【正文】 低。 對于雙敏感元傳感器 ， 標準尺寸為 2（ mm） *1（ mm）， 人體移動速度范圍為 （ m/s） ～ 5（ m/s） ，常用探測器 上使用的菲涅 爾 透鏡焦距為 25（ mm） ，我們可計算出傳感器輸出信號的頻率范圍為 ～ 8Hz[7]。人體溫度和探測區(qū)域背景的溫差越大，離傳感器越近，輸出電信號的幅值將越大。 熱釋電紅外傳感器的主要工作參數(shù)有：工作電壓（常用的熱釋電紅外 傳感器工作電武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 壓范圍為 3～ 15V）、工作波長（通常為 ～ 14 μm）、源極電壓（通常為 ～ ，R=47KΩ）、輸出信號電壓（通常大于 ）等。熱釋電紅外傳感器通常采用 3 引腳金屬封裝，各引腳分別為電源供電端 （ 內(nèi)部開關(guān)管 D 極， DRAIN） 、信號輸出端 （ 內(nèi)部開關(guān)管 S 極， SOURCE） 、接地端 （ GROUND） 。 特殊形式有溫補單元型，主要用于輻射高 溫計、氣體分析設(shè)備、火焰檢測器等 [6]。所謂雙元件就是在一個傳感器中有兩個反相串聯(lián)的敏感元件，其特點是： （ 1）當(dāng)入射能量順序地射到兩個元件上時，其輸出要比單元件高一倍； （ 2）由于兩個元件逆向串聯(lián)，對于同時輸 入 的能量會相互抵消，可防止太陽或燈頭等紅外線引起誤動作； （ 3）可防止因環(huán)境溫度變化引起的檢測誤差； （ 4）常用的敏感元件還具有壓電效應(yīng)，所以雙敏感元件還可以消除因振動引起的檢測誤差。這就是電介質(zhì)的熱釋電效應(yīng)。這類材料具有強烈的自發(fā)極化特性，平時靠捕獲大氣中的浮游電荷保持平衡，當(dāng)受到熱輻射而產(chǎn)生溫度變化時，介質(zhì)的極化狀態(tài)將隨之變化。它具有聚焦，即將熱釋電的紅外信號反射在紅外傳感器上的作用，還能將感應(yīng)區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入感應(yīng)區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣熱釋電紅外傳感器產(chǎn)生變 化的電信號，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后產(chǎn)生可用信號 [5]。 另外一個器件就是菲涅爾透鏡。它能將波長為 8～ 12μm 之間的紅外信號的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并對自然界中的可見光信號具有抑制作用。熱釋電效?yīng)所產(chǎn)生的電荷△ Q 會被空氣中的離子所武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時， △ T= 0，傳感器無輸出。熱釋電元件輸出的是微弱電信號，不能直接使用，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 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管接成共漏形式來完成阻抗變換。一旦有人進入探測區(qū)域內(nèi)，人體輻射的紅外線就會通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收。紅外感應(yīng)源通常由兩個串聯(lián)或者并聯(lián)的熱釋電元件組成。其結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電路分別如圖 1 和圖 2 所示 [3] [4]?？衫妹骁R或透鏡將人體所輻射出來的紅外線有效地集中于熱釋電紅外傳感器上，通過熱釋電紅外傳感器將收集到的紅外線能量轉(zhuǎn)換為電氣信號。熱釋電紅外傳感器就是根據(jù)這種原理制成的。紅外線和所有電磁波一樣，具有反射、折射、散射、干涉和吸收等性質(zhì)，但它的特點是熱效應(yīng)最大。這類振動是由物體受熱引起的，在一般常溫下，所有物體都是紅外輻射的發(fā)射源，但發(fā)射的紅外波長不同。因此，熱釋電紅外傳感器是光電型傳感器無法取代的 [2]。而熱釋電器件屬于后者，它工作在室溫條件下，檢測靈敏度很高，而且與輻射波長無關(guān)，可探測功率只受背景輻射的限制。但需要冷卻，使用不方便。 紅外傳感器主要分兩大類，一類是光電型，一類是熱敏型?，F(xiàn)在，日本多家公司正努力研究和開發(fā)多種熱釋電紅外傳感器。過去，歐美曾是熱釋電紅外傳感器的主要生產(chǎn)者和主要應(yīng)用市場。同時，隨著技術(shù)的不斷改進，使熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)日臻完善，體積越來越小，而且靈敏度和 可靠性都得到提高，應(yīng)用更方便，從而使當(dāng)今熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用范圍不斷擴大，不但用于國防軍事，而且在工業(yè)和民用電子電器產(chǎn)品中都得到廣泛應(yīng)用。尤其是 20 年來 ， 無論從材料還是器件的研究方面都得到迅速發(fā)展。