红外感应门铃电路设计方案毕业论文

红外感应门铃电路设计方案毕业论文内容摘要：

设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会输出有效信号。 热释电红外传感器的输出信号特性及优缺点 热释电红外传感器输出电信号的幅度和频率主要决定于：目标人体的温度、探测区域背景、人体离传感器的距离、人体移动的速度、光学透镜系统的焦距和设计样式。 人体温度和探测区域背景的温差越大 ，离传感器越近，输出电信号的幅值将越大。 双敏感元热释电传感器配合菲涅尔光学透镜使用时，输出信号波形电压峰峰值约为 1mV，频率 西南科技大学高等教育自学考试（电子信息技术）毕业论 文 6 第 6 页 共 23 页 可由下列公式 21计算： Ls2 fVf bb   （ 21） 其中： f 是输出信号频率（ Hz）， Vb是人体移动速度（ m/s）， fb是光学系统焦距（ mm）， s是传感器敏感元的面积（ mm2）， L是人体离传感器距离（ m）。 对于双敏感元传感器，标准尺寸为 2（ mm） *1（ mm），人体移动速度范围为 （ m/s）～5（ m/s），常用探测器上使用的菲涅尔透镜焦距为 25（ mm），我们可计算出传感器输出信号的频率范围为 ～ 8Hz。 由于传感器输出的信号非常微弱，因此需要外接放大电路，也有些传感器生产厂家直接将后续信号处理电路内置在传感器中，用户直接就可以使用。 热释电红外传感器其优点是本身不发出各种类型的辐射，该器件的功耗小、隐蔽性好、价格低。 其缺点是容易受各种热源、光源及射频辐射的干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；当环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度 下降，有时还会短时失灵。 菲涅尔透镜 热释电红外传感器不加光学透镜（也称菲涅尔透镜），其检测距离通常不大于 2m，而加上菲涅尔透镜后，其检测距离可大于 7m。 因此在实际应用中，热释电红外传感器通常与菲涅尔透镜配合使用。 菲涅尔透镜（ Fresnel Lense）是一种微细结构的光学元件，从正面看其象一个飞镖盘，由一环一环的同心园组成，是依托菲涅尔理论由平凸透镜演变而来的，是平凸透镜的一种异化。 它具有短焦距、大孔径及厚度小的特点，用菲涅尔透镜可以获得更为柔和、均匀的光分布照明状态。 菲涅尔透镜有两种形式， 即折射式和反射式。 其工作原理十分简单，它有两种理解方式： （ 1）假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。 如图 23所示。 图 23 菲涅尔透镜 1 西南科技大学高等教育自学考试（电子信息技术）毕业论 文 7 第 7 页 共 23 页 另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。 从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。 每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。 每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。 这种透 镜还能够消除部分球形像差。 如图 24所示。 图 24 菲涅尔透镜 2 菲涅尔透镜，简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹，通过这些齿纹，可以达到对指定光谱范围的光带通（反射或者折射）的作用。 传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵，菲涅尔透镜可以极大的降低成本，典型的例子就是 PIR。 PIR 广泛的用在门铃、警报器上。 如果你拿一个看看，你会发现在每个 PIR 上都有个塑料的小帽子，这就是菲涅尔透镜。 小帽子的内部都刻上了齿纹。 这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到 10μ m 左右（人体红外线辐射的峰值），成本相当的 低。 因此，菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR（热释电红外传感器）上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在 PIR 上产生变化的信号，继而传感器就能产生控制信号。 在热释电红外传感器应用中，菲涅尔透镜的主要作用是聚焦作用。 其工作示意图如图 25 所示。 