傳感器課程設(shè)計 自動點亮的道路燈

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1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。 燕山大學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 題目： 學(xué)院（系）： 年級專業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 10 / 14 燕山大學(xué)《傳感器原理與設(shè)計》課程設(shè)計任務(wù)書 院（系）

2、：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級） 13級1班 設(shè)計題目 夜晚自動點亮的道路警示燈設(shè)計 設(shè) 計 技 術(shù) 參 數(shù) 利用熱釋電傳感器制作探測人體紅外線，將探測到的人體信息轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大和抗干擾處理后，輸出控制信號，實現(xiàn)“夜間人來燈亮，人走燈滅”的自動燈控制器。 1）電源為220V交流電，負(fù)載為220V的燈，控制電路工作電壓5V 2）人體感應(yīng)探測范圍1m以上 ，視場角100度以上。 設(shè) 計 要 求 1. 理論設(shè)計方案及論證 2. 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論分析、

3、參數(shù)計算 3. 設(shè)計電路，并進(jìn)行安裝調(diào)試 4. 提交課程設(shè)計說明書 工 作 計 劃 周1：收集消化資料及擬定設(shè)計方案 周2～周3：敏感元件、傳感元件設(shè)計、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 周4：設(shè)計結(jié)果實驗驗證或演示，撰寫設(shè)計說明書 周5：答辯。 參 考 資 料 1. 唐文彥 《傳感器》（第4版）機械工業(yè)出版社 2007年 2. 李科杰 《新編傳感器技術(shù)手冊》國防工業(yè)出版社 2002年 3. 其他：傳感器原理、接口電路、設(shè)計手冊類參考書 指導(dǎo)教師簽字 基層教學(xué)單位主任簽字 說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份

4、。 2016年 12月 30日 摘 要 本文介紹了紅外線感應(yīng)開關(guān)的原理，采用熱釋電紅外探頭（PT8A2621）將接收到的微弱信號加以放大，制成紅外熱釋電感應(yīng)開關(guān)。本開關(guān)能探測來自移動人體的紅外輻射，只要人體進(jìn)入探測區(qū)域，開關(guān)會自動開啟。該設(shè)計可作為企業(yè)、賓館、商場及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動開關(guān)，起到“人來燈自亮，人走燈自滅”的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場所還能起到威懾盜竊活動的防范作用。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，價格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴展而達(dá)到實際的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：紅外線 感應(yīng)開關(guān) 紅外輻射 探

5、測區(qū)域 熱釋電傳感器 目 錄 第1章：總體方案概要……………………………………………….1 1.1意義及研究現(xiàn)狀………………………………………………………1 1.2設(shè)計思路………………………………………………………………1 第2章：設(shè)計方案各部分介紹……………………………………….2 2.1熱電是傳感器的構(gòu)成及工作原理……………………………………2 2.2低通濾波器……………………………………………………………3 2.3信號放大器……………………………………………………………6 第3

6、章：仿真電路的建立與分析…………………………………….8 3.1仿真電路建立…………………………………………………………8 3.2仿真結(jié)果的分析………………………………………………………9 第4章：設(shè)計體會…………………………………………………….10 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………....10 第1章：總體方案概要 1.1 意義及研究現(xiàn)狀 電力作為一種潔凈方便的能源廣泛的應(yīng)用于我們的生活與生產(chǎn)方面，因此電能的節(jié)能尤為重要，要節(jié)能首先就要做到節(jié)約能源，其次再通過科學(xué)研究發(fā)明更加人性

7、化和節(jié)能的用電器。 隨著近幾年我國電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多原先的高端電子產(chǎn)品也逐漸步入人們的生活?，F(xiàn)在價格低廉的熱釋電紅外傳感器得到了很大的普及。原本用于控制感應(yīng)門的熱釋電紅外傳感器也進(jìn)入了人們的生活安全保障中,在保護(hù)各方面安全工作中起著至關(guān)重要的作用。 熱釋電傳感器在無人或動物進(jìn)入探測區(qū)域時，現(xiàn)場的紅外輻射穩(wěn)定不變，一旦有人體紅外線輻射進(jìn)來，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產(chǎn)生突變電信號，而發(fā)出控制信號，熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感器。它能檢測人或某些動物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。早在1938年，有人就提出利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視。直到六十年代，隨著激光

8、、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用開發(fā)。近年來，伴隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)也迅速增長它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動覽測等。經(jīng)過分析、仿真后，本次的電路設(shè)計具備了相應(yīng)的報警靈敏度與報警能力，總體水平基本達(dá)到了課程設(shè)計的要求。能夠運用在家庭、商場、倉庫等需要夜晚自動值守防盜保護(hù)的場合，為人們的日常生活帶來了方便，更為私人財產(chǎn)和公共財產(chǎn)的保護(hù)起到了一定的作用。

