【正文】 圖 27 仿真流程圖 結(jié)束 創(chuàng)建項(xiàng)目 新建 Sch 文件 繪制原理圖 修改元器件參數(shù) 電器規(guī)則檢查 建立 Spice 網(wǎng)絡(luò)表 仿真 開(kāi)始 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 繪制原理圖 要想在 Protel 中實(shí)現(xiàn)仿真，則繪制原理圖時(shí)應(yīng)該選擇定義了仿真特性的元器件及芯片。 Protel 99SE 共分為 5 個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)， PCB 設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析），自動(dòng)布線(xiàn)器，原理圖混合信號(hào)仿真， PLD 設(shè)計(jì)。同時(shí) C1 經(jīng)二極管向 Q2 放電， R 回復(fù)低電平。 圖 26 設(shè)計(jì)方案電路圖 無(wú)人進(jìn)出時(shí) ， 傳感器無(wú)感應(yīng)信號(hào)輸出 ， 觸發(fā)器 D1 輸出低電平使 H2 的輸出信號(hào)被封鎖 ，觸發(fā)器 D2 輸出低電平使揚(yáng)聲器不會(huì)發(fā)聲，整個(gè)電路處于等待狀態(tài)。一旦控制模塊輸出高電平， KD5603 的觸發(fā)端 TRIG 受高電平觸發(fā)，芯片內(nèi)部輸出儲(chǔ)存的語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)三極管放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 發(fā)聲模塊 發(fā)聲模塊的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，如圖 25 所示。 這里如果不使用 H2 控制 D1，將 D1 如同 D2 一樣始終接至高電平，則當(dāng)連續(xù)有顧客出門(mén)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)。 當(dāng)顧客離開(kāi)時(shí)，先經(jīng)過(guò) H2， H2 輸出高電平促使 D1 跳變?yōu)榈碗娖剑矣捎?Q1 的低電平封鎖與非門(mén)， H2 信號(hào)無(wú)法傳輸?shù)?CP2， Q2 狀態(tài)不變，后續(xù)電路無(wú)法工作。 C1 通過(guò)二極管向 Q2 放電， C1 兩端電壓降低使 R 恢復(fù)低電平。由于 Q1 輸出低電平， H2 的輸出無(wú)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 法通過(guò)與非門(mén)作用在 D2 脈沖端 CP2 上，即 H2 的探測(cè)信號(hào)被封鎖，即使 H2 輸出高電平，后續(xù)電路也無(wú)法接收到。 根據(jù)這些具體要求，電路設(shè)計(jì)如下圖 24 所示。圖中， D 與Q 相聯(lián)，使得 Qn+1= nQ 。之后將不斷重復(fù)上述工作過(guò)程 ， 形成多諧振蕩。在單穩(wěn)態(tài)工作方式中， Q 端的 0 態(tài)為穩(wěn)態(tài)，而 1 態(tài)稱(chēng)為暫穩(wěn)態(tài)， tw為暫穩(wěn)態(tài)寬度，由 R1 和 C1 決定： tw=。由圖可見(jiàn) ， 在 時(shí)鐘脈沖 作用后（即上升沿）， D 端數(shù)被鎖存到 Q 端。后兩種情況無(wú)需時(shí)鐘脈沖和數(shù)據(jù)端配合。 CD4013的管腳排列如圖 15所示 ， 內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的 D觸發(fā)器 FF1和 FF2。因?yàn)榘l(fā)聲模塊正常工作需要一定的時(shí)間，而非一個(gè)瞬時(shí)脈沖，故要求控制模塊輸出的高電平能持續(xù)一段時(shí)間。有人進(jìn)入時(shí)，必然先經(jīng)過(guò) H1， 在經(jīng)過(guò) H2；而出門(mén)也必然先經(jīng)過(guò) H2，再經(jīng)過(guò) H1。 電路設(shè)計(jì) 由于 HN911 將熱釋電紅外傳感器的后續(xù)信號(hào)處理電路全部集成，輸出信號(hào)即為可用信號(hào)，因此對(duì)于本設(shè)計(jì)的紅外探測(cè)模塊可以直接由 HN911 構(gòu)成，而不需要接任何外部電路。 圖 13 HN911模塊內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 HN911模塊內(nèi)放大器具有溫度補(bǔ)償功能。動(dòng)態(tài)時(shí)，即有移動(dòng)發(fā)熱物體進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)，傳感器接收到紅外輻射能量，輸出幅度約 1mV、頻率 ～ 7Hz的微弱信號(hào)。10% DC 6V177。它具有靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，耐低溫以及使用方便的特點(diǎn)。