【正文】 ） 紅外人體報警器的設(shè)計 22 1OUT11IN21IN+3VCC42IN+52IN62OUT73OUT83IN93IN+10GND114IN+124IN134OUT14 圖 511：傳感器引腳圖 該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。 2. 傳感器的集成運放 傳感器器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。 圖 57：紅外傳感器感應方向 圖 58：紅外傳感器實物 圖 59：傳感器 引腳說明圖 510：內(nèi)部功能圖 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 21 傳感器的基片材料是硅材料，采用的是 T05 封裝，尺寸參數(shù)為： 1. 靈敏元面積為： Gap Dual，雙元 2. 基片厚度為： 3. 窗口尺寸為： 4. 工作波長為： 5～ 14um 5. 平均過透率為： 75％ 6. 輸出信號為： 7. 靈敏度為： 3300V/W 8. 探測率為： 108cmHz1/2/W 9. 噪聲（ Vpp）為： 200mV (25℃ ) 10. 平度度為： 20％ 11. 工作電壓為： ～ 15V 12. 工作電流為： ～ 24uA(25℃ ) 13. 原極電壓為： ～ (25℃ ) 14. 工作溫度為： 20℃ ～ +70℃ 15. 保存溫度為： 30℃～ +80℃ 16. 視場為：邊緣角 55176。常見的引腳位置如圖 59。 如果只看實物可能分不出紅外傳感器的引腳，常用的紅外傳感器金屬裝封的，有個窗口，接地的引腳是和外殼相通的，這較好分別，另外兩個引腳與地引腳電阻都很大，很難分別。紅外線傳感器對于徑向移動反應最不敏感 ,而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向 )移動則最為敏感。 圖 56 報警效果圖 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 20 電路的制作與調(diào)試 元件介紹 1. 紅外傳感器 紅外傳感器實物如圖 57 所示。 圖 54：未采集到信號 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 19 紅外線熱釋電傳感器采集到信號 (即開關(guān)閉合 )后，表示有人闖入即發(fā)出報警信號，其仿真效果如圖 55 所示。 圖 53：電源電路仿真 紅外線熱釋電傳感器未采集到信號時 (即開關(guān)斷開 )，表示情況正常。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 18 仿真與驗證 通過對電路的分析完成了電路的初步設(shè)計，但是也不能看見電路具體的設(shè)計功能，這時就需要對電路進行模擬仿真以觀察電路的性能參數(shù)，打開 multisim軟件在軟件里畫好仿真圖，點擊仿真按鈕，觀察電路的現(xiàn)象是否符合設(shè)計要求，如果不符合要求就要檢查仿真電路是否有錯，如果沒有錯誤就要考慮電路原理設(shè)計是否有誤，更改后在進行電路模擬仿真，重復以上步驟直到電路仿真與設(shè)計要求相符合。 （ 2）超強功能的、修改與編輯功能。 （ 3）自動布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：在系統(tǒng)包含一個基于形狀（ Shapebased）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn) PCB設(shè)計的自動化。 （ 2）印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱 PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱 PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。 1．電路設(shè)計部分 （ 1）電路原理設(shè)計部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計部分包括電路圖編輯器（簡稱 SCH 編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱 Schlib 編輯器）和各種文本編輯器。啟動圖標如圖 52 所示。 5．通過改進、整合設(shè)計流程 , 減少建模錯誤并縮短上市時間。 3．借助高級電路分析 , 理解基本設(shè)計特征。 Multisim仿真軟件的特點： 1．通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境 , 輕松設(shè)計電路。 Multisim 提煉了 SPICE 仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的 SPICE 技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計， 這也使其更適合電子學教育。啟動界面如圖51。無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 16 第五章 電路制作及調(diào)試 電路仿真 Multisim 仿真軟件介紹 Multisim 是美國國家儀器（ NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計工作。 C C C8 用于保證電路對高頻干擾信號有較強的衰減作用，對于低頻信號有較強的放大作用，當按圖中取值時，在～ 8Hz 的頻段內(nèi)具有較好的頻率響應曲線，以滿足對熱釋電傳感器輸出的放大要求。當人體在監(jiān)視范圍內(nèi)走動時， LED1 和 LED2 交替閃爍。因此，在靜態(tài)時， LED1 和 LED2 均不發(fā)光。 =2V 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 15 在傳感器無信號輸出時， A1 靜態(tài)輸出電壓為 ～ 1V之間； A2 在靜態(tài)時，由于同相端電位為 ，其直流輸出電平為 。 （ 42） =4704 倍，當傳感器產(chǎn)生一個幅度為 1mV 交流信號時， A2 的理論輸出值為 。傳感器的輸出信號加到運算放大器 A1 的同相端， A1 構(gòu)成同相輸入式放大電路，其放大倍數(shù)取決于 R4 和 R2，其大小為 : Auf1 = 1 1 2182 0 0 01241 ???? RR A1 放大后的信號經(jīng)電容 C6 耦合至放大器 A2 反相輸入端， A2 構(gòu)成反相輸入式放大電路。在正常行走速度下，其頻率約為 6Hz。傳感器主要的工作就是把采集到的人體紅外線轉(zhuǎn)換成電壓信號，由于此時的電壓比較微弱所以要經(jīng)過 LM324 的放大后的電壓輸入到電壓比較器進行比較來控制相應的發(fā)光二極管指示燈工作。電路的電壓放大倍數(shù) Av 也僅由外接電阻決定 : 41 RRfAv ?? ,電路輸入電阻為 R R4 的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆，如圖 38 示。 同相交流放大器 同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。