基于热释电红外传感器的报警系统.doc
《基于热释电红外传感器的报警系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于热释电红外传感器的报警系统.doc(29页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、基于热释电红外传感器的报警系统摘 要:本设计主要通过热释电红外传感器对目标进行感测,然后通过转换电路进行转换将非电量转换为电参量,最后通过报警电路进行报警,实现报警功能。产品硬件电路主要有探测发射电路和接收报警电路两大部分,本设计具有结构简单,成本低廉,显示清晰,稳定可靠等优点。简单实用,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠,具有较高的应用价值。 关键词 红外传感器;热释电效应;红外辐射Based on Pyroelectric infrared sensorAbstract: This design is mainly through the pyroelectric infrared sens
2、or for sensing target, And then transformed using conversion circuit converts the power electric parameters, Finally through the alarm circuit warning, realize the alarm function.The design of hardware circuit are mainly detection emission circuit and receive alarm circuit of two parts. the design h
3、as simple structure, low cost, clear display, stable and reliable. Simple and practical, strong anti-interference ability, high sensitivity, safe and reliable, has higher application value.Key words: Pyroelectric infrared sensor;pyroelectric effect;Infrared radiation目 录第一章 绪论11.1选题的目的和意义:11.2报警器的发展前
4、景21.3课题论述总体结构安排2第二章 红外传感器32.1 红外线32.2 红外技术32.3传感器的定义42.4传感器的组成42.5热释电传感器(Pyroelectric infrared sensor)52.6热释电传感器工作原理62.7菲涅尔透镜(Fresnel lens)72.8红外报警器8第三章 报警器硬件结构设计93.1电源电路93.2报警执行电路113.3三极管反相电路133.4延时控制电路143.5报警电路163.6总体电路图173.7 PCB板图183.8 3D效果图18第四章 Protel实现电路原理图的绘制及PCB设计194.1 protel软件介绍194.2绘画原理图过程
5、204.2.1打开Protell 99 SE204.2.2建立新设计,并设置保存路径214.2.3选择绘制原理图数据库类型224.2.4打开报警电路原理图234.2.5.最终完成电路原理图244.3PCB人工布局、人工布线设计254.3.1设计流程254.3.2网表输入254.3.3规则设置254.3.4元器件布局254.3.5 布线26第五章 总结27致谢28参考文献29附录30word文档 可自由编辑第一章 绪论1.1选题的目的和意义:社会需求是传感器技术发展的强大动力。随着现代科学技术,特别是微电子技术和信息产业的飞速发展,以及计算机的普及,传感器在新的技术革命中的地位和作用更为突出随着
6、生活水平的不断提高,人们对自己所处环境的安全性有了更高的要求。因此各种报警器应运而生。许多城市小区、公共场合都安装了各种形式的防盗报警器,总的来说可分为主动式和被动式两种。主动式报警器是通过主动发射红外线或超声波来发现探测物体。具有损耗高、探测范围小的缺陷。而被动式报警器探头本身不发出任何形式的能量,而是通过被动接收能量来实现探测,可以弥补主动式报警器的一些缺点。随着半导体技术和新型材料的发展,热释电红外探测器在防误报能力、控制范围与可靠性方面有了很大程度的提高,可以满足多数环境下的使用要求,因此本设计选用热释电红外传感器来实现报警功能。同时通过本次课程设计,使我更好的了解红外报警器的工作原理
7、,知道主动式报警器和被动式报警器工作原理的区别。通过本次设计与调试,提高了自己的动手能力。1.2报警器的发展前景传感器是获取自然领域中各种信息的主要途径和手段,是构成现代信息技术的三大支柱之一。目前传感器设计的领域非常广泛。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程的各个参数,使设备工作在最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说没有众多的优良传感器,现代生产业就失去了基础。新原理、新材料是发展传感器技术、研究新型传感器的重要基础。每一种新原理、新材料的发现都会伴随着新的传感器种类的诞生。传感器朝着微型化、智能化和多功能化发展。1.3课题论述总体结构安排第一章叙
8、述了选题的目的及意义第二章则主要介绍了传感器的定义及其主要组成部分。大体上叙述传感器的工作原理。第三章主要介绍报警器系统中的各种子电路及重要部件,主要叙述其功能如何实现及在整个报警系统中所起到的作用。第四章是报警器的软件实现部分,讨论应用Protel软件来实现电路原理图的绘制以及印制板设计第五章为总结和展望,总结本课题设计的总体思路,产品的功能以及对于产品功能升级等进行情景展望。第二章 红外传感器2.1 红外线红外线是一种电磁波,位于可见光红光外端,是太阳光线中众多不可见光的一种,是红外测温技术的基础。由德国科学家霍肯而于1800年发现,又称红外热辐射。红外线具有:1.热效应2.穿透云雾的能力
9、强。1718世纪,许多物理学家认为,光具有波动的性质,有一定的传播速度,波长是它的特征参数并可以测量。可见光的不同,反映了它们的波长不同。在自然界中,任何高于绝对温度(-273度)的物体都能产生红外光谱,按照红外光的波长范围不同可分为近红外波段、中红外波段、远红外波段。温度不同的物体,其释放的红外光就不同,红外光的波长与物体温度高低是相关的。即温度越高,波长越短。红外辐射与物质相互作用时能够产生热效应,能将肉眼看不到的红外辐射变为可测量的物理量,将红外辐射转变为电信号。依据这一原理可做成红外辐射探测器。2.2 红外技术红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。红外技术的
10、容包含四个主要部分:1. 红外辐射的性质,其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布;2. 辐射在煤质中的传播性反射、折射、衍射合散射;热电效应和光电效应等。3. 红外元件部件的研制,包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料合滤光电等。4. 红外技术在军事和国民经济中的作用。由此可见,红外技术的研究涉及的范围相当广泛,既有目标的红外辐射特性,背景特性,又有红外元部件及系统;既有材料问题,又有应用问题。2.3传感器的定义根据国家标准(GB 7665-1987),传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。(1) 传感器是一种能够检测被测量的器件或装置。(2) 被