如果使用獨(dú)立元器件 完成信號(hào)處理的各項(xiàng)功能會(huì)比較復(fù)雜。 圖 12 系統(tǒng)模塊圖 紅外探測(cè)模塊 紅外探測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能是將感應(yīng)到的人體紅外線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可用的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)。 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)模塊 本 設(shè)計(jì)方案 可 分為 4 個(gè)模塊：紅外探測(cè)模塊，控制模塊，發(fā)聲模塊，供電模塊。 芯片各引腳的功能分別為： （ 1） VDD 和 VSS 分別是電源正端和負(fù)端，一般工作電壓范圍是 ～ ； （ 2） e、 b、 c 三焊孔用來(lái)焊接外接功放三極管； （ 3） OSC 是外接振蕩電阻端，振蕩電阻應(yīng)接于 OSC 和 VDD 端間。 根據(jù)音樂(lè)輸出的 特點(diǎn)我們將音樂(lè)電路分為以下幾類(lèi)：?jiǎn)吻?、?fù)音、音樂(lè)帶閃燈、唱歌。 （ 5）最高觸發(fā)頻率 fcmax 觸發(fā)器所能響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖 CP 最高頻率， fcmax = 1/Tcmin 。這項(xiàng)特性在高速移位寄存器或計(jì)數(shù)器中是十分重要的。 （ 1）建立時(shí)間 tSU 輸入信號(hào) D 的變化會(huì)引起觸發(fā)器輸入電路的一系列變化，它必須在時(shí)鐘信號(hào) CP 的上升沿（對(duì)上升沿觸發(fā)的觸發(fā)器而言）到來(lái)之前的某一時(shí)刻跳變到某一邏輯電平并保持不變，以保證與信號(hào) D 相關(guān)的電路建立起穩(wěn)定的狀態(tài)，使觸發(fā)器狀態(tài)得到正確的轉(zhuǎn)換。 雖然維持阻塞 D 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與主從觸發(fā)器的完全不同，但這兩個(gè)電路所實(shí)現(xiàn)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 的邏輯功能是完全相同的，都是在 CP 脈沖上升沿到來(lái)后瞬間轉(zhuǎn)換輸出狀態(tài)，將輸入信號(hào)D 傳遞到 Q 端并保持下去。在 Q=1 時(shí) ， Q2=0，則將 G1 和 G3 封鎖。同時(shí)， Q2 和 Q3 的反饋信號(hào)分別將 G1 和 G4 兩個(gè)門(mén)打開(kāi)，使 Q4=D ， Q1= 4Q =D， D 信號(hào)進(jìn)入觸發(fā)器，為觸發(fā)器狀態(tài)刷新做好準(zhǔn)備。它反映了觸發(fā) 器在時(shí)鐘信號(hào)作用后的狀態(tài)與此前輸入信號(hào) D的關(guān)系。若 Q? =0，經(jīng) TG3 傳送給 G3的輸入端，于是 Q =0， Q=1。例如， D 為 1 時(shí)，經(jīng) TG1 傳到 G1的輸入端，使 Q? =0， Q′=1。 主從觸發(fā)器 將兩個(gè) D 鎖存器級(jí)聯(lián)，則構(gòu)成 CMOS 主從觸發(fā)器，如圖 8 所示。 D 觸發(fā)器是最常用的觸發(fā)器之一。 CP 信號(hào)使觸發(fā)器只在特定時(shí)刻才按輸入信號(hào)改變輸出狀態(tài)。如圖 7 所示。在熱釋電紅外傳感器應(yīng)用中，菲涅爾透鏡的主要作用是聚焦作用。如果你拿一個(gè)看看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在每個(gè) PIR 上都有個(gè)塑料的小帽子，這就是菲涅爾透鏡。如圖 5 所示。從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線(xiàn)。菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾（ Augustin 其缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源及射頻輻射的干擾；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；當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度下降，有時(shí)還會(huì)短時(shí)失靈 [8]。雙敏感元熱釋電傳感器配合菲涅 爾 光學(xué)透鏡使用時(shí)，輸出信號(hào)波形電壓峰峰值約為 1mV， 頻率可由下列公式計(jì)算： Ls2 fVf bb ??? ?? （ 1） 其中： f 是輸出信號(hào)頻率 （ Hz） ， Vb 是人體移動(dòng)速度 （ m/s） ， fb 是光學(xué)系 統(tǒng)焦距（ mm），s 是傳感器敏感元的面積 （ mm2） ， L 是人體離傳感器距離 （ m） 。常見(jiàn)的熱釋電紅外傳感器外形及各引腳功能如圖 3 所示。 上文圖 2 就 是雙元型元件。