《热释电红外线感应台灯的设计与实践》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热释电红外线感应台灯的设计与实践（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热释电红外线感应台灯的设计与实践感应台灯的设计与实践目录感应台灯的设计与实践0一、题目名称1二、摘要2三、系统设计方案23.1 方案的提出23.2 方案的介绍23.3 功能和指标2四、其他方案对比24.1 其他方案一24.2 其他方案二2五、最终方案的实现原理25.1 检测与滤波隔流模块25.2 第一级放大模块25.3 第一次延时25.4 减法器整形放大25.5 比较器整形25.6 加法器转换25.7 光敏电阻25.8 三极管放大电流2六、最终方案电路总图及电路各主要参数2七、在调试过程中遇到过的问题，以及问题的分析和解决。2八、性能测试数据的整理及分析2九、电路的可改进之处2十、PCB版图2
2、十一、感应台灯的延伸2十二、收获与体会2十三、参考文献2一、 题目名称 感应台灯的设计。二、 摘要随着科学技术的发展，如今越来越多的电子产品开始走向智能化，人性化，并且已经走进了家庭，以满足人们日益增长的生活需要。像防盗报警器，智能窗帘，全自动洗衣机等，甚至有些家庭还形成了家电智能一体化，给生活带来了不少的便利。我们的设计思路也是基于此目的，从日常生活中寻找与我们学习生活密切相关的电子设备，加以改进，使之智能化，而台灯成为我们此次设计的首选。本项目针对台灯的节电和使用的方便性进行创新设计与研究，以电路的设计为核心，综合运用热释电红外线感应、光检测等技术，设计制作出智能型多功能的感应台灯。台灯实
3、现了白天不亮，黑暗条件下在人靠近时自发亮，人在时能够保持灯亮，人离开时能够实现台灯的自发延时灭。关键词：热释电红外线感应，光检测，延时灭三、 系统设计方案3.1 方案的提出小学期开始，老师就给我们提出了八个电路的设计题目，由我们自己去选择，当天上午我和同组组员便对老师提出的几个设计题目进行较为深入的讨论；最后我们决定选择设计感应台灯，之所以选择设计感应台灯，主要原因有以下几点：1) 台灯在群众中已被广泛的使用，所以通过设计感应台灯说不定能给千家万户的百姓带来便利与实惠；2) 台灯的设计要求实现人靠近台灯自动亮，人在时能够保持亮的状态，人离开时能够实现台灯的延时灭，台灯的这些功能实现能够让我们联
4、想起所学过的知识，比如说RC延时，光敏电阻，脉冲整形等电工知识，一想到我们的电工理论知识能够学以致用，我们更是跃跃欲试；3) 当然最重要的是感应台灯的设计有一定的难度和挑战性，因为热释电红外触头的敏感性差，要完整的实现功能不那么简单；同志也为了让自己能够学到更多新的东西，锻炼自己的动手能力，让我们坚定了设计感应台灯的决心。3.2 方案的介绍方案设计简单通俗，材料简单易得；不像大多数同学的电路板上插了很多没用的芯片，那样发挥的作用不大，方案的设计过程中，我们始终遵循明确自己电路及每一个电路元件的功能和作用的原则，使电路元件尽可能的发挥作用；在我们设计的电路中复杂元件只用到了四个运放，一个4510
5、的加法计数器和一个三极管，却有效的实现感应台灯的各项功能和指标。完成之后，我倍感欣慰！3.3 功能和指标1) 台灯自动感应开关功能台灯在与人的距离超过0.5米内能够感应到人的到来，并自动感应开关，及时亮灯，在人离开时，即超出台灯的感应范围后，台灯能够自发感应并启动关灯系统；2) 台灯的延时熄灭功能感应台灯为了更加人性化，必须实现延时熄灭的功能，即在台灯启动关灯系统时，能够延时使台灯亮一段时间后再熄灭；3) 台灯的白天不亮功能台灯必须实现在白昼条件下不管有没有人靠近时始终不亮的功能，即台灯必须在黑暗条件才能实现上面的两个功能。四、 其他方案对比由于在方案实施之前， 我们都比较迷茫，还有一个很大的
