【正文】 ） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 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(yùn)放 傳感器器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。 圖 57：紅外傳感器感應(yīng)方向 圖 58：紅外傳感器實(shí)物 圖 59：傳感器 引腳說(shuō)明圖 510：內(nèi)部功能圖 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 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(zhǎng)為： 5～ 14um 5. 平均過(guò)透率為： 75％ 6. 輸出信號(hào)為： 7. 靈敏度為： 3300V/W 8. 探測(cè)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(chǎng)為：邊緣角 55176。常見(jiàn)的引腳位置如圖 59。 如果只看實(shí)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(gè)窗口，接地的引腳是和外殼相通的，這較好分別，另外兩個(gè)引腳與地引腳電阻都很大，很難分別。紅外線(xiàn)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。 圖 56 報(bào)警效果圖 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 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(shí)物如圖 57 所示。 圖 54：未采集到信號(hào) 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 19 紅外線(xiàn)熱釋電傳感器采集到信號(hào) (即開(kāi)關(guān)閉合 )后，表示有人闖入即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，其仿真效果如圖 55 所示。 圖 53：電源電路仿真 紅外線(xiàn)熱釋電傳感器未采集到信號(hào)時(shí) (即開(kāi)關(guān)斷開(kāi) )，表示情況正常。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 18 仿真與驗(yàn)證 通過(guò)對(duì)電路的分析完成了電路的初步設(shè)計(jì)，但是也不能看見(jiàn)電路具體的設(shè)計(jì)功能，這時(shí)就需要對(duì)電路進(jìn)行模擬仿真以觀察電路的性能參數(shù)，打開(kāi) multisim軟件在軟件里畫(huà)好仿真圖，點(diǎn)擊仿真按鈕，觀察電路的現(xiàn)象是否符合設(shè)計(jì)要求，如果不符合要求就要檢查仿真電路是否有錯(cuò)，如果沒(méi)有錯(cuò)誤就要考慮電路原理設(shè)計(jì)是否有誤，更改后在進(jìn)行電路模擬仿真，重復(fù)以上步驟直到電路仿真與設(shè)計(jì)要求相符合。 （ 2）超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能。 （ 3）自動(dòng)布線(xiàn)系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：在系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（ Shapebased）的無(wú)柵格自動(dòng)布線(xiàn)器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線(xiàn)，以實(shí)現(xiàn) PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 （ 2）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。 1．電路設(shè)計(jì)部分 （ 1）電路原理設(shè)計(jì)部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) SCH 編輯器）、電路圖零件庫(kù)編輯器（簡(jiǎn)稱(chēng) Schlib 編輯器）和各種文本編輯器。啟動(dòng)圖標(biāo)如圖 52 所示。 5．通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程 , 減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間。 3．借助高級(jí)電路分析 , 理解基本設(shè)計(jì)特征。 Multisim仿真軟件的特點(diǎn)： 1．通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境 , 輕松設(shè)計(jì)電路。 Multisim 提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的 SPICE 技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)， 這也使其更適合電子學(xué)教育。啟動(dòng)界面如圖51。無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 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(guó)國(guó)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(jí)的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。 C C C8 用于保證電路對(duì)高頻干擾信號(hào)有較強(qiáng)的衰減作用，對(duì)于低頻信號(hào)有較強(qiáng)的放大作用，當(dāng)按圖中取值時(shí)，在～ 8Hz 的頻段內(nèi)具有較好的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)，以滿(mǎn)足對(duì)熱釋電傳感器輸出的放大要求。當(dāng)人體在監(jiān)視范圍內(nèi)走動(dòng)時(shí)， LED1 和 LED2 交替閃爍。因此，在靜態(tài)時(shí)， LED1 和 LED2 均不發(fā)光。 =2V 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 15 在傳感器無(wú)信號(hào)輸出時(shí)， A1 靜態(tài)輸出電壓為 ～ 1V之間； A2 在靜態(tài)時(shí)，由于同相端電位為 ，其直流輸出電平為 。 （ 42） =4704 倍，當(dāng)傳感器產(chǎn)生一個(gè)幅度為 1mV 交流信號(hào)時(shí)， A2 的理論輸出值為 。傳感器的輸出信號(hào)加到運(yùn)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(hào)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(xiàn)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由于此時(shí)的電壓比較微弱所以要經(jīng)過(guò) LM324 的放大后的電壓輸入到電壓比較器進(jìn)行比較來(lái)控制相應(yīng)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(diǎn)是輸入阻抗高。一般情況下先取 Ri 與信號(hào)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(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 12 放大電路的設(shè)計(jì) 反相交流放大器 此放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大 ,可用于擴(kuò)音機(jī)前置放 大等 ,電路無(wú)需調(diào)試。 電源指示電路是由一個(gè)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(dāng)發(fā)光時(shí)說(shuō)明電路正常工作，不發(fā)光時(shí)說(shuō)明電路不工作，如果電路電流過(guò)大會(huì)把發(fā)光二極管燒毀這是就可以檢查電源電路是否用開(kāi)路或者短路的情況。