早在 1938 年就曾有武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射的想法，但長期沒有得到重視。在電路原理圖中，通常采用字母“ PIR”表示。熱釋電紅外傳感器就是這種類型的傳感器。 感應(yīng)式門鈴的應(yīng)用范圍和設(shè)計要求決定了它應(yīng)該是具有一個面的探測范圍，而且應(yīng)該只對人體產(chǎn)生有效信號，這就排除了 主動式紅外傳感器。 被動式 紅外傳感 器由于探測性能好、易于布防、價格便宜而被廣泛應(yīng)用。范圍內(nèi)進行 探測。 為了解決物品遮擋問題，又發(fā)明了吸頂式被動紅外 傳感 器。 ，但作用距離較近。多波束型 PIR 的警戒視場角比單波束型大得多，水平可以大于 90176。因為人臉部、膝部、手臂紅外輻射較強，正好對著上邊的透鏡。警戒范圍在不同方向呈多個單波束 狀態(tài)，組成立體扇形感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。多波束型采用透鏡聚焦式光學(xué)系統(tǒng)，目前大都采用紅外塑料透鏡 —— 多層光束結(jié)構(gòu)的菲涅爾透鏡。以下，但作用距離較遠，可長達百米。單波束 PIR 采用反射聚焦式光學(xué)系統(tǒng)，利用曲面反射鏡將來自目標的紅外輻射匯聚在紅外傳感器上。其核心是紅外探測器件，通過關(guān)學(xué)系統(tǒng)的配合作用可以探測到某個立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。被動紅外 傳感 器形成的警戒線一般可以達到數(shù)十米。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 （ 2）被動式紅外傳感器 我們之所以稱為被動 式 紅外 傳感器 ，即 傳感 器本身不發(fā)射任何能量而只被動接收、探測來自環(huán)境的紅外輻射 。當(dāng)反射面的位置與方向發(fā)生變化或紅外發(fā)射光束和反射光束之一被阻擋而使接收機無法接收到紅外反射光束時 輸出有效信號 。 主動式紅外 傳感 器有單光束、雙光束、四光束之分。但若對一個空間進行布防，則需有多個主動式 傳感器 ，價格昂貴。因此主動式 傳感 器所探測的是點到點，而不是一個面的范圍。主動式紅外 傳感 器遇到小動物、樹葉、沙塵、雨、 雪、霧遮擋則不應(yīng) 輸出有效信號 ，人或相當(dāng)體積的物品遮擋將 輸出有效信號 。分別置于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)一般采用的是光學(xué)透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細的平行光束的作用 ， 以使紅外光的能量能夠集中傳送。下面對這兩種傳感器的基本情況分別加以介紹，再結(jié)合本課題的設(shè)計要求，選擇一種最合適的紅外傳感器類型進行課題研究 。感應(yīng)式門鈴就是通過紅外傳感器探測人體紅外信號，繼而經(jīng)過一系列電路的判斷與控制，達到使揚聲器發(fā)聲的功能?？偟膩碚f，感應(yīng)技術(shù)的基本原理就是自動對特定的外界信號（包括物理、化學(xué)、生物等方面的各種信號）產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 2 感應(yīng)式門鈴的基本原理 當(dāng)今社會感應(yīng)技術(shù)發(fā)展迅速，目前常用的感應(yīng)技術(shù)有紅外感應(yīng)，壓力感應(yīng)，電感應(yīng) ，磁感應(yīng)，光感應(yīng)，熱感應(yīng)，微波感應(yīng)，氣體感應(yīng)等等。要求重點在于掌握 設(shè)計 原理，并將書本所學(xué)與實際結(jié)合起來，提高實踐能力，熟悉 電路設(shè)計 的基本流程與方法，熟悉常用電子元器件、芯片的參數(shù)并能熟練使用它們，熟練運用 Protel 軟件對電路進行仿真。 總的來說，感應(yīng)式門鈴目前的技術(shù)比較成熟，功能也較為完善，成本不高，并且由于通 常市面上的感應(yīng)式門鈴都兼迎賓及報警兩用，因此應(yīng)用場合也較為廣泛 [1]。紅外式采用先進微電腦制造技術(shù)，無論白天黑夜都可正常使用，即可做門鈴使用，也可做獨立報警器使用。 光感應(yīng)式的價格便宜，但是誤報率高，因為它的傳感核心是光敏電阻，光敏電阻對可見光大部分波長都反應(yīng)變化，故光線變化可能會觸發(fā)門鈴反應(yīng)。但光感門鈴 受 環(huán)境光照度 的影響 ，黑暗情況下不能正常使用。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前感應(yīng)式門 鈴主要分光感應(yīng)式和紅外感應(yīng)式。感應(yīng)式門鈴的前身是電子防盜報警器 ， 事先人們用它來防盜的，但后來因為電子防盜報警器發(fā)出的聲音是刺耳的報警聲，對進店的顧客產(chǎn)生消極的影響，后來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的青睞，顧客一進門就報出歡迎語音，起到了禮貌問候 的作用 ，從而做到提醒店員有人進店和迎賓的雙重作用。感應(yīng)式門鈴就是 在這種探索研究中產(chǎn)生的。