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）：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，負載為220V的燈，控制電路工作電壓5V2）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、參數(shù)計算3. 設(shè)計電路，并進行安裝調(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。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 探測區(qū)域 熱釋電傳感器目 錄第1章：總體方案概要.11.1意義及研究現(xiàn)狀11.2設(shè)計思路1第2章：設(shè)計方案各部分介紹.22.1熱電是傳感器的構(gòu)成及工作原理22.2低通濾波器32.3信號放大器6第3章：仿真電路的建立與分析.83.1仿真電路建立83.2仿真結(jié)果的分析9第4章：設(shè)計體會.10參考文獻.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入了人們的生活安全保障中,在保護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、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)的保護起到了一定的作用。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，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，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020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910um，而探測元件的波長靈敏度在0.220um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710um，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?？闺姶鸥蓴_：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，進行信息傳輸進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。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.。 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：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，對課題進行分析、設(shè)計時，我了解到對于自己學(xué)過的知識需要學(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，也對團隊精神的進行了考察，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：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