傳感器課程設(shè)計(jì) 自動(dòng)點(diǎn)亮地道路燈

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1、word 燕山大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 題目： 學(xué)院〔系〕： 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 教師職稱(chēng)： 11 / 15 燕山大學(xué)《傳感器原理與設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 院〔系〕：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(hào) 學(xué)生 專(zhuān)業(yè)〔班級(jí)〕 13級(jí)1班 設(shè)計(jì)題目 夜晚自動(dòng)點(diǎn)亮的道路警示燈設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 利用熱釋電傳感器制作探測(cè)人體紅外線，將探測(cè)到的人體信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大和抗干擾處理后，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)“夜

2、間人來(lái)燈亮，人走燈滅〞的自動(dòng)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(cè)圍1m以上 ，視場(chǎng)角100度以上。 設(shè) 計(jì) 要 求 1. 理論設(shè)計(jì)方案與論證 2. 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論分析、參數(shù)計(jì)算 3. 設(shè)計(jì)電路，并進(jìn)展安裝調(diào)試 4. 提交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 工 作 計(jì) 劃 周1：收集消化資料與擬定設(shè)計(jì)方案 周2～周3：敏感元件、傳感元件設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 周4：設(shè)計(jì)結(jié)果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或演示，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 周5：辯論。 參 考 資 料 1. 唐文彥 《傳感器》〔第4版〕機(jī)械工業(yè) 2

3、007年 2. 科杰 《新編傳感器技術(shù)手冊(cè)》國(guó)防工業(yè) 2002年 3. 其他：傳感器原理、接口電路、設(shè)計(jì)手冊(cè)類(lèi)參考書(shū) 指導(dǎo)教師簽字 基層教學(xué)單位主任簽字 說(shuō)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。 2016年 12月 30日 摘 要 本文介紹了紅外線感應(yīng)開(kāi)關(guān)的原理，采用熱釋電紅外探頭〔PT8A2621〕將接收到的微弱信號(hào)加以放大，制成紅外熱釋電感應(yīng)開(kāi)關(guān)。本開(kāi)關(guān)能探測(cè)來(lái)自移動(dòng)人體的紅外輻射，只要人體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。該設(shè)計(jì)可作為企業(yè)、賓館、商場(chǎng)與住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫(kù)房等處的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，起到“人來(lái)燈自亮，人走燈自滅

4、〞的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場(chǎng)所還能起到威懾盜竊活動(dòng)的防作用。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，價(jià)格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用圍廣，所以可以通過(guò)擴(kuò)展而達(dá)到實(shí)際的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：紅外線 感應(yīng)開(kāi)關(guān) 紅外輻射 探測(cè)區(qū)域 熱釋電傳感器 目 錄 第1章：總體方案概要……………………………………………….1 ………………………………………………………1 ………………………………………………………………1 第2章：設(shè)計(jì)方案各局部介紹……………………………………….2 ……

5、………………………………2 ……………………………………………………………3 ……………………………………………………………6 第3章：仿真電路的建立與分析…………………………………….8 …………………………………………………………8 ………………………………………………………9 第4章：設(shè)計(jì)體會(huì)…………………………………………………….10 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………....10 第1章：總體方案概要 1.1 意義與研究現(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

6、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(guò)科學(xué)研究發(fā)明更加人性化和節(jié)能的用電器。 隨著近幾年我國(guó)電子技術(shù)的不斷開(kāi)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(jià)格低廉的熱釋電紅外傳感器得到了很大的普與。原本用于控制感應(yīng)門(mén)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(wú)人或動(dòng)物進(jìn)入探測(cè)區(qū)域時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的紅外輻射穩(wěn)定不變，一旦有人體紅外線輻射進(jìn)來(lái)，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(hào)，而發(fā)出控制信號(hào)，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(cè)人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸

7、出。早在1938年，有人就提出利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視。直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速開(kāi)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，伴隨著集成電路技術(shù)的飛速開(kāi)展，以與對(duì)該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專(zhuān)用集成電路處理技術(shù)也迅速增長(zhǎng)它能以非接觸形式檢測(cè)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(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如作電源開(kāi)關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)覽測(cè)等。經(jīng)過(guò)分析、仿真后，本次的電路設(shè)計(jì)具備了相應(yīng)的報(bào)警靈敏度與報(bào)警能力，總體水平根本達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的要求。能夠運(yùn)用在家庭、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等需要夜晚自動(dòng)值守防盜保護(hù)的場(chǎng)

8、合，為人們的日常生活帶來(lái)了方便，更為私人財(cái)產(chǎn)和公共財(cái)產(chǎn)的保護(hù)起到了一定的作用。 1.2 設(shè)計(jì)思路 通過(guò)熱釋電傳感器感應(yīng)人體紅外輻射后輸出一個(gè)微弱的交流信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波整理，再將信號(hào)放大處理后，將信號(hào)輸出。 熱釋電傳感器輸出的信號(hào)是一個(gè)毫伏級(jí)的微弱交流信號(hào)，且不穩(wěn)定，這個(gè)信號(hào)頻率與人體運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，當(dāng)人運(yùn)動(dòng)速度越大，信號(hào)也越強(qiáng)。經(jīng)過(guò)濾波電路后，可以排除雜波與突變信號(hào)的干擾，再經(jīng)過(guò)信號(hào)放大處理，輸出一定的電信號(hào)使燈點(diǎn)亮。當(dāng)人離開(kāi)后，由于沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，燈自然會(huì)滅。實(shí)現(xiàn)了“夜間人來(lái)燈亮，人走燈滅〞的目的。 第2章：設(shè)計(jì)方案各局部介紹