9、 1.2 設(shè)計思路 通過熱釋電傳感器感應(yīng)人體紅外輻射后輸出一個微弱的交流信號，然后經(jīng)過濾波整理，再將信號放大處理后，將信號輸出。 熱釋電傳感器輸出的信號是一個毫伏級的微弱交流信號，且不穩(wěn)定，這個信號頻率與人體運動速度有關(guān)，當(dāng)人運動速度越大，信號也越強。經(jīng)過濾波電路后，可以排除雜波及突變信號的干擾，再經(jīng)過信號放大處理，輸出一定的電信號使燈點亮。當(dāng)人離開后，由于沒有觸發(fā)信號，燈自然會滅。實現(xiàn)了“夜間人來燈亮，人走燈滅”的目的。 第2章：設(shè)計方案各部分介紹 2.1熱釋電傳感器的構(gòu)成及工作原理： 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，

10、如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8-12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號

11、放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內(nèi)人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為9~10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作

12、探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。被動式熱釋電紅外探頭具有本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉。防小動物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報?？篃艄飧蓴_：探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4

13、鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報警。利用熱釋電傳感器監(jiān)測環(huán)境變化，進(jìn)行信息傳輸進(jìn)而完成報警功能的系統(tǒng)主要用于家居安全，探測夜間有無人員闖入，該系統(tǒng)方便、穩(wěn)定，十分適合家庭財產(chǎn)的保護(hù)。這里所設(shè)計的被動式報警器采用的是熱釋電紅外線傳感器，是一種被動式的紅外傳感器，它本身并不向環(huán)境中發(fā)射檢測用的紅外線，只是被動的接受，因此這種熱釋電傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射出的紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號。同時，它還能辨別出運動的生物與其他非生物，應(yīng)用范圍十分廣泛。熱釋電傳感器既可應(yīng)用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關(guān)及遙測等領(lǐng)域。 2.2低通濾波器 低通濾波器實驗電路圖如圖2.2.1.。

14、 圖2.2.2 低通濾波器仿真效果圖 圖2.2.3 低通濾波器仿真效果圖 通過電阻、電容及運算放大器組成低通濾波電路，其特征頻率： （式2-2-1） （式2-2-2） LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3。0伏或者

15、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。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖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。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 LM324系列由四個獨立的，高增益，內(nèi)部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的

16、幅度。 應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。 LM324引腳如圖2.2.3. 圖2.2.3 LM324引腳圖 2.3信號放大器 作用就是將提供的微弱信號放大到可以驅(qū)動負(fù)載正常工作。 信號放大器電路原理圖如圖2.3.1。 圖2.3.1 信號放大器電路原理圖 信號放大器效果仿真圖如圖2.2.3。 圖2.2.3 信號放大器效果仿真圖 第3章

17、：仿真電路的建立與分析 3.1仿真電路建立： 仿真電路圖如圖3.1.1所示。 圖3.1.1 仿真電路圖 3.2仿真結(jié)果的分析： 仿真電路效果圖如圖3.2.1所示。 圖3.1.2 仿真電路效果圖 當(dāng)有人進(jìn)入到熱釋電紅外線傳感器探測范圍內(nèi)時就會有一個微弱的交流信號產(chǎn)生，然后經(jīng)過濾波整理，再將信號放大處理后，從而驅(qū)動燈正常點亮，實現(xiàn)了夜間人來燈亮，當(dāng)人走后就沒有信號輸入，燈持續(xù)一段時間后就會自然滅，實現(xiàn)了人走燈滅。 第4章：設(shè)計體會 經(jīng)過了一個星期的課程設(shè)計，使我們對所學(xué)的知識有了更多的體會，對課題進(jìn)行分析、設(shè)計時，我了解到對于自己學(xué)過的知識

18、需要學(xué)以致用，不能只是背書本上的知識，在實踐的時候要能真正的用在需要的地方。同時我也發(fā)現(xiàn)只是這樣的學(xué)習(xí)如果不去加以利用是不能熟練掌握精髓的，對于自己不知道的，要用合理的方式去學(xué)習(xí)到自己的腦袋里面，把它真正的變成自己的東西，這樣才是學(xué)習(xí)的根本所在。傳感器課設(shè)計，在這過程中，我們遇到了很多問題，例如：仿真軟件的使用以及設(shè)計對電阻電容的取值的要求等。最后在老師的幫助和同學(xué)們的共同努力下，這些問題終于柔韌而解。 實驗過程中，也對團(tuán)隊精神的進(jìn)行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終的結(jié)果。 參考文獻(xiàn)： 1

19、. 唐文彥 《傳感器》（第4版）機械工業(yè)出版社 2007年 2. 李科杰 《新編傳感器技術(shù)手冊》國防工業(yè)出版社 2002年 3. 其他：傳感器原理、接口電路、設(shè)計手冊類參考書 燕山大學(xué)課程設(shè)計評審意見表 指導(dǎo)教師評語： 1、認(rèn)真、很好的完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！? 】 2、能夠較好的完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！? 】 3、能夠按時完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！? 】 4、不按時完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！? 】 成績： 指導(dǎo)教師： 金梅 年 月 日