當(dāng)外部電容應(yīng)用于任何集成電路穩(wěn)壓時(shí)，有時(shí)必須加保護(hù)二極管以防止電容在低電流點(diǎn)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(hù)，過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)，調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容。 LM317 有三個(gè)引腳，一個(gè)輸入一個(gè)輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)。 穩(wěn)壓電路 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。此時(shí)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(dāng) U為正半周時(shí)， D D5 導(dǎo)通， U通過(guò) D D5 對(duì)電容充電；當(dāng) U為負(fù)半周時(shí)， DD4 導(dǎo)通， U 通過(guò) D D4 對(duì)電容充電。波形②將會(huì)變得較為平滑或成一條直線(xiàn)③。一般來(lái)說(shuō)，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上；造成電荷的累積儲(chǔ)存，最常見(jiàn)的例子就是兩片平行金屬板，也是電容器的俗稱(chēng)。 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€(gè)二極管構(gòu)成橋式整流電路，如圖 33 所示。這樣通過(guò) 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(dòng)。 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(guò)程稱(chēng)為整流。 圖 31：二 極管的 pn 結(jié)構(gòu)及符號(hào) 圖 32：二極管的特性曲線(xiàn) 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 9 當(dāng) pn 結(jié)加上正向電壓（ p 區(qū)接正、 n 區(qū)接負(fù)）時(shí)，外電場(chǎng)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?。划?dāng) pn 結(jié)加上反向電壓時(shí)，外電場(chǎng)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(jì)采用的是 5V的芯片，所以電路設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(jìn)入的情況。 2．傳感器：傳感器主要是用來(lái)采集人體的紅外線(xiàn)信號(hào)并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 7 D H T 1 1 溫 濕 度 傳 感 器S T C 8 9 C 5 2 單 片 機(jī) 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(bào) 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(shí) 鐘 電 路 圖 22： 報(bào)警器電路的組成 圖中 STC89C52 單片機(jī)隨時(shí)監(jiān)控 DYPME003 紅外人體傳感器送來(lái)的報(bào)警信號(hào)。 無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 6 第二章 電路組成及框圖 本設(shè)計(jì)軟件主程序流程圖如圖 21所示 數(shù) 據(jù) 初 始 化定 時(shí) 器 初 始 化顯 示 初 始 化進(jìn) 入 后 臺(tái) w h i l e 循 環(huán)查 詢(xún) 報(bào) 警 信 號(hào)有 報(bào) 警 否 ？溫 濕 度 測(cè) 量 顯 示聲 光 報(bào) 警有無(wú)時(shí) 鐘 中 斷 入 口R H C o u n t e r 累 加置 時(shí) 間 顯 示 標(biāo) 志返 回當(dāng) 前 時(shí) 間 顯 示鍵 盤(pán) 響 應(yīng) 入 口取 鍵 值設(shè) 置 、 上 調(diào) 、 下調(diào) 、 查 詢(xún) 鍵 處 理返 回報(bào) 警 時(shí) 間 存 儲(chǔ)鍵 盤(pán) 響 應(yīng) 程 序有 回 波 否 ？有無(wú) 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(bào)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(yīng)用，紅外線(xiàn)報(bào)警器可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)移動(dòng)的人體，當(dāng)有人在該范圍內(nèi)走動(dòng)時(shí)，發(fā)出報(bào)警。 設(shè)計(jì)意義及要求 通過(guò)對(duì)紅外線(xiàn)報(bào)警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，用集成運(yùn)放 LM32紅外傳感器、二極管等器件設(shè)計(jì)電路，可監(jiān)視幾米到幾十米范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的人體，當(dāng)有人在該范圍走動(dòng)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為了對(duì)某一波長(zhǎng)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(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上， 從而使傳感器輸無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 紅外人體報(bào)警器的設(shè)計(jì) 5 出電壓信號(hào)。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)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(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，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(dá) 104MΩ，故引入的 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式 即源極跟隨器 來(lái)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(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線(xiàn)能量變化 并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。 D H T 1 1 溫 濕 度 傳 感 器S T C 8 9 C 5 2 單 片 機(jī) 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(bào) 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(shí) 鐘 電 路 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。 3. 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。用它制作的防盜報(bào)警器 與目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)： 1. 不需要用紅外線(xiàn)或電磁波等發(fā)射源。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，于是報(bào)