9、 熱釋電傳感器的構(gòu)成與工作原理?： 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)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(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭的場(chǎng)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(zhǎng)為8-12um之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用，因此在被動(dòng)紅為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上

10、、下兩局部各分成假設(shè)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(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出10~20米圍人的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)〞和“高靈敏區(qū)〞，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，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(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而增強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為9~10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.2~20um圍幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)圍為7~10um，正好適合于人體

11、紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域，人體紅外輻射通過(guò)局部鏡面聚焦，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(hào)處理而報(bào)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(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭具有本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。防小動(dòng)物干擾：探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)圍地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警?？闺姶鸥蓴_：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機(jī)電

12、磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)?？篃艄飧蓴_：探測(cè)器在正常靈敏度的圍，受3米外H4鹵素?zé)敉高^(guò)玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。利用熱釋電傳感器監(jiān)測(cè)環(huán)境變化，進(jìn)展信息傳輸進(jìn)而完成報(bào)警功能的系統(tǒng)主要用于家居安全，探測(cè)夜間有無(wú)人員闖入，該系統(tǒng)方便、穩(wěn)定，十分適合家庭財(cái)產(chǎn)的保護(hù)。這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式報(bào)警器采用的是熱釋電紅外線傳感器，是一種被動(dòng)式的紅外傳感器，它本身并不向環(huán)境中發(fā)射檢測(cè)用的紅外線，只是被動(dòng)的承受，因此這種熱釋電傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射出的紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。同時(shí)，它還能區(qū)分出運(yùn)動(dòng)的生物與其他非生物，應(yīng)用圍十分廣泛。熱釋電傳感器既可應(yīng)用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)與遙測(cè)等領(lǐng)域。

13、 低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2.2.1.。 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(guò)電阻、電容與運(yùn)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(jià)格廉價(jià)的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以

14、工作在低到3。0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。共模輸入圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+〞、“-〞為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+〞、“V-〞為正、負(fù)電源端，“Vo〞為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-〔-〕為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+〔+〕為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位一樣。 LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專(zhuān)為從單電源供電的電壓圍。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是

15、獨(dú)立的電源電壓的幅度。??? 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(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)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 作用就是將提供的微弱信號(hào)放大到可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載正常工作。 信號(hào)放大器電路原理圖如圖2.3.1。 圖2.3.1 信號(hào)放大器電路原理圖 信號(hào)放大器效果仿真圖如圖2.2.3。 圖2.2.3 信號(hào)放大器效果仿真圖

16、 第3章：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(cè)圍時(shí)就會(huì)有一個(gè)微弱的交流信號(hào)產(chǎn)生，然后經(jīng)過(guò)濾波整理，再將信號(hào)放大處理后，從而驅(qū)動(dòng)燈正常點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)了夜間人來(lái)燈亮，當(dāng)人走后就沒(méi)有信號(hào)輸入，燈持續(xù)一段時(shí)間后就會(huì)自然滅，實(shí)現(xiàn)了人走燈滅。 第4章：設(shè)計(jì)體會(huì) 經(jīng)過(guò)了一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，使我們對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更多的體會(huì)，對(duì)課題進(jìn)展分析、設(shè)計(jì)時(shí)，我了解到對(duì)于自己學(xué)過(guò)

17、的知識(shí)需要學(xué)以致用，不能只是背書(shū)本上的知識(shí)，在實(shí)踐的時(shí)候要能真正的用在需要的地方。同時(shí)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(duì)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(jì)，在這過(guò)程中，我們遇到了很多問(wèn)題，例如：仿真軟件的使用以與設(shè)計(jì)對(duì)電阻電容的取值的要求等。最后在教師的幫助和同學(xué)們的共同努力下，這些問(wèn)題終于柔韌而解。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也對(duì)團(tuán)隊(duì)精神的進(jìn)展了考察，讓我們?cè)诤献髌饋?lái)更加默契，在成功后一起體會(huì)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(lái)最終的結(jié)果。 參考文獻(xiàn)：

18、1. 唐文彥 《傳感器》〔第4版〕機(jī)械工業(yè) 2007年 2. 科杰 《新編傳感器技術(shù)手冊(cè)》國(guó)防工業(yè) 2002年 3. 其他：傳感器原理、接口電路、設(shè)計(jì)手冊(cè)類(lèi)參考書(shū) 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)表 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 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(shí)完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！? 】 4、不按時(shí)完成課設(shè)各階段的任務(wù)?！? 】 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 金梅 年 月 日