基于红外传感检测车流量毕业设计

基于红外传感检测车流量毕业设计内容摘要：

过光的波长范围为 7~10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 而我现在的设计是针对车辆的。 汽车 发动机工作的最佳温度是 8090 摄氏度。 发动机 所发出的热辐射强度与辐射距离成反比，距离越远，辐射强度越低，即温度越低。 从这一点出发，只要降红外探测器放置在探测最大距离以外，理论上就能实现探测到车辆的温度且不受人体及其他热源的干扰。 响应时间、感应距离、温度量程是直接制约热释红外传感器成本的因素。 此次设计犹豫经费和时间的限制，我选择了一款价格低、灵敏度高（ 1 秒响应）、距离可调（最远距离 7M）、延时可调的热释红外传感器。 我通过对探测距离的测试来减少通过红外探测器对外界干扰的误测。 当感应距离设置为最远距离（ 7M）时，降红外探头放置在离车辆 911M 时，可以感应到车辆。 这也跟气温有关，气温在 23 摄氏度以下时，探头需要接近车辆一些，超过 10M 的距离灵敏度就不够了。 而当气温高于 23摄氏度时，探头则可以放置的更远一些。 设计（论文）专用纸 这也许就是目前只能交通中 很少使用红外传感的一个重要原因，天气变化无常，而红外探头不可能随时改变位置（目前使用更多的车辆感应为地感线圈，压力传感，不受天气变化影响）。 而使用红外感应的也不是热释电红外，是红外线发射和接受装置（目前驾驶执照考试中，就用红外线发射和接收来进行测量）。 对于此次设计，在我经过多次实验后，基本能达到监测车流量的预期目标。 即将热释红外探头放置在距离车辆 10M 的距离，当车辆经过时， 基本可以完成车流量计数。 三、元器件及设备选型 红外传感信号处理器 特点 （ 1） CMOS数模混合专用集成电 路。 （ 2） 具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理。 （ 3） 双向鉴幅器，可有效抑制干扰。 （ 4） 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调解范围宽。 （ 5） 内置参考电压。 （ 6） 工作电压范围 +3V— +5V。 （ 7） 采用 16脚 DIP封装。 设计（论文）专用纸 图 6 BISS0001 红外传感信号处理器 工作原理 图 7 为 BIS0001红外传感器信号处理器的原理框图。 外界元件由使用者根据需要选择。 由图可见 BISS0001 时有运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时 器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。 可广泛应用于多种传感器和延时控制器。 图 7 BISS0001红外传感器信号处理器的原理框图 各引脚的定义和功能如下： VDD— 工作电源正端。 范围为 3~5V。 设计（论文）专用纸 Vss— 工作电源负端。 一般接 0V。 IB— 运算放大器偏置电流设置端。 经 RB 接 VSS 端， RB 取值为 1MΩ 左右。 11N— 第一级运放放大器的反相输入端。 11N+— 第一级运放放大器的同相输入端。 1oUT— 第一级运算放大器的输出端。 2IN— 第二级运算放大器的反相输出端。 2OUT— 第二级 运算放大器的输出端。 Vc— 触发禁止端。 当 Vc＜ VR 时禁止触发；当 VC＞ VR 时允许触发。 VR≈。 VRF— 参考电压及复位输入端。 一般接 VDD。 接 “0” 时可使定时器复位。 A— 可重复触发和不可重复触发控制端。 当 A=“1” 时，允许重复触发，当 A=“0” 时，不可重复触发。 Vo— 控制信号输出端。 由 Vs 上跳边沿触发使 Vo 从低电平跳变到高电平时为有效触发。 在输出延时间 Tx 之外和无 Vs 上跳变时 Vo 为低电平状态。 RR1RC1— 输出延迟时间 Tx 的调节端。 Tx≈ 49152R1C1。 RR2RC2— 触发封销时间 Ti 的调节端。 Tx≈ 24R2C2。 图 8 所示的不可重复触发工作方式下的各点波形，说明 BISS0001 的工作过程。 设计（论文）专用纸 图 8 不可重复触发工作方式下各点的波形 首先，由使用者根据实际需要，利用运算放大器 OP1 组成传感信号预处理电路，将信号放大。 然后耦合给运算放大器 OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高位 VM（≈ ）后，送到有比较器 COP1 和 COP2 组成的双向鉴幅器，剪除有效触发信号 Vs。 由于 VH≈ VDD、 VL≈ VDD，所以，当 VDD=5V 时，可有效 地抑制177。 1V 的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3 是一个条件比较器。 输入电压 Vc＜ VR（≈ VDD）时， COP3 输出为低电平封住了与门 U2，禁止触发信号 Vs 向下级传递；而当 VC＞ VR 时，COP3 输出为高电平，打开与门 U2，此时若有触发信号 Vs 的上跳边沿来到，则可启用延时时间定时器，同时 Vo 端输出为高电平，进入延时周期。 当 A 端接“ 0”电平时，Tx 时间结束时， Vo 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期 Ti。 再Ti 周期内，任何 V2 的变化都不能使 Vo 为有效状态。 这一功能 的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 下面图 9 所示可重复触发工作方式下各点的波形，说明 BISS0001 在此状态下的工 作过程。 设计（论文）专用纸 图 9可重复触发工作方式下各点的波形 在 Vc=“ 0”、 A=“ 0”期间， Vs 不能触发 Vo 为有效状态。 在 Vc=“ 1”、 A=“ 1”时，Vs 可重复触发 Vo 为有效状态，并在 Tx 周期内一直保持有效状态。 