照射到PP2上的紅外線光能能量相等，且達(dá)到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消。傳感器仍然沒有信號(hào)輸出。同理，