11、测量可以是物理量、化学量或生物量。(3) 输出信号要便于传输、转换处理和显示,一般是电参量。(4) 输出信号要正确的反映被测量的数值和变化规律。2.4传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路组成,如图2-1所示。被测量电参量敏感元件转换元件转换电路 图2-1 传感器构成框图(1)敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的其他物理量的元件。(2)转换元件也叫传感元件,是将敏感元件的输出量转换成电参量的元件。(3)转换电路将元件输出的电参量转换成电压、电流或频率的电路。如果转换元件的输出已经是电压、电流,则不需要转换电路。2.5热释电传感器(Pyroelectric infr
12、ared sensor)热释电红外传感器的主要材料,是钽酸锂(LiTao3)、硫酸三甘酞(LATGS)和钛锆酸铅(PZT),它是在钛酸钡一类压电晶体上,上下表面设有电极,并在表面加有黑色膜。当有红外线间歇地照射时,其表面温度上升,使晶体内部的原子排列产生变化,即引起自发极化电荷。称此现象为热释电效应,为热电效应之一种。热释电效应产生的表面电荷是暂时的,只要它出现,便很快被空气中的各离子所中和。为此,用热释电效应制作红外传感器时,多是在它的元件前面加有机械式的周期遮光装置,以便使自发极化电荷周期性地出现,只有检测移动物体时不用。如图2-2所示热释电传感器实物图。图2-2热释电传感器实物图2.6热
13、释电传感器工作原理热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象,并且随温度变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器时,热释电晶体温度不变,晶体对外呈电中性,探测器没有电信号输出,因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交变的红外线照射到晶体表面时,晶体温度迅速变化,这时才发生电荷的变化,从而形成一个明显的外电场,这种现象被称为热释电效应。由于热释电晶体输出的是电荷信号,不能直接使用,需要用电阻将其转变成电压形式,该电阻阻抗高达10000兆欧,固引入N沟道结型场效应管接成共漏形式来完成阻抗变换。此报警电路中采用双探测源热释电红外传感器,如图所示。该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联,用来防止其他
14、红外线引起传感器的误测。当环境改变时,两个晶体的参数会同时发生变化,这样可以相互抵消,避免出现检测误差。此图中D端接电源正极,G端接电源负极,S端为信号输出端。如图2-3所示。图2-3双探测元热释电红外传感器2.7菲涅尔透镜(Fresnel lens)菲涅尔透镜,又名螺纹透镜,多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,也有玻璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。透镜的要求很高。一片优质的透镜必须表面光洁,纹理清晰,其厚度随用途而变,多在1mm左右,特性为面积大、厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可
15、见光的凸透镜,效果较好,但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合,如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理,在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”,以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时,人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”,这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,从而强其能量幅度。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射(反射)在PIR上,第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区,使进入探测区域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。菲涅尔透镜,简单的说就是
16、在透镜的一侧有等距的齿纹,通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。图2-4菲涅尔透镜实物图2.8红外报警器红外报警器分为主动式和被动式两种。主动式红外报警器,是主动发出红外线,红外线碰到障碍物就会弹回来,被报警器探头接收。如果探头监测到红外线是静止不动的,也就是不断发出红外线又不断反弹的,那么报警器就不会报警。当有会动的物体接触红外线的时候,探头就会检测到异常,就会报警。被动式报警器少了发射红外线这一功能。红外线报警器队温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线就越强,当感应到环境中存在高出背景强度
17、的辐射时,就触发报警。在室温条件下,任何物品均有辐射。人是恒温动物,红外辐射也最稳定。探测器本身不发射任何能量而是被动接收、探测来自环境的辐射。探测器安装数秒后就能适应环境,在无人或动物进入探测区域时,现场的红外辐射稳定不变,一旦有人体红外线辐射进来,菲涅尔透镜就能聚焦使热释电传感器产生突变信号,而发出警报。被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号放大、信号处理和报警电路组成。被动式红外报警器是指探测器本身不发出任何形式的能量,是靠接收自然界的能量或能量变化来实现探测。如图2-5所示其基本结构。被测物体菲涅尔透镜热释电红外传感器放大滤波电路电压比较器驱动器报警器图2-5被动式红外
18、报警器的基本结构第三章 报警器硬件结构设计3.1电源电路图3-1电源电路原理图整流桥对1,2端输入的10V交流电从而有利于后面的稳压管稳压。直接采用芯片稳压,LM7805将电压稳定在5V直流电压上,由1端口输出。LM7805为三端稳压集成电路。 常见的稳压集成电路有正电压输出的LM78 XX系列和负电压输出的LM79 XX系列。三端IC是指这种稳压用的集成电路,只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。它的样子就像普通三极管。LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如LM7805表示输出电压为+5V,LM7909表示输出电压为9V。LM78/LM79系列三端稳压IC
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 热释电 红外传感器 报警 系统