热释电红外传感器的安装要求 热释电红外传感器的误报率与安装位置和方式有很大关系，一般应注意以下几点： （ 1）传感器应离地面 2～ ，远离空调器、冰箱、火炉、射灯等 空气温度变化敏感的地方； 西南科技大学高等教育自学考试（电子信息技术）毕业论 文 8 第 8 页 共 23 页 图 25 菲涅尔透镜聚焦作用示意图 （ 2）不要正对着窗户、门、灶台，否则室外的热气和人员的频繁流动会引起传感器误报； （ 3）传感器探测范围不能有隔板、大型家具、屏风等遮挡物。 此外，热释电红外传感器对人体敏感程度还和人的运动方向有关，它对于径向移动反应最不敏感，而对于切向方向（即与半径垂直的方向）移动最为敏感。 如图 26所示。 图 26 热释电红外传感器灵敏度示意图 四运放集 成电路 LM324是四运放集成电路，它采用 14脚双列直插塑料封装 ,外形如图所示。 它的内部包含四组形式完全相同的 运算放大器 , 除电源共用外 ,四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图 1所示的符号来表示 ,它有 5个引出脚 ,其中“ +”、“ ”为两个信号输入端 ,“ V+”、“ V”为正、负电源端 ,“ Vo”为输出端。 两个信号输入端中 ,Vi（ ）为反相输入端 ,表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反。 Vi+（ +）为同相输入端 ,表示运放 西南科技大学高等教育自学考试（电子信息技术）毕业论 文 9 第 9 页 共 23 页 输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列见图 27。 图 27LM324外形图和内部结构图 由于 LM324四运放电路具有电源电压范围宽 ,静态功耗小 ,可单电源使用 ,价格低廉等优点 ,因此被广泛应用在各种电路中。 运放电路设计 利用 LM324 运放，设计的前置放大电路图如图 28 所示。 图 28 前置放大电路图 此放大器可代替晶体管进行交流放大 ,可用于扩音机前置放大等。 电路无需调试。 放大器 U1A 由 R R4组成 1/2Vcc 偏置 ,C2是消振电容。 U1A 放大器电压放大倍数 Av仅由外接电阻 R R5决定： Av1=R5/R2=200K/10K=20。 放大器 U2B 由 R R8组成 1/2Vcc 偏 西南科技大学高等教育自学考试（电子信息技术）毕业论 文 10 第 10 页 共 23 页 置， C5 是 消 振 电 容。 U2B 电 压 放 大 倍 数 Av 由 外 接 电 阻 R6 、 R9 决 定 ：Av2=R9/R6=1M/10K=100。 Avo=Av1*Av2=20*100=66db。 按图中所给数值 , Av1=20和Av2=100。 负号表示输出信号与输入信号相位相反。 此两级放大电路输入电阻分别为 RR6， C1和 C4为耦合电容。 （二）比较电路和开关电路设计 利用 LM324 设计的比较、开关电路图如图 29 所示。 图 29（ a）比较电路 图 29（ b）电压传输特性 其中 U1 为上限电压， U2 为下限电压， Ui 为输入电压；当 UiU1 或 UiU2 时，运算放大器 A1 或 A2 输出高电平 ,输出 Vo≈ U+om，三极管 Q1 导通， Uo 输出为低电平。 西南科技大学高等教育自学考试（电子信息技术）毕业论 文 11 第 11 页 共 23 页 当 U1UiU2时，运算放大器 A1 和 A2 均输出低电平，输出 Vo=Uom，三极管 Q 截止，Uo输出为高电平。 由图中传输特性可知，当输入电压 Ui处于 U1和 U2之间时，输出为 Uom，而当输入电压的值处于 U1和 U2之外时输出为 +Uom。 在图 29（ b）电压传输特性电 路中，运算放大器的输出端不能直接相连，因为图 29（ a）（ D D2用 IN4148， R=1K）当两个运入输出电压的极性相反时，将互为对方提供低阻抗通路而导致运算放大器烧毁。 在比较器后加上开关管 ,整个电路不但工作可靠 ,且输出电流大 ,能驱动后级的执行电器工作。 （三）延时电路 延时电路的功能是使客人离开过后音乐还继续在响，在本设计中可以得用单稳态ME555 后积分电路实现。 NE555 内部结构及工作原理 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态 触发器 及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。 下面就本设计需要主要介绍一下它的内部结构、基本原理和单稳态触发器。 555 内部结构如图 210 所。