在 Tx 时间内，只要有 Vs 得上跳变，则 Vo 将从 Vs 上跳变时刻算起继续延长一个 Tx 周期；若 Vs 保持为“ 1”状态，则 Vo 一直保持有效状态；若 Vs 保持为“ 0” 状态，则在 Tx 周期结束后 Vo 恢复为无效状态，并且在封锁时间 Ti时间内，任何 Vs 的变化都不能触发 Vo 为有效状态。 电气参数 极限参数（ Vss=0V） 电源电压： ~6V 输入电压范围： ~+6V（ VDD=6V） 隔引出断最大电流：177。 10mA（ VDD=5V） 工作温度： 10℃ ~+70℃ 设计（论文）专用纸 存放温度： 65℃ ~+150℃ 电参数（ TA=25℃ Vss=0V） DYPME003 图 10 热释红外感应模块 特点 菲涅尔透镜 (Fresnel lens) 多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在 1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。 图 11 菲涅尔透镜 设计（论文）专用纸 菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通 的凸透镜低很多。 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 上产生变化热释红外信号。 （ 1） 全自动感应 :车辆 进入其感应范围则输出高电平， 车辆 离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。 （ 2） 光敏控制：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 （ 3） 温度补偿：在夏天当环境温度升高至 30～ 32℃ ，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。 （ 4） 两种触发方式：（可跳线选择） :即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平； ：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有 车辆 在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到 车辆 离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到 车辆 的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点 )。 （ 5） 具有感应封锁时间 (默认设置 : 封锁时间 )：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何 感应信号。 此功能可以实现 “ 感应输出时间 ” 和 “ 封锁时间 ” 两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 (此时间可设置在零点几秒 — 几十秒钟 )。 （ 6） 工作电压范围宽：默认工作电压。 设计（论文）专用纸 工作原理 （ 1） 感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出 03 次，一分钟后进入待机状态。 （ 2） 应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。 （ 3） 感应模块采 用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（ A 元 B 元）位于较长方向的两端，当 车辆 从左到右或从右到左走过时 ,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当 车辆 从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与 活动 活动最多的方向尽量相平行，保证 车辆 经过时先后被探头双元所感应。 为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以 上要求。 距离调节 延时调节 调节距离电位器顺时针旋转，感应距离增大（约 7米），反之，感应距离减小（约 3米）。 调节延时电位器顺时针旋转，感应延时加长（约 300S），反之，感应延时减短（约 5S）。 电气 参数 工作电压范围： DC 静态电流： 50uA 电平输出： 高 V /低 0V 触发方式： L不可重复触发 /H 重复触发 延时时间： 5200S(可调 )可制作范围零点几秒 几十分钟 封锁时间： (默认 )可制作范围零点几秒 几十秒 电路板外形尺寸： 32mm*24mm 感应角度： 100 度锥角 感应距离： 7米以内 设计（论文）专用纸 工作温度： 15+70 度 感应透镜尺寸： 直径 :23mm(默认 ) LM393 LM393,LM393A， LM393D 由两个独立的电压比较器构成。 它的电源可以由宽范围的单个正电压供电，也可以由正负两个电压供电。 由于输出是集电极开路，它可以和另外一个集电极开路的输出构成与 (AND)逻辑关系。 LM393 和 LM393A 的工作温度范围是 0176。 C 到 70176。 C。 工作电压 2V ~ 36V 或者 177。 1 V ~ 177。 18 V。 4. 运算放大器 LM358 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 编号名称 型号 数量 R1 电阻 47K 1 C10 电解电容 470u/25V 1 R2 电阻 1M 1 C11 瓷片 电容 1 R3 电阻 1K 1 VD1－ VD5 整流二极管 IN4001 5 R4 电阻 1 U 全桥 2A/50V 1 R R R R1 R1 R15 电阻 100K(R12 为线性微调电阻 ) 6 VT1 晶体三极管 90。