由于表面電荷的變化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)部電荷的變化速度，內(nèi)、外層電荷會(huì)出現(xiàn)“失步”現(xiàn)象，即在表面電荷重新達(dá)到平衡的短暫時(shí)間內(nèi)，將出現(xiàn)獨(dú)立的電荷。菲涅爾透鏡一般固定在紅外傳感器正前方 1～ 5cm 的地方。 我們一般口中所述的紅外探頭中有兩個(gè)關(guān)鍵性的器件： 一個(gè)是熱釋電紅外傳感器。不過(guò)由于角度不同，兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電能量也不同，不能抵消，經(jīng)處理電路處理后輸出控制信號(hào)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 1 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu) 圖 2 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路 光學(xué)濾鏡的主要作用是只允許波長(zhǎng)在 10μm 左右的紅外線(xiàn)（人體發(fā)出的紅外線(xiàn)波長(zhǎng)）通過(guò)，而將燈光 、太陽(yáng)光及其他輻射濾除掉，以抑制外界干擾。 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 眾所周知，只要物體本身溫度高于熱力學(xué)溫度 0 K（約 273℃），則都會(huì)發(fā)射出相當(dāng)于某一個(gè)溫度的輻射線(xiàn)，人體都有恒定的體溫，一般 為 37℃ ，所以會(huì)從人體表面輻射出波長(zhǎng)約為 10μm 的紅外線(xiàn)。實(shí)踐證明，溫度愈低的物體輻射的紅外 線(xiàn)波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，人體表面輻射出波長(zhǎng)約為 10μm。而且熱釋電器件響應(yīng)也很快，應(yīng)用又方便。前者利用光電效應(yīng)工作，響應(yīng)速度快，檢 測(cè)特性好。近些年日本奮起直追，迎頭趕上。特別是陶瓷熱釋電材料，不但有良好的熱釋電特性，而且可以大批量生產(chǎn)，成本低。 熱釋電器件是利用某些材料的熱釋電效應(yīng)制成的紅外檢測(cè)元件。再根據(jù)單波束和多波束 PIR 的比較，綜合考慮， 決定使用被動(dòng)式多波束型紅外傳感器。 只要在防護(hù)范圍內(nèi)，無(wú)論從哪個(gè)方向 進(jìn)入 都會(huì)觸發(fā) 電路 ，在銀行營(yíng)業(yè)大廳，商場(chǎng)的公共活動(dòng)區(qū)等空間較大的地方得到廣泛使用。所有透鏡都向內(nèi)部設(shè)置的熱釋電器件聚焦，因此靈敏度較高，只要有人在透鏡視場(chǎng)內(nèi)走動(dòng)就會(huì) 輸出有效信號(hào) 。下邊透鏡較少，一是因?yàn)槿梭w下部紅外輻射較弱，二是為防止地面小動(dòng)物紅外輻射干擾。這種透鏡是用特殊塑料一次成型，若干個(gè)小透鏡排列在一個(gè)弧面上。這種方式的 傳感 器境界視場(chǎng)角較窄，一般在 5176。 被動(dòng)式紅外 傳感 器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱傳感器 （ 或稱(chēng)為紅外傳感器）等部分組成。 當(dāng)使用較多的 傳感 器進(jìn)行防范布局時(shí)應(yīng)該注意消除射束的交叉誤射 。主動(dòng)式 傳感 器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠(chǎng)倉(cāng)庫(kù)的門(mén)窗封鎖、購(gòu)物中心的通道封鎖、停車(chē)場(chǎng)的出口封鎖、家居的陽(yáng)臺(tái)封鎖等等。由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應(yīng)受地面震動(dòng)影響，而發(fā)生位移引起誤報(bào)，光學(xué)系統(tǒng)要保持清潔，注意維護(hù)保養(yǎng)。 （ 1）主動(dòng)式紅外傳感器 主動(dòng)紅外 傳感 器由紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)組成。 本文感應(yīng)式門(mén)鈴用到的感應(yīng)技術(shù)主要是紅外感應(yīng)，而紅外感應(yīng)技術(shù)就需要用到紅外傳感器。通過(guò)研究設(shè)計(jì)感應(yīng)式門(mén)鈴，熟悉感應(yīng)探測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用，為以后的科研和制作積累經(jīng)驗(yàn)。紅外感應(yīng)式門(mén)鈴性能卓越，節(jié)能易用，靈敏度強(qiáng)，更適合市場(chǎng)的需要，更貼近消費(fèi)者的生活內(nèi)容，辦公寫(xiě)字樓、家居、商店、工廠(chǎng)等各種場(chǎng)合均可使用，帶來(lái)方便之余，更帶來(lái)意想不到的快樂(lè)和安全感。常見(jiàn)紅外感應(yīng)式門(mén)鈴使用熱釋電紅外傳感器，本身不發(fā)射任何信號(hào)，當(dāng)接收到人體輻射的特定紅外線(xiàn)中心波長(zhǎng)信號(hào)時(shí)，才會(huì)觸發(fā)電路。 