【正文】 .....................23 附錄 2 元器件明細(xì)表 ................................................................................................................ 23 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論文 第 1 頁 共 23 頁 一、 引 言 (一 ) 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。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。多功能紅外感應(yīng)式門鈴就是在這種探索研究中產(chǎn)生的。感應(yīng)式門鈴的前身是電子防盜報(bào)警器，事先人們用它來防盜的，但后來因?yàn)殡娮臃辣I報(bào)警器發(fā)出的聲音是刺耳的報(bào)警聲，對進(jìn)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(jìn)門就報(bào)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(jìn)店和迎賓的雙重作用。 (二 ) 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。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。 光感應(yīng)式的價格便宜，但是誤報(bào)率高，因?yàn)樗膫鞲泻诵氖枪饷綦娮瑁饷綦娮鑼梢姽獯蟛糠植ㄩL都反應(yīng)變化，故光線變化可能會觸發(fā)門鈴反應(yīng)。紅外式采用先進(jìn)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(dú)立報(bào)警器使用。 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(bào)警兩用，因此應(yīng)用場合也較為廣泛。要求重點(diǎn)在于掌握設(shè)計(jì)原理，并將書本所學(xué)與實(shí)際結(jié)合起 來，提高實(shí)踐能力，熟悉電路設(shè)計(jì)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。 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論文 第 3 頁 共 23 頁 二、 總體方案設(shè)計(jì)與論證 紅外傳感器可分為兩類：主動式紅外傳感器和被動式紅外傳感器。 （一）方案選擇 方案一：設(shè)計(jì)方案框圖 方案一設(shè)計(jì)方案框圖如圖 21所示。紅外接收管D2接收到 40kHZ 頻率的紅外脈沖信號后，轉(zhuǎn)為電信號送入芯片 (uPC1373H)的（ 7）腳，經(jīng)放大和調(diào)諧以及芯片 (uPC1373H)內(nèi)部檢波、整形后，由（ 1）輸出脈沖波信號。 此電路缺點(diǎn)： (1)必須要有發(fā)射源，在安裝時占地方。 (3)抗同頻干擾力差。 此電路優(yōu)點(diǎn)：原理結(jié)構(gòu)簡單。 圖 22 方案二電路基本構(gòu)成圖 該電路采用被動式感應(yīng)。 此電路的優(yōu)點(diǎn)： (1)只有接收部分安裝占地方小。 (3)只需要人的溫度（ 37℃）就可以接收信號。本設(shè)計(jì)選用第二種方案，以性能好、價格較低、應(yīng)用較方便的集成運(yùn)放 LM324 為核心 設(shè)計(jì)相關(guān)硬件。方案二就沒有對頻率這方面要求那么高，只要有人來就有輸出。所以兩者比較選用第二種方案。 熱釋電感應(yīng)器 被動式紅外傳感器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱傳感器（或稱為紅外傳感器）等部分組成。紅外傳感器的探測波長范圍是 8～ 14μ m，人體輻射的紅外峰值波長約為10μ m，正好在范圍以內(nèi)。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(biāo) 的紅外輻射匯聚在紅外傳感器上。以下，但作用距離較遠(yuǎn)，可長達(dá)百米。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。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。因?yàn)槿四槻?、膝部、手臂紅外輻射較強(qiáng)，正好對著上邊的 透鏡。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。但作用距離較近。 熱釋電紅外傳感器的輸出信號特性及優(yōu)缺點(diǎn) 熱釋電紅外傳感器輸出電信號的幅度和頻率主要決定于：目標(biāo)人體的溫度、探測區(qū)域背景、人體離傳感器的距離、人體移動的速度、光學(xué)透鏡系統(tǒng)的焦距和設(shè)計(jì)樣式。雙敏感元熱釋電傳感器配合菲涅爾光學(xué)透鏡使用時，輸出信號波形電壓峰峰值約為 1mV，頻率 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論 文 6 第 6 頁 共 23 頁 可由下列公式 21計(jì)算： Ls2 fVf bb ??? ?? （ 21） 其中： f 是輸出信號頻率（ Hz）， Vb是人體移動速度（ 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）。 