传感器课程设计 自动点亮的道路灯

燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书题目：学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：燕山大学课程设计说明书燕山大学《传感器原理与设计》课程设计任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系学号学生姓名专业（班级）13级1班设计题目夜晚自动点亮的道路警示灯设计设计技术参数利用热释电传感器制作探测人体红外线，将探测到的人体信息转换成电信号，经放大和抗干扰处理后，输出控制信号，实现“夜间人来灯亮，人走灯灭”的自动灯控制器。1）电源为220V交流电，负载为220V的灯，控制电路工作电压5V2）人体感应探测范围1m以上，视场角100度以上。设计要求1.理论设计方案及论证2.传感器结构设计、理论分析、参数计算3.设计电路，并进行安装调试4.提交课程设计说明书工作计划周1：收集消化资料及拟定设计方案周2～周3：敏感元件、传感元件设计、转换电路设计周4：设计结果实验验证或演示，撰写设计说明书周5：答辩。参考资料1.唐文彦《传感器》（第4版）机械工业出版社2007年2.李科杰《新编传感器技术手册》国防工业出版社2002年3.其他：传感器原理、接口电路、设计手册类参考书指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2016年12月30日燕山大学课程设计说明书摘要本文介绍了红外线感应开关的原理，采用热释电红外探头（PT8A2621）将接收到的微弱信号加以放大，制成红外热释电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。关键词：红外线感应开关红外辐射探测区域热释电传感器燕山大学课程设计说明书目录第1章：总体方案概要……………………………………………….11.1意义及研究现状………………………………………………………11.2设计思路………………………………………………………………1第2章：设计方案各部分介绍……………………………………….22.1热电是传感器的构成及工作原理……………………………………22.2低通滤波器……………………………………………………………32.3信号放大器……………………………………………………………6第3章：仿真电路的建立与分析…………………………………….83.1仿真电路建立…………………………………………………………83.2仿真结果的分析………………………………………………………9第4章：设计体会…………………………………………………….10参考文献……………………………………………………………....10燕山大学课程设计说明书1第1章：总体方案概要1.1意义及研究现状电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用于我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。随着近几年我国电子技术的不断发展，许多原先的高端电子产品也逐渐步入人们的生活。现在价格低廉的热释电红外传感器得到了很大的普及。原本用于控制感应门的热释电红外传感器也进入了人们的生活安全保障中,在保护各方面安全工作中起着至关重要的作用。热释电传感器在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出控制信号，热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。早在1938年，有人就提出利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视。直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速增长它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。经过分析、仿真后，本次的电路设计具备了相应的报警灵敏度与报警能力，总体水平基本达到了课程设计的要求。能够运用在家庭、商场、仓库等需要夜晚自动值守防盗保护的场合，为人们的日常生活带来了方便，更为私人财产和公共财产的保护起到了一定的作用。1.2设计思路通过热释电传感器感应人体红外辐射后输出一个微弱的交流信号，然后经过滤波整理，再将信号放大处理后，将信号输出。燕山大学课程设计说明书2热释电传感器输出的信号是一个毫伏级的微弱交流信号，且不稳定，这个信号频率与人体运动速度有关，当人运动速度越大，信号也越强。经过滤波电路后，可以排除杂波及突变信号的干扰，再经过信号放大处理，输出一定的电信号使灯点亮。当人离开后，由于没有触发信号，灯自然会灭。实现了“夜间人来灯亮，人走灯灭”的目的。第2章：设计方案各部分介绍2.1热释电传感器的构成及工作原理：热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入燕山大学课程设计说明书3一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8-12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为9~10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为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。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。被动式热释电红外探头具有本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。利用热释电传感器监测环境变化，进行信息传输进而完成报警功能的系统主要用于家居安全，探测夜间有无人员闯入，该系统方便、稳定，十分适合家庭财产的保护。这里所设计的被动式报警器采用的是热释电红外线传感器，是一种被动式的红外传感器，它本身并不向环境中发射检测用的红外线，只是被动的接受，因此这种热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射出的红外线，并将其转化为电压信号。同时，它还能辨别出运动的生物与其他非生物，应用范围十分广泛。热释电传感器既可应用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关及遥测等领域。2.2低通滤波器低通滤波器实验电路图如图2.2.1.。燕山大学课程设计说明书4图2.2.2低通滤波器仿真效果图燕山大学课程设计说明书5图2.2.3低通滤波器仿真效果图通过电阻、电容及运算放大器组成低通滤波电路，其特征频率：HzCRf10102102.82121630（式2-2-1）64.1143RRA（式2-2-2）LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源燕山大学课程设计说明书6应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。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，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围。从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器现在可以更容易地在单电源系统中实现的电路。例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻松地将提供所需的接口电路，而无需额外的±15V电源标准的5V电源电压。LM324引脚如图2.2.3.图2.2.3LM324引脚图2.3信号放大器作用就是将提供的微弱信号放大到可以驱动负载正常工作。信号放大器电路原理图如图2.3.1。燕山大学课程设计说明书7图2.3.1信号放大器电路原理图信号放大器效果仿真图如图2.2.3。图2.2.3信号放大器效果仿真图燕山大学课程设计说明书8第3章：仿真电路的建立与分析3.1仿真电路建立：仿真电路图如图3.1.1所示。图3.1.1仿真电路图3.2仿真结果的分析：仿真电路效果图如图3.2.1所示。燕山大学课程设计说明书9图3.1.2仿真电路效果图当有人进入到热释电红外线传感器探测范围内时就会有一个微弱的交流信号产生，然后经过滤波整理，再将信号放大处理后，从而驱动灯正常点亮，实现了夜间人来灯亮，当人走后就没有信号输入，灯持续一段时间后就会自然灭，实现了人走灯灭。燕山大学课程设计说明书10第4章：设计体会经过了一个星期的课程设计，使我们对所学的知识有了更多的体会，对课题进行分析、设计时，我了解到对于自己学过的知识需要学以致用，不能只是背书本上的知识，在实践的时候要能真正的用在需要的地方。同时我也发现只是这样的学习如果不去加以利用是不能熟练掌握精髓的，对于自己不知道的，要用合理的方式去学习到自己的脑袋里面，把它真正的变成自己的东西，这样才是学习的根本所在。传感器课设计，在这过程中，我们遇到了很多问题，例如：仿真软件的使用以及设计对电阻电容的取值的要求等。最后在老师的帮助和同学们的共同努力下，这些问题终于柔韧而解。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终的结果。参考文献：1.唐文彦《传感器》（第4版）机械工业出版社2007年2.李科杰《新编传感器技术手册》国防工业出版社2002年3.其他：传感器原理、接口电路、设计手册类参考书燕山大学课程设计说明书11燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：1、认真、很好的完成课设各阶段的任务。【】2、能够较好的完成课设各阶段的任务。【】3、能够按时完成课设各阶段的任务。【】4、不按时完成课设各阶段的任务。【】成绩：指导教师：金梅年月日