門鈴的類型由有線門鈴發(fā)展為無線門鈴，由單純的音樂門鈴發(fā)展到對講門鈴，遙控門鈴，可視門鈴等。 Infrared sensing doorbell 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 課題研究的背景及意義 門鈴歷史悠久，現(xiàn)代社會最常見的是電子門鈴。 Pyroelectric infrared sensors ?？傮w而言，本文對于理解感應(yīng)式門鈴的原理與設(shè)計，進一步深化理論知識，提高動手實踐能力都具有一定的參考價值。 研究結(jié)果表明：本文敘述的電路設(shè)計方案能達到預(yù)想的效果，當(dāng)人進入時，揚聲器立即發(fā)出問候語，而離開則不提示，并且可以進行功能拓展。 論文主要研究了紅外感應(yīng)技術(shù)在日常生 活中的典型應(yīng)用，即感應(yīng)式門鈴。它可根據(jù)顧客的進出情況作出不同的反應(yīng)。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................................. I Abstract ...........................................................................................................................................II 1 緒論 ........................................................................................................................................... 1 課題研究的背景及意義 ........................................................................................................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .................................................................................................................... 1 課題研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................................ 2 2 感應(yīng)式門鈴的基本原理 ........................................................................................................... 3 熱釋電紅外傳感器 ................................................................................................................ 3 D 觸發(fā)器 .............................................................................................................................. 11 音樂芯片 .............................................................................................................................. 15 3 系統(tǒng)設(shè)計方案 ......................................................................................................................... 16 系統(tǒng)功能分析 ...................................................................................................................... 16 系統(tǒng)整體設(shè)計模塊 .............................................................................................................. 16 紅外探測模塊 ...................................................................................................................... 16 控制模塊 ...........................................................................