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1、课程设计说明书课程设计名称： 模拟电路课程设计 课程设计题目： 热释电传感报警器 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 通信工程 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 20 15年 4 月 25日 模拟电路 课程设计任务书题目热释电传感器报警电路内容及要求设计制作一热释电传感器报警电路 有人接近传感器时，热释电传感器报警电路发出报警，无人接近时不报警。 白天不起作用，晚上自动工作。进度安排第1周：周一至周五白天在网上和图书馆查阅关于热释电传感器的相关资料；第2周：周一上午去领取实验器材，周二到周四负责电路板的焊接与调试；第3周：整理并完成实验报告；学生姓名：指导时间：2015.4.13-2
2、015.4.17指导地点： E楼311室任务下达2015年4月13日任务完成2015年 4月 27 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 系（部）主任 20 14 20 15 学年 第 2 学期第 7 周 9 周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。摘要随着社会的不断进步，电子技术的不断发展，人们的生活水平得到了很大的改善，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。为
3、此，许多小区，家庭都安装了报警系统，这有效的的保证了居民的人身财产安全。而本文介绍的热释电传感器报警器由于设计简单，价格低廉而得到了越来越多人的青睐。本次实验模拟设计了基于BISS0001集成芯片的热释电传感器报警器。 该报警器主要由热释电传感器及其检测电路，报警电路组成。热释电传感器和集成芯片BISS0001是报警器设计的核心器件，热释电传感器把人体的红外信号转换为电信号，再通过集成芯片对电信号的处理来驱动蜂鸣器报警。 关键字：热释电传感器，报警电路，高低电平目录前言1第一章 系统组成及方案设计21.1热释电传感器报警电路的系统组成21.2热释电传感报警器方案设计一31.3热释电传感报警器方
4、案设计二4第二章 电路组成以及基本原理52.1热释电传感器52.2光敏电阻62.3集成芯片BISS00016第三章 电路仿真以及结果分析9第四章 实验调试与电路分析104.1 电路板的焊接104.2 电路调试与分析10第五章 结论心得11附录一 参考文献12附录二 元件清单13附录二 实物图14前言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，随着科技的迅速发展以及偷窃犯罪率越来越高，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
5、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迅速发展。当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，图1表示了热释电效应形成的原理。 热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有T的变
6、化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱电压V。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体活动。 热释电传感产品广泛应用于自动控制、防盗报警、照明控制，语音迎宾器等领域，随着相关信号处理器性能和可靠性的不断提高，热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，因其价格低廉、技术性能稳定而受到
7、广大用户和专业人士的欢迎，广泛应用于各种自动化控制装置中，既可作为红外激光的一种较理想的探测器，又可适用于防盗报警以及应用在一些危险的事物上用于防止人遇到危险。第一章 系统组成及方案设计1.1热释电传感器报警电路的系统组成热释电传感器传感器报警电路主要由信号探测电路、开关电路、信号控制电路和报警电路等几部分组成。其系统框图如图3.1所示。图1.1 系统框图信号探测电路开关电路信号控制电路报警电路菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成,颜色为乳白色或黑色,呈半透明状,但对波长为10um左右的红外线来说却是透明的。菲涅耳透镜的焦点一般为5厘米左右，除有聚焦作用还可形成可见区和盲区，实际应用时一般把菲涅
8、耳透镜固定在传感器正前方1一5厘米的地方。当物体射出的红外线通过菲涅耳透镜后，传到热释电红外探测器，这时热释电红外探测器将输出脉冲信号，脉冲信号经放大和滤波后由电压比较器将其与基准值进行比较，当输出信号达到一定值时，报警电路发出警报。1.2 热释电传感报警器方案设计一 该电路方案是通过一个光敏电阻以及一个热敏电阻来实现课题要求的，极大地简化了电路以及添加了与非门电路保证输出电平是一个高电平。此电路的工作原理即当光敏电阻遮光时且热敏电阻受热时，才能触发电路工作，上图中20千欧姆起到一个分压的作用，与非门电路的条件是输出一个高电平，同时电路中的电压表起到一个很好的检测作用，555电路右下的电容起到
9、延时LED灯发光时间的作用，可惜LED有点不太灵敏，并且老师指出该电路有点违背课题要求，没有使用热释电传感器，所以我们重新设计的第二种方案。 图1.2方案一1.3 热释电传感报警器方案设计二 该电路方案是在老师指导之后重新设计，通过使用热释电传感器来捕捉人体产生的红外信号从而转化为电信号输入给信号处理电路，并且通过R3光敏电阻来实现白天不工作，当在光照的状态下光敏电阻的阻值较小使得集成芯片的9脚输入低电平从而不能触发报警，当在黑暗状态下光敏电阻阻值较大集成芯片9脚输入高电平从而触发报警器报警。而在这过程中集成芯片BISS0001是便发挥了重要作用。其中电源为5V，此方案完全符合设计要求，所以在
10、实践过程中选择了此方案。 图1.3方案二 第二章 电路组成以及基本原理2.1热释电传感器 图2.1热释电传感器原理图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。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
11、合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出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，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um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710-um，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
12、用作探测人体辐射的红外线传感器。 2.2光敏电阻光敏电阻工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大 图2.2光敏电阻原理图
13、而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。在有光照射时入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。2.3集成芯片BISS0001BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。CMOS数模混合专用集成电路。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。双向鉴幅器，可有效抑制干扰。内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，并具有结构新颖，稳定可靠，调解范围宽的特点。图2.3 BISS0001内部框图表2.3 BISS0001各引脚功能引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节
