热释电防盗报警器设计毕业设计说明书

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1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计(论文)题目: 热释电防盗报警器设计专 业: 应用电子技术 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 二00八年十二月二十日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名学号班级专业应用电子技术设计（或论文）题目热释电防盗报警器设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注高讲四川信息职业技术学院电子工程系、高级工程师081电子军工集团设计（论文）内容：1、查阅有关方面的相关资料，了解此方面的发展状况；2、掌握所用器件的特性3、采用合理的设计方案；4、设计、实现该系统；5、撰写设计报告进度安排：57周：根据要求设计出方框图和原理电路图。根

2、据电路分析其工作原理。89周：根据电路准备电子元件.1012周：制作出印刷电路板,安装并调试，测试出相应的技术指标；1315周：根据调试分析其优缺点和提出整改措施，完成论文主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1黄继昌，徐巧鱼等 。传感器工作原理及应用实例M ，人民邮电出版社 。2被动红外探测器在安防工程中的应用3童诗白、华成英.模拟电子技术基础 第三版.北京：高等教育出版社，2001.审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目录摘 要1第1章 绪论21.1 热释电报警器的发展2第2章 热释电报警器的设计32.1传感

3、器32.1.1传感器的概念32.1.2传感器系统的原则32.1.3传感器的性能32.1.4热释电传感器的原理及应用42.1.5热释电报警器的设计62.2比较器的设计72.3光电耦合器92.4控制器的设计102.4.1 555定时器的介绍102.4.2主要参数计算142.4.3芯片14第3章 工作原理16第4章 结论17致 谢18参考文献19附录1 元件参数表20附录2电路总图21附录3 仿真图22摘 要本文分析了用物体热释电传感器设计的报警器和用热释电传感器设计的报警器,提出了用热释电传感器设计的报警器，分析了电路工作原理，对电路参数进行了分析。热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它

4、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。热释电传感器报警器是物理信号转换成电信号的报警器设计。关键词 热释电传感器；光电耦合器；电压比较器；防盗报警器第1章 绪 论1.1 热释电报警器的发展改革开放20多年来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：一是建立了“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究开发基地；二是MEMS、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术

5、发展重点；三是在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格的新产品；四是初步建立了敏感元件与传感器产业，2000年总产量超过13亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用；五是全国已有1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，其中从事MEMS研制生产的已有50多家。目前全行业正在执行“十五”计划，MEMS等5项新型传感器已列入研究开发的重点。随着传感器的发展，又因为近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品、各总类型的移动机车和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十

6、分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。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。本文先介绍热释电传感器的原理，然后再描述相关的专用集成电路的原理。第2章 热释电报警器的设计2.1传感器2.1.1 传感器的概念最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学

7、量转变成便于利用电信号的器件。国际电工委员会(IEC:InternationalElectrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。2.1.2传感器系统的原则进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大

8、器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。2.1.3 传感器的性能传感器系统的性能主要取决于传感器，传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源有源(a)和无源(b)传感器的信号流程无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象

9、特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，传感器将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。2.1.4 热释电传感器的原理及应用1. 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

10、成电路处理技术也迅速增长。本文先介绍热释电传感器的原理，然后再描述相关的专用集成电路处理技术。2. 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2-1表示了热释电效应形成的原理。图2-1 热释电效应的形成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

11、 等）、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等），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或者动物的活动

12、。热释电红外传感器的结构及内部电路见图2-2所示。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8mm12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，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。图2-2 热释电红外传感器的结构及内部电路图2-3菲涅尔透镜菲涅耳透镜（图2-3）根据菲涅耳原理制成，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感

13、器（PIR）灵敏度大大增加。菲涅耳透镜折射式和反射式两种形式，其作用一是聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；二是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化电信号。如果我们在热电元件接上适当的电阻，当元件受热时，电阻上就有电流流过，在两端得到电压信号。 3. 被动式热释电红外%传感器%的工作原理与特性 在自然界，任何高于绝对温度（-273K）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。 人体都有恒定的体

14、温，一般在37C左右，会发出10mm左右特定波长的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后经检测处理后就能产生报警信号。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件，而且制成的两个电极化方向正好相反（如图2-2侧视图C），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。4. 被动式热释电红外探头的优缺点 不同于主动式红外传感器，被动红外传感器本身不发任何类型的辐射，隐蔽性好，器件功耗很小，价格低廉。但是，被动式热释电传感器也有缺点，如： 信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰； 被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收； 易受射频辐射的干扰； 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵； 被动红外探测器的主要检测的运动方向为横向运动方向，对径向方向运动的物体检测能力比较差。 2.1.5热释电报警器的设计热释电报警器的设计，主要