感應(yīng)式門(mén)鈴的研究主要是集中在如何使其感應(yīng)更靈敏，感應(yīng)更準(zhǔn)確，功能更完善，價(jià)格更低廉等方面，目的就是讓感應(yīng)式門(mén)鈴在各種應(yīng)用場(chǎng)合中完美地起到迎賓、醒主和防盜報(bào)警作用。門(mén)鈴的作用也由單向的提示主人發(fā)展為雙向的既可提醒主人又可歡迎客人（即賓客也可以聽(tīng)到悅耳的音樂(lè)或歡迎語(yǔ)音），既可迎賓又可防盜報(bào)警。 D flipflop 。 本文特色在于：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理易懂，容易制作，并有一定的功能拓展性。設(shè)計(jì)完成后使用 Protel 對(duì)其作了仿真，結(jié)果較為理想，外界干擾不大的情況下基本不會(huì)誤報(bào)，但揚(yáng)聲器發(fā)聲的持續(xù)時(shí)間較理論值稍短 秒，誤差 9%，但不影響電路工作。 第 15 周 : 準(zhǔn)備論文答辯。 第 4－ 6 周：根據(jù)論文要求，搭建模塊，設(shè)計(jì)出一種可行性方案。這里使用的音樂(lè)芯片，可以選用動(dòng)聽(tīng)的樂(lè)曲，也可以使用 “ 歡迎光臨 ” 等語(yǔ)音芯片。 在探測(cè)模塊，預(yù)選用熱釋電紅外探測(cè)模塊，只對(duì)人體發(fā)出的特定紅外波長(zhǎng)有感應(yīng)效果，屏蔽了其他外界影響引起的誤報(bào)。 （ 3）根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案，完成電路仿真。 基本內(nèi)容和技術(shù)方案 基本內(nèi)容： （ 1）了解紅外感應(yīng)探測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)掌握熱釋電紅外傳感器的原理，掌握常用邏輯芯片及獨(dú)立元器件的應(yīng)用情況，熟悉常見(jiàn)紅外感應(yīng)器件的性能參數(shù)。一個(gè)完整的紅外探測(cè)器包括紅外敏感元件、紅外輻射入射窗口、外殼、電極引出線(xiàn)以及按需要而加的場(chǎng)鏡、 浸沒(méi)透鏡、濾光片等。性能卓越，節(jié)能易用，靈敏度強(qiáng)，更適合市場(chǎng)的需要，更貼近消費(fèi)者的生活內(nèi)容，辦公寫(xiě)字樓、家居、商店、工廠(chǎng)等各種場(chǎng)合均可使用，帶來(lái)方便之余，更帶來(lái)意想不到的快樂(lè)和安全感。常見(jiàn)紅外感應(yīng)式門(mén)鈴使用紅外熱釋電傳感器，本身不發(fā)射任何信號(hào)，當(dāng)接收到人體輻射的特定紅外線(xiàn)中心波長(zhǎng)信號(hào)時(shí)，才會(huì)觸發(fā)電路。感應(yīng)門(mén)鈴的前身是電子防盜報(bào)警器；事先人們用它來(lái)防盜的，但后來(lái)因?yàn)殡娮臃辣I報(bào)警器發(fā)出的聲音是刺耳的報(bào)警聲，對(duì)進(jìn)店的顧客產(chǎn)生消極的影響，后來(lái)演變成比較悅耳的聲音，特別是：叮咚聲，您好，歡迎光臨等音效備受用戶(hù)的青睞，顧客一進(jìn)門(mén)就報(bào)出歡迎語(yǔ)音，起到了禮貌問(wèn)候，從而做到提醒店員有人進(jìn)店和迎賓的兩重作用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，門(mén)鈴也已經(jīng)不單純作為居家提醒來(lái)客的工具了。 5. 完成不少于 15000 字的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。 要求完成的主要任務(wù)： 1. 查閱不少于 15 篇的 相關(guān)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于 3 篇，完成開(kāi)題報(bào)告。 本學(xué)位論文屬于 保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書(shū) 不保密囗 。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 “√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 設(shè)計(jì)（論文）題目： 感應(yīng)式門(mén)鈴的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 了解感應(yīng)技術(shù)的原理及應(yīng)用，重點(diǎn)掌握紅外感應(yīng)技術(shù)的原理。 2. 充分掌握設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用的原理，并熟悉電路元件的性能參數(shù)。 必讀參考資料： [1] 康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）．高等教育出版社． 2021 [2] 湯姆善于創(chuàng)新的人 類(lèi)會(huì)去思考，門(mén)鈴是否可以用來(lái)提醒主賓雙方，是