由于傳感器輸出的信號非常微弱，因此需要外接放大電路，也有些傳感器生產(chǎn)廠家直接將后續(xù)信號處理電路內(nèi)置在傳感器中，用戶直接就可以使用。其缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源及射頻輻射的干擾；被動紅外穿透力差，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，探測和靈敏度 下降，有時還會短時失靈。因此在實(shí)際應(yīng)用中，熱釋電紅外傳感器通常與菲涅爾透鏡配合使用。它具有短焦距、大孔徑及厚度小的特點(diǎn)，用菲涅爾透鏡可以獲得更為柔和、均勻的光分布照明狀態(tài)。 其工作原理十分簡單，它有兩種理解方式： （ 1）假設(shè)一個透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學(xué)表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度。 圖 23 菲涅爾透鏡 1 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論 文 7 第 7 頁 共 23 頁 另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點(diǎn)，也就是透鏡的焦點(diǎn)。這種透 鏡還能夠消除部分球形像差。 圖 24 菲涅爾透鏡 2 菲涅爾透鏡，簡單的說就是在透鏡的一側(cè)有等距的齒紋，通過這些齒紋，可以達(dá)到對指定光譜范圍的光帶通（反射或者折射）的作用。 PIR 廣泛的用在門鈴、警報(bào)器上。小帽子的內(nèi)部都刻上了齒紋。 因此，菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR（熱釋電紅外傳感器）上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化的信號，繼而傳感器就能產(chǎn)生控制信號。其工作示意圖如圖 25所示。 此外，熱釋電紅外傳感器對人體敏感程度還和人的運(yùn)動方向有關(guān)，它對于徑向移動反應(yīng)最不敏感，而對于切向方向（即與半徑垂直的方向）移動最為敏感。 圖 26 熱釋電紅外傳感器靈敏度示意圖 四運(yùn)放集 成電路 LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用 14腳雙列直插塑料封裝 ,外形如圖所示。每一組運(yùn)算放大器可用圖 1所示的符號來表示 ,它有 5個引出腳 ,其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端 ,“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端 ,“ Vo”為輸出端。Vi+（ +）為同相輸入端 ,表示運(yùn)放 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論 文 9 第 9 頁 共 23 頁 輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。 圖 27LM324外形圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由于 LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬 ,靜態(tài)功耗小 ,可單電源使用 ,價格低廉等優(yōu)點(diǎn) ,因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 圖 28 前置放大電路圖 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。放大器 U1A 由 R R4組成 1/2Vcc 偏置 ,C2是消振電容。 放大器 U2B 由 R R8組成 1/2Vcc 偏 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論 文 10 第 10 頁 共 23 頁 置， C5 是 消 振 電 容 。 Avo=Av1*Av2=20*100=66db。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。 （二）比較電路和開關(guān)電路設(shè)計(jì) 利用 LM324 設(shè)計(jì)的比較、開關(guān)電路圖如圖 29所示。 西南科技大學(xué)高等教育自學(xué)考試（電子信息技術(shù)）畢業(yè)論 文 11 第 11 頁 共 23 頁 當(dāng) U1UiU2 時，運(yùn)算放大器 A1 和 A2 均輸出低電平，輸出 Vo=Uom，三極管 Q截止，Uo輸出為高電平。在圖 29（ b）電壓傳輸特性電 路中，運(yùn)算放大器的輸出端不能直接相連，因?yàn)閳D 29（ a）（ D D2 用 IN4148， R=1K）當(dāng)兩個運(yùn)入輸出電壓的極性相反時，將互為對方提供低阻抗通路而導(dǎo)致運(yùn)算放大器燒毀。 （三）延時電路 延時電路的功能是使客人離開過后音樂還繼續(xù)在響，在本設(shè)計(jì)中可以得用單穩(wěn)態(tài)ME555 后積分電路實(shí)現(xiàn)。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。 555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 210 所示。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)