热释电红外报警器课程设计报告.docx
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热释电红外报警器课程设计报告
热
释
电
红
外
报
器
警
南冰B13040724
齐文胜B13040725
闰文强B13040726
第一章课题的任务及要求………………………………………………3
1.1课题的任务………………………………………………………………3
1.2设计技术要求……………………………………………………………3
1.3设计的作用、目的…………………………………………………………3
第二章总体方案设计…………………………………………………42.1设计方案……………………………………………………………………4
2.2设计的具体实现……………………………………………………………4
2.2.1系统概述…………………………………………………………………4
2.2.2实际原理框图……………………………………………………………4
第三章硬件电路设计
3.1.热释电红外传感器…………………………………………………………5
3.1.1传感器简介………………………………………………………………5
3.1.2传感器结构图……………………………………………………………5
3.2热释电红外传感信号器BISS0001…………………………………………6
3.2.1BISS0001管脚图………………………………………………………6
3.2.2管脚说明………………………………………………………………7
3.2.3系统电路图及说明……………………………………………………7
3.2.4热释电红外传感器的主要工作参数…………………………………8
第四章制作与调试…………………………………………………11
4.1制作………………………………………………………………11
4.2调试………………………………………………………………11
第五章总结……………………………………………………………12
第六章心得………………………………………………………………13
附录一元件清单…………………………………………………………14
附录二实物图……………………………………………………………15
一、课题的任务及要求
1.1课题的任务：
热释电红外报警器是一种通过热释电红外传感器探测人体发射的10微米左右特定波长的红外线而释放报警信号的报警装置。
利用红外热释传感器探测人体目标，在检测到可疑目标时，控制音乐片发出响亮的报警声。
1.2设计技术要求为：
1.报警器可探测的距离大于3米；
2.静态功耗小于10mA;
3.供电电压为6，可以通过电池串联作为供电源。
4.制作产品并调试。
5.其他创新、或特色；
1.3设计的作用、目的:
1.学会选择及分析原理图
2.认识并了解常用的电子器件。
3.掌握常用电子器件的应用，并进行设计和综合分析应用。
4.培养自我学习能力及逻辑思维能力。
5.提高自己的动手能力及培养自己的耐心及细心。
二、总体方案设计
2.1设计方案的选择：
设计方案一：
此报警系统是由释电红传感器接收红外线转换为电信号，经过整流电路再将信号放大，经过延时、比较驱动报警器以及发光二极管发光此系统主要用到BISS0001集成芯片完成放大延时以及比较的功能。
设计方案二：
系统用LMS232芯片进行放大，另外利用电容和电阻进行对信号的处理。
设计方案三：
此方案采用分立元件用LM324芯片完成放大的功能和NE555单稳态触发器完成延时的功能。
三种方案我们经比较方案一较简单且易实现因此最终选择方案一。
2.2设计的具体实现：
2.2.1系统概述：
热释电红外报警器的组成如下图所示。
红外线到达红外探测器。
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。
2.2.2实际原理框图：
实际原理图的框图
（1）红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；
（2）原理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础
三、硬件电路设计
3.1热释电红热外传感器
3.1.1传感器简介：
目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射／接收以及微波等技术为基础。
而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器。
热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器，也称热探测型传感器。
可用来直接接收目标物体发射的红外线并将其转换为电压信号输出，且不需要红外发射传感器。
热释电红外传感器反应速度快、灵敏度高、准确度高、使用方便，尤其是可以进行非接触式测量。
主要应用在各类入侵报警、自动开关、非接触式测温、火焰报警、设备故障的诊断等自动化设施中
这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。
热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。
用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：
◆不需要用红外线或电磁波等发射源
◆灵敏度高、控制范围大。
◆隐蔽性好，可流动安装。
3.1.2传感器结构图：
热释电红外传感器的结构如图2所示（其中D接正电源，S为输入，G接地）。
其内部由敏感元件、场效应管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内冲入氮气封装起来。
图3为引脚功能。
图2内部结构
图3引脚功能
3.2BISS0001红外传感信号处理器
BISS0001红外传感信号处理器是由运算放大器、电压比较器、和状态控制、延迟时间定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。
可广泛应用于多种传感器和延时控制器。
图4为其引脚图，图5为其信号处理器的原理图。
图4BISS000引脚图
图5BISS0001红外传感信号处理器的原理框图
3.2.1管脚图
3.2.2管脚说明
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
