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1、电子课程设计报告题目 热释电红外自动节能灯设计学生姓名：XX专业：XX时间：XX指导教师：XX完成时间：20XX年XX月XX日热释电红外自动节能灯设计任务书1设计目的与要求 设计一个热释电红外自动节能灯控制电路，要认真并准确地理解有关要求，独立完成 系统设计，要求所设计的电路具有以下功能（1）人在灯亮，人走后延时灯灭；（2）采用热释电红外传感器，进行人员检测；（3）光源负载为白炽灯。2设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）电路仿真；（4）SCH 文件生成与打印输出；（5）PCB 文件生成与打印输出。3编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和电路
2、图，有总结体会。4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录摘要 11 引言 12 总体设计思路 22.1 设计思路 22.2 设计总体框图 33 电路分析 43.1 HN911L 的工作原理 43.2 555 芯片的工作原理 53.3 滤波电路的工作原理 53.4 总体电路 64 总结与体会 7 参考文献7 附录8热释电红外自动节能灯摘要人体是一特定波长红外线的发射体，由红外传感器检测到这种红外线的变化并予 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准确。它要求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准确鉴
3、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。采用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。它安装方便，可直接替换 86 型面板式开关，无 需改动市电线路基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入开关感应范围时，专用 传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载，人不离开感应范围，开关将 持续接通.关键词 热释电 红外线 自动 节能1. 引言所谓的热释电红外自动节能灯就是一种将人体发出的红外线转化成电 信号的自动节能灯。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。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、
4、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。 它正在被广泛的应用到各种自动化控制装臵中。除了在我们熟知的楼道自 动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景也被看好。 在学 校、机关、厂矿企业等单位的公共场所楼梯、走廊、卫生间及居民区的公 共楼道，公共场所的照明控制。长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极 大浪费。为此，安装方便、使用寿命长的热释电红外自动节能灯更实用、 更经济。红外线是一种电磁波,在电磁波谱中的位臵是处于红外端,波长范 围大致是0.76um1000um。红外线与可见光、紫外线、X射线、y射线及 无线电波一起,构成了无限连续的电磁波。理论分析和实验研究
5、表明,不仅 阳光中有红外线 ,而且任何物体,只要温度高于绝对零度 ,就在不停地辐射 红外线。因此,红外线普遍存在于自然界中。我们人体也是一个红外辐射源， 它与室内其它背景物体不但在红外辐射能量方面有所不同，而且各自辐射 的红外线的峰值波长也不相同，人体辐射的红外峰值波长约在10um处.2. 总体设计方案2.1 设计思路用热释电光控延时开光代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以 后，当有人走过楼道，楼道声音会自动点亮，提供照明，当人们走进家门 或走出公寓，楼道灯延时几分钟会自动熄灭。在白天，即使有人经过传感 器的监测范围，楼道灯也不会点亮，可以达到节能的目的。传感器光控开 关不仅适用于住宅区的
6、楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共 场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各 种楼房走廊照明设备。降低能耗、节约能源、注重环保是当今世界的主潮 流，高能耗且会加剧温室效应的白炽灯越来越不受欢迎。继公布“欧盟后 年封杀白炽灯”时间表后，世界各地陆续抛弃白炽灯已成定局，环保型节 能荧光灯是白炽灯的替代。这是一种传感器和光照双控照明灯，它可以广 泛于楼梯、过道、库房的场合。本设计是一种基于数字集成电路声光控节 能灯的设计，电路由电源电路、信号放大整形电路、延时处理电路单稳态 电路组成。白天光照好，不管过路者发出多大声音，它都不会亮。夜晚光 暗，电路的热释电传感器只要
7、检测到有人经过，就会自动亮为行人照明， 过几分钟又熄灭。热释电光控节能灯具有体积小、外形美观、制作容易、 工作可靠等优点。2.2 设计总体框图红外传感器（又称红外热释电传感器），这种材料具有热释电效应。所 谓热释电效应是指该种材料中自发极化的强度随温度的变化而变化的效 应。电介质在外加电场的作用下会产生电极化的现象，即会使电介质的一 个表面带有正电荷，而另一个表面带有负电荷。对于热释电材料来说，在 外加电压去掉后，仍可自行保持着这种电极化状态的现象就称为是“自发 极化”现象。这种自发极化的强度与温度有关。温度升高，极化强度降低 即单位面积上的电荷减少。用热释电材料制成厚度极薄的片，并使之形成
8、自发极化。当它受到红外辐射源的照射时，薄片的温度将升高，极化强度 减弱，表面电荷将减少。通常将释放掉的这部分电荷就称为热释电电荷。 由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经 电路所转变成的输出电压也同样可以反映材料温度的变化，从而探测出红 外辐射能量的变化。红外传感器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐 射能量经反射或特殊的透镜透射后全都集中在红外传器上。这样，红外探 测器就可以探测到某一个立体防范空间内辐射的变化。当有人体在探测区域内走动时，就会造成红外热辐射能量的变化。红外传感器将接收到的活 动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转换为相应的电信号，经 适当的处