6、原因是我们在设计电路图时，只限于理论层面，到最后到底能不能实行，还得靠自己认真，耐心的调试，所以在上周三下午之前我们设计了较多的方案，在调试的过程中，我们也设计了不少方案，而且有些方案的设计也不乏创新。4.1 其他方案一设计台灯的过程中我们并没有明确台灯的设计目标，在设计过程中出现了方向性错误，结果差点把台灯设计成了路灯，我们当时的方案图是方案一：路灯形设计方案（该方案只是一个草图，对里边的电阻没有精确地设置，所需电阻，我会在方案描述中主动提出来的）工作原理：该方案设计的较为复杂，但是设计思路较为简单，设计的时候，我们从该电路的三个功能性方面着手：a) 如上图蓝色方框内所接电路，通过光敏电阻所
7、得到的分压变化来比较后输出高低电平，若在黑暗条件下光敏电阻分压增大，比较器输出高电平，否则输出低电平；b) 如上图红色方框内电路部分，通过第一个运放的滤波，第二个运放的放大，第三个运放的减法器整形脉冲，最终输出信号；c) 如上图黑色方框内所接电路部分。通过RC电路和555计数延时电路，当脉冲出现下降沿时，输出信号能够延长从高电平变成低电平的时间最后通过与门将台灯的光敏电阻功能和红外触头的功能联系起来，只有都是高电平，输出高电平精分压高低电平分别位于0.7V上下，超过0.7V三极管导通，发光二极管导通，否则不导通。该方案可取之处：a) 方案设计的逻辑性强，每一步设计紧靠电路功能；b) 光敏电阻的
8、分压设计很合理，当光敏电阻在黑暗条件下能够分压增大，同相端电压高于反相端电压时 输出电压为高电平，否则为低电平；c) 三极管的首次应用和尝试，为后续电路的设计提供了借鉴。该方案的不可取之处：a) 光敏电阻电路和红外感应电路分开增加了电路的复杂性，给电路的接线，插孔带来了很大的不方便；b) 与门和的引入，增加了电路的调试难度，因为输入电压高低电平不一定是与门所允许的输入高低电平，降低了电路的可行性，还有555计数延时器的引入略显多余。c) 该方案最大的缺点是吧台灯设计成了路灯，因为台灯亮了之后，过一段时间会自动延时灭，而不是因为人的离开才灭的。这也是感应台灯设计的最大的难点。4.2其他方案二下图
9、为方案二的工作电路原理图工作原理：如方案一描述该方案也可以从四个方面进行描述：a) 如上图中蓝色方框内的电路部分，两个运放电路，第一个运放和所附带的电容电阻起到滤波隔流的作用，第二个运放的作用是放大；b) 如上图中红色方框内的电路部分，由于电路脉冲可能有上升沿或者下降沿，通过两个运放的分别检验最高电位和最低电位；c) 如上图黑色方框内电路部分，与方案一差不多采用比较器电压法，当输入高电平时，一旦黑暗，比较器输出电位从低电平变成高电平，555的2和6接口电位大于2/3 Uz那么从3端输出为低电位，继电器则导通若在光照条件下则不管输入是否为高电平，比较器输出恒为低电平。实现灯泡的恒不亮；d) 如上
10、图中紫色部分，为一个RC延时功能，实现熄灯延时功能。该方案可取之处：a) 红色部分电路的设计提高了对脉冲信号的敏感性，因为它既可以检测到高脉冲信号，又可以检测低脉冲信号，对脉冲信号的感应更加及时可靠；b) 光敏电阻接电压比较器的方法有效地实现了光照黑暗条件下的灯光的亮灭，为最终方案的设计提供了模板；c) 该方案设计，与方案一相比-去掉了与门，大大的简化了电路，提高了电路信号的敏感性；d) RC延时器的加入也简化了电路，可以更加方便地调节延时的长短。该方案的不可取之处：a) 直接比较，脉冲信号不稳定，就会对后面比较器的干扰特别的大，尤其是敏感性的提高，反而会扩大脉冲信号不稳定性的影响；b) 55