一般情況下先取 Ri 與信號源內(nèi)阻相等 ,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定 Rf。按圖中所給數(shù)值 ,Av=10。如圖 37所示：放大器電壓放大倍數(shù) Av 僅由外接電阻 Ri、 Rf決定 : RiRfAv ?? 。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 12 放大電路的設(shè)計 反相交流放大器 此放大器可代替晶體管進行交流放大 ,可用于擴音機前置放 大等 ,電路無需調(diào)試。 電源指示電路是由一個發(fā)光二極管構(gòu)成，利用發(fā)光二極管的發(fā)光作用，指示電路的工作情況，當發(fā)光時說明電路正常工作，不發(fā)光時說明電路不工作，如果電路電流過大會把發(fā)光二極管燒毀這是就可以檢查電源電路是否用開路或者短路的情況。當外部電容應用于任何集成電路穩(wěn)壓時，有時必須加保護二極管以防止電容在低電流點向穩(wěn) 壓器放電， LM317 的引腳如圖 36 所示。 80dB 紋波抑制比，輸出短路保護，過流、過熱保護，調(diào)整管安全工作區(qū)保護，標準三端晶體管封裝。輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。 LM317 有三個引腳，一個輸入一個輸出一個電壓調(diào)節(jié)。 穩(wěn)壓電路 LM317 是美國國家半導體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。此時二極管的電壓始終小于或等于 0，故二極管均截止，電容不可能放電，故輸出電壓恒為 Umax。接入交流電源 U 后，當 U為正半周時， D D5 導通， U通過 D D5 對電容充電；當 U為負半周時， DD4 導通， U 通過 D D4 對電容充電。波形②將會變得較為平滑或成一條直線③。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上；造成電荷的累積儲存，最常見的例子就是兩片平行金屬板，也是電容器的俗稱。 整流電路是把交流電變成直流電的電路，電路是二極管的單向?qū)щ娦杂伤膫€二極管構(gòu)成橋式整流電路，如圖 33 所示。這樣通過 RL 的電流方向是固定的， UA 始終大于 UB，且 UAB 隨交流電的起伏而波動。 利用二極管的單向?qū)щ娦?，可將交流電變成脈沖直流電，其過程稱為整流。 圖 31：二 極管的 pn 結(jié)構(gòu)及符號 圖 32：二極管的特性曲線 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 9 當 pn 結(jié)加上正向電壓（ p 區(qū)接正、 n 區(qū)接負）時，外電場使 pn結(jié)的阻擋層變薄，形成比較大的電流，二極管的正向電阻很小；當 pn 結(jié)加上反向電壓時，外電場使 pn 結(jié)的阻 擋層變厚，形成極小的反向電流，表現(xiàn)為反向電阻非常大。在設(shè)計采用的是 5V的芯片，所以電路設(shè)計為 5V的電源。 4．比較器：這里采用的是雙限電壓比較器，把電路中的基準電壓 U1 和 U2作為參考電壓（ U1U2）與比較器輸出的電壓作比較控制指示 電路指示是否有人進入的情況。 2．傳感器：傳感器主要是用來采集人體的紅外線信號并將該信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 7 D H T 1 1 溫 濕 度 傳 感 器S T C 8 9 C 5 2 單 片 機 外 部 E E P R O M溫 濕 度 上 限溫 度 、濕 度 數(shù) 據(jù)L C D 顯 示溫 濕 度 值聲 光 報 警按 鍵 輸 入D Y P M E 0 0 3紅 外 人 體 傳 感 器D S 1 0 3 2時 鐘 電 路 圖 22： 報警器電路的組成 圖中 STC89C52 單片機隨時監(jiān)控 DYPME003 紅外人體傳感器送來的報警信號。 無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 6 第二章 電路組成及框圖 本設(shè)計軟件主程序流程圖如圖 21所示 數(shù) 據(jù) 初 始 化定 時 器 初 始 化顯 示 初 始 化進 入 后 臺 w h i l e 循 環(huán)查 詢 報 警 信 號有 報 警 否 ？溫 濕 度 測 量 顯 示聲 光 報 警有無時 鐘 中 斷 入 口R H C o u n t e r 累 加置 時 間 顯 示 標 志返 回當 前 時 間 顯 示鍵 盤 響 應 入 口取 鍵 值設(shè) 置 、 上 調(diào) 、 下調(diào) 、 查 詢 鍵 處 理返 回報 警 時 間 存 儲鍵 盤 響 應 程 序有 回 波 否 ？有無 圖 21：軟件主程序流程 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普及，電子報警器已經(jīng)在各企業(yè)事業(yè)單位和人們的日常生活中得到廣泛的應用，紅外線報警器可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)移動的人體，當有人在該范圍內(nèi)走動時，發(fā)出報警。 設(shè)計意義及要求 通過對紅外線報警器系統(tǒng)的設(shè)計與分析，用集成運放 LM32紅外傳感器、二極管等器件設(shè)計電路，可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)運動的人體，當有人在該范圍走動時發(fā)出報警信號。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上， 從而使傳感器輸無錫科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 紅外人體報警器的設(shè)計 5 出電壓信號。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應將高熱電材料制成 一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用 因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式 該電阻阻抗高達 104MΩ，故引入的 N 溝道結(jié)型場效應管應接成共漏形式 即源極跟隨器 來完成阻抗變換。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 D H T 1 1 溫 濕 度 傳 感 器S T C 8 9 C 5 2 單 片 機 外 部 E E P R O M溫 濕 度 上 限溫 度 、濕 度 數(shù) 據(jù)L C D 顯 示溫 濕 度 值聲 光 報 警按 鍵 輸 入D Y P M E 0 0 3紅 外 人 體 傳 感 器D S 1 0 3 2時 鐘 電 路 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。 3. 隱蔽性好，可流動安裝。用它制作的防盜報警器 與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如下特點： 1. 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是報