9、理后，送至HN911L热释电传感器中。HN911L红外传感器的探测波 长范围是8 14um，由于人体的红外辐射波长正好在此探测波长范围之内， 因此能较好地探测到活动的人体。图 1 设计总体框图3. 电路分析3.1 HN911L 的工作原理图 2 HN911L 的原理图 图 3 仿真图用信号源替代 HN911LHN911L型号末尾的L表示微功耗型，其静态电流仅为20uA，供电电流 为6V。所谓静态是指在一定范围内无活动目标移动的情况。此时，其输出 端引脚成高电平，IC2 （ 555芯片）处于复位状态，当有人进入红外探测范 围后，HN911L内的热释电红外探测元件将人体辐射出的红外光谱能量进行放大
10、，比较延迟电路后，在输出端 2 呈低电平（小于 0.4V）。3.2 555 芯片工作原理555 集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做 555 定时器或555 时基 电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温 调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、 双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制 等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产 品中，555 集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本 R-S 触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的 混合体。它含有两个电压比较器，
11、一个基本RS触发器，一个放电开关T, 比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较 C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和 l/3Vcc。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入 信号输入并超过2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平， 同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于l/3Vcc时，触发器 置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。DR是复位端，当 其为0时，555输出低电平。平时该端开路。VCO是控制电压端（5脚），平 时输出 2/3Vcc 作为比较器 A1 的参考电平，当
12、5 脚外接一个输入电压，即 改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。A1图 4 555 芯片原理图3.3 滤波电路工作原理VCCRST OUTDISTHaTRICONGND10C2uF半 10nF图 5 555 芯片仿真图555电容滤波，简单的说，滤波是利用电容对特定频率的等效容抗小，近 似短路来实现的（与谐振无关）滤高频用0.1uF陶瓷电容-它对1MHz信 号的等效容抗只有1.6欧姆，而对50Hz的工频信号等效容抗有近似32千 欧，所以只能滤高频；而要滤工频， 2000uF 电容的等效容抗才能与 0.1uF 对 1MHz 信号的等效容抗相当。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特
13、 性来达到平滑脉冲的电压的目的，在正半周D导通时分两个电流：一是电流 IL向负载供电，二是IC向电容充电；如忽略D的压降则在电容上的电压等于 U2,当U2达到最大的峰值后开始下降，此时电容C上的电压UC也将由于放 电而逐渐下降，当U2UC 时二极管再导通,再次循环下去.但 半波整流滤波的输出的电压还是带有锯齿装的成分现在多用桥式整流滤波 电路；原理同上. 根据上面的分析可知,采用电容滤波后,有如下特点： 1、 负载电压中的脉动的成分降低了许多；2、负载电压的平均值有所提高。RC 滤波器。因为在这一领域中，信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简 单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的
14、阻容元件，所以在 工程测试的领域中最经常用到的滤波器是RC滤波器ORC无源滤波器电路及 其原理 所谓的 RC 低通滤波器就是允许低频信号通过，而将高频信号衰减 的电路，RC低通滤波器电路 在测试系统中，常用RC滤波器。因为在这一 领域中，信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有 较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件易得，所以在工程测试的领域 中最经常用到的滤波器是 RC 滤波器。C37II1560nFR5I I750kQ图7滤波电路仿真图原理图3.4 整体电路 该电路包括热释电红外传感器电路、光控开关、单稳态延时和晶闸管控制电路。该电路的优点是白天关闭；夜晚，当有人走近时，插座有电， 点灯自动点亮，节能节电。光敏三极管VT2（即开关J1）、VT1组成光控开 关，白天光照强，VT2呈低阻，VT1饱和导通，试电路的4（RST ）引脚呈低 电平（小于0.4V）, 555处于强制复位状态，对外界的任何触发不作任何影 响。夜晚光照明显减弱，VT2呈高阻，VT1截止，555的4 （ RST ）引脚呈高 电平， 555 处于触发状态，当有人走图 8 热释电红外自动控制节能灯原理图近红外线传感区的作用范围，HN911L （即VI）内的热释电红外探测元件将 人体辐射出的红外线光谱能量进行放大、比较、延迟处理后，在输出端 2 转呈