11、5计时器的功能不是很明显，无法产生高电流，完全可以用三极管代替，因为三极管的有放大电流的作用，而且接线简单，元器件简洁靠谱；c) 和方案一一样，该方案最大的缺点还是把台灯设计成了路灯，因为台灯亮了之后，过一段时间会自动延时灭，而不是因为人的离开才灭的。这也是感应台灯设计的最大的难点。d) 红色方框内电路双运放电路的设计虽然提高了敏感性，但是在根据电路实际脉冲（脉冲总是伴随着正高电位和负高电位的出现）的情况下，我们没必要进行高低电位的双检测。鉴于方案一和方案二中所面临的困难，以及个方案的优缺点，我们对电路进行全面细致的改进，下面将是我们对最终方案的诠释了。a)五、 最终方案的实现原理由于感应台灯
12、需要实现的功能较多，在设计过程中我们将台灯设计分成以下八大模块：下图为各个模块在整个电路中所处的位置5.1检测与滤波隔流模块红热释电红外传感器只对波长为10m（人体辐射红外线波长）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。探头内包含两个互相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。下图为脉冲信号在以及放大之前的脉冲信号图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，于是输出检测信号。由于
13、热释电红外触头的敏感电流只有10A，所以敏感性特别差，经测量，在人接近热释电红外线触头时S端能够感应到电压值的轻微变化，但电压值的上下浮动变化相对于输出电压的平均值1.5V是微不足道的，而且接收到的杂波的波幅程度也会影响我们对感应脉冲的观察和收集，所以在红外线触头的输出S端的电压必须进行滤波和隔流，但由于脉冲非常小又没有放大，所以在滤波与隔流的时候我们必须注意不能把脉冲信号削弱得太多，否则会大大地影响后面脉冲信号的采集。设计电路过程中，我们先接入一个1.195M的电阻，这样可以在一定程度上滤掉一部分直流信号，利用书上带通滤波器的工作原理，分别接入C1和C2还有R2；这样就构成了有源带通滤波电路
14、，对那些频率高于上限频率的杂波进行过滤，有源滤波电路的应用，一方面通过电容来隔离一部分直流，通过示波器观察波形图，估测杂波频率范围，分别调整R1，R2，C1，C2的大小；同理C4，C3，R3，R4也构成一个滤波系统这样在输出端点R5处我们可以观察到波形不再像输入时那样粗糙，滤波的效果较为明显；脉冲信号经输出后，有一定的削弱效果，所测平均电压只有几十毫伏，但是可以观察到脉冲信号波动范围即峰峰值与平均电压的比较值有了明显的提高的：电压平均值峰峰值峰峰值/电压平均值隔流滤波前1.4V40mV1/35隔流滤波后4mV8mV2下图为脉冲信号经过滤波隔流之后的波形图5.2 第一级放大模块下图为电路的第一级
15、放大模块；从而可以将电压的变化幅度扩大16倍；稳定时电压的变化幅度范围变为平均值7.9V；高电位超过12.9 V的脉冲信号。因为在6出口处接了一个二极管，所以脉冲信号的电压值不会超出稳定值7.9V，所以C6处的电压波形图变为：（如下图所示的。这样过滤之后，后面的脉冲信号只需要考虑高电位，有利于后面将波形转换成方波波形。5.3第一次延时第一次延时并不是为了达到台灯的延时熄灭，而是因为热释电红外触头的感应电压不是特别的有规律，因为如果热释电红外触头一次感应得到两个或多个震荡较高的脉冲，那么在后面整形和比较电压时得到的信号电压将不会特别的有规则，如果延时一段时间的话，因为第一个脉冲的峰峰值永远是最大的，前一个脉冲产生的高电平由于延时的效果在变成低电平的过程中会覆盖后面的上升沿，从而让我们得到的脉冲是严格递增的上升沿和严格递减的下降沿。由图可知，在电路来一个高电平时，二极管
