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1、人体红外感应灯电路设计与制作姓 名： 学 号： 系 部： 专 业： 设计题目： 人体红外感应系统的设计 指导老师： 职 称： 2016年 月 日摘 要本文介绍了红外线感应开关的原理，接受热释电红外探头（PT8A2621）将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，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，既新颖便利，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。本设计结构简洁，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很
2、小，价格低廉，隐藏性好，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 目 录1 前 言11.1课题的背景与目的11.2热释电红外感应开关简述12.1照明系统的构成32.2人体红外线楼道自动照明系统电路33 热释电红外感应开关的组成53.1传感器5人体热释电红外线传感器的基本结构和原理5热释电红外线传感器的优缺点93.1.3 CDS传感器103.2集成限制电路11概述11运算放大器13集成运放的性能指标13集成运放的组成13振荡器14电压比较器153.3可控硅19单向可控硅简介19双向可控硅204.1元件的散热问题234.2电子电路的静电爱惜235
3、结 论25致 谢26参 考 文 献271 前 言1.1课题的背景与目的节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点。由于我国在新能源研发方面处于落后局面，目前市场上的一般船型开关、拉线开关占据着灯具开关市场的主要位置。然而由于许多不行控因素的出现及人们日常习惯所限，造成了大量的电能的奢侈。这种现象在我们的生活中随处可见。空无一人的教室十多盏日关灯照旧亮着，特殊安静的楼道内灯火通明，卫生间无人运用却不熄灭灯光全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量，同时因灯具运用时间的过长，也缩短了灯具的运用寿命，常见的更换灯具也造成了人力，财力的大量奢侈。所以通过这种干脆和间接的损耗，每年电能的损失就
4、达数亿元。近十年以来，我国建筑体系的不断发展，也比照明系统提出了更高的要求。随着大量接受电子技术的家用电器面市, 住宅电子化出现。近几年楼宇智能化（智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、限制于一体的高效、舒适、平安、便利、节能、健康、环保的家居环境。）又飞速发展起来，其中实现自动照明系统可以削减电能奢侈成为实现现代化住宅的重要一笔。本课题从实际动身，准备对红外线楼道自动照明系统进行探究，随着现代化的发展,工业,农业,商业,教化等等行业的用电量都大幅度增加,在这种状况下电能的奢侈成为人们普遍关注的问题。由此观之，如何有效的削减照明
5、用电的奢侈和更好的管理照明系统已成为一个不行忽视问题。1.2热释电红外感应开关简述一般人体会放射10um左右的特定波长红外线，用特地设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生限制信号。这种特地设计的探头只对波长为10m左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个相互串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。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
6、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，于是输出检测信号。人体是一特定波长红外线的放射体，由红外传感器检测到这种红外线的变更并予以放大选频处理后，可以推动适当的负载，此乃人体红外自动开关。这一检测技术较之超声、哑声、微波方式更为灵敏与精确。它要求PIR热释电人体红外传感器的信号放大处理电路有很高的灵敏度并要能精确鉴别生物体与非生物体的运动，使误动作率降到最低。且体积小，自耗电微少。接受热释电红外传感器及专用单片集成电路构成的这种开关能成为人到灯亮、人走灯灭。它安装便利，可干脆替换面板式开关，无需改动市电线路。2照明系统总体设计2.1照明系统的构成传统照明限制系统
7、是以照明配电箱通过手动开关来限制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离限制。传统的照明电路只是为灯供应确定的电压使其发光,这种灯只是人为限制,具有很大弊端,特殊是在一些集体工作地,比如说,工厂,公司,学校等.而今出现的建筑物自控(BA)系统，是以电气触点来实现区域限制、定时通断、中心监控等功能。2.2人体红外线楼道自动照明系统电路该电路的主要元件是热释电红外传感器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、感应灯、自动水阀、自动马达限制等工业和生产领域 。BISS0001是专为热释电红外传感器（PIR）配套设计的集成电路，接受 CMOS工艺制造
8、，具有性能指标高、一样性好、功耗低、外围电路简洁、安装调试便利、工作牢靠性高等优点（整体电路设计如图2-1所示）。图2-1 整体电路图的设计外围电路元件说明：PIR感应信号经滤波进入芯片内部进行放大，与基准电压比较,假如推断有触发，运放输出高电平。这时候计时检测电路起先计时，计满确定内部时钟周期，跳变为高（可避开误触发）。上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行其次级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。上图中，R3
9、为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明限制时，若环境较光明，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不行重复触发工作方式。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti24xR10C6。3 热释电红外感应开关的组成3.1传感器传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按确定规律转换成便于测量和传输的电信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信
10、号输出的。3.1.1人体热释电红外线传感器的基本结构和原理人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m；紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线。热释电红外传感器是一种能检测人或动物放射的红外线而输出电信号的传感器。 一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体放射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体放射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增加后聚集到红外感应源上。红外感应源通常接受热释电元件，这种元件在接
11、收到人体红外辐射温度发生变更时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检验处理后即可产生报警信号。人体热释电红外线传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。热释电传感器是对温度变更敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变更时，热释电效应会在两个电极上产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在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会被空气中的离子所结合而消逝，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产
12、生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变更，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。由试验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。1) 热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变更产生的电极化现象，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。当温度变更时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变更，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3-1表示了
13、热释电效应形成的原理。能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）悬浮电荷温度变更热平衡条件TK极化温度变更造成极化T+ TK热能图3-1 热释电效应的形成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的变更时，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逝，当环境温度稳定
14、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，则温度没有变更，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm-12mm之间的红外信号的微弱变更转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容 ，例P1、P2。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之