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
2
VO
O
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。
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。
通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
触发禁止端。
当VcVR时允许触发（VR≈0.2VDD）
10
IB
--
运算放大器偏置电流设置端
11
VDD
--
工作电源正端
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端
14
1IN+
I
第一级运算放大器的同相输入端
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输入端
16
1OUT
O
第一级运算放大器的输出端
3.2.3热释电红外传感器的主要工作参数：
工作电压：
常用的热释电红外传感器的电压工作范围为3~15v;
工作波长：
通常为7.5~14um;
源极电压：
通常为0.4~1.1v,R=47K;
输出信号电压：
通常大于2.0V；
检测距离；常用的热释红外传感器检测距离约为6到10米
水平角度:
约为120度；
工作温度范围：
-10到+40度。
‘
3.2.4系统电路图：
图6信号处理电路
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进行第二级放大，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为光敏电阻，用来检测环境照度。
当作为照明控制时，若环境较明亮，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，芯片则处于不可重复触发工作方式。
输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx≈24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti≈24xR10C6
四、制作与调试
4.1制作：
根据原理图，我们首先购买了一些所需的基本元器件（如二极管，三极管，电阻，电容等）及三端集成稳压器78L05，红外传感信号处理器BISS0001和蜂鸣器，接着根据原理图进行布局和插元器件，经过焊接和按照原理图将一些器件进行串联和并联。
我们制作好了热释电红外报警器。
4.2调试：
接着我们插上电源进行调试。
但调试过程并不顺利。
一开始两块电路板均存在问题，经过一些时间的分析和修改，我们制作的其中一块电路板对移动物体比较敏感，当遮住光敏电阻用手在热释电红外传感器附近晃动时，我们可以听到蜂鸣器发出声音，并且指示灯亮。
当手移开或静止不动时，蜂鸣器不发出声音，指示灯也不亮。
这正符合我们制作的任务，此报警器在白天不工作，只在晚上工作，因此调试的时候要遮住光敏电阻，此电路板的制作比较成功。
另外一块电路板，当我们接上电源，它会定时报警，而不是感应报警，我们估测延时电路出了问题，可能也与滑动变阻器的调节有关。
但最终原因仍确定不了，此电路板的制作较失败。
但在此过程中，我们对原理图及所要用到的部分芯片等有所了解，对焊接技术也更熟练，收获还是比较大的。
五、总结
热释电红外报警器的构成主要由信号接收电路、放大电路、比较电路、延时电路、报警电路、电源电路构成热释电红外传感器通过人体辐射出的红外线，接收并得到一个微弱的信号，然后通过级联放大电路形成具有一定电压幅度的控制信号，用这一控制信号去控制三极管使其导通，就可制成具有自动控制功能的各种外接装置。
但有人来时，得到一个信号，然后导通三极管等元件使得报警电路得意工作，隔一定时间的时间再一次扫描，检测是否还有人，有人继续通过得到的一个信号经过放大然后使得报警电路工作，若没有人，也得到一个信号，但与基准电压相比较，不符合则停止导通，从而报警电路停止工作。
该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，报警电路组成。
热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。
检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能。
用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。
经过多次测试，该系统工作情况稳定。
经测试，可在5m的有效范围内对移动物体产生报警。
六、心得
通过这次课程设计，我能够把理论知识同实践更好地结合起来，收获很多，在设计过程中遇到很多问题，通过上网查资料和同学讨论，最终得到解决。
设计中我发现自己的理论知识掌握的还不是很牢固，没有理论作支持，实践是很难进行的。
由于学习时间很少，所以花的时间很多。
这次课程设计从原理图的查找，器件的购买，到电路板的焊接及调试等过程都是我们自己独立完成的。
在设计的过程中遇到了许多的问题，但通过不断的改进，我们是问题得到更好的解决。
这次课程设计使我懂得了要想设计一个成功的电路，不但要认真细心，而且要有耐心，全面的去考虑问题。
在整个电路的设计过程中，对整个设计要有系统的把握，还要对一些细节考虑周全。
只有这样才能设计好电路。
在设计中总感觉知识的重要性及运用知识的能力。
总体来说，这次课程设计使我收获颇丰。
不但巩固了学过的知识，而且学到了许多其他的知识。
理论结合实际，加强了对理论的理解，增强了解决问题的能力，同时也拓宽了我们的思维。
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
附录1
元件明细：
材料清单为：
元件名称元件参数元件个数
电阻2K1
电阻3K1
电阻10K3
电阻47K2
电阻100K1
电阻1M2
电阻2M1
瓷片电容10nf5
极性电容10uf1
极性电容100uf1
极性电容220uf1
三极管90131
发光二极管1
蜂鸣器导通电压6V1
三端集成稳压器78L051
红外传感信号处理器BISS00011
光敏电阻1
滑动变阻器1041
附录2
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