检测电路课程报告红外探测报警器电路设计.doc

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外
线
探
测
报
警
器
设
计
报
告

设计时间：2009年6月20日

1.设计要求 1
2原理分析及设计流程图 1
3．单元电路设计及参数 2
（1）放大电路的设计 2
（2）滤波电路的设计 2
（3）比较电路的设计 3
（4）报警电路的设计 4
4．电路调试即实验步骤 5
5. 效果分析 5
6.总结 6
7.附图 6
8.参考资料 7

1.设计要求
利用被动式红外传感器，进行是否有人体接近和人体接近程度的测量，指示距离，具有报警功能。
1．分析红外传感器输出信号特点及与物理量的关系；
2．输出为0-5V直流电压；
3．当红外传感器检测范围内存在人体时，点亮指示灯报警；
4．根据实验结果分析人体检测精度；
5．进一步分析人体红外检测的方法，并通过实验分析红外传感器输出信号的特点，研究人体接近程度和红外传感器输出间的关系，以及提高人体红外检测精度的方法。
实验设备：示波器、电源、信号发生器。
实验材料：传感器、面包板（实验板）、连接线、电阻、电容、二极管、发光二极管等。
元器件：运算放大器339、比较器324等
2原理分析及设计流程图
热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升△T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压△U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。
热释电红外传感器输出的信号是低频信号，频率大约有0.1Hz~10Hz左右,并且输出的探测电压信号比较微弱，大约只有几十毫伏左右，因此在对传感器输出信号处理之前必须对电压信号进行放大，并且通过滤波电路滤除高平信号的干扰。为了实现电路在人体进入传感器检测范围时，能感测外部信号并实现报警的功能，还需将放大后的信号送入电压比较电路，与设定好的电压门限值进行比较，输出相应的高低电平信号。通过输出的电平信号接至一报警电路，通过发光二极管的点亮情况来判断是否有人接近。具体各级电路设计后面介绍。本文红外传感器在人体靠近时输出电压先降低后升高。
设计流程图如下：

3．单元电路设计及参数
（1）放大电路的设计
放大电路电路图如下：

本单元放大电路采用集成运算放大器LM324放大传感器输出信号（IN信号），输出放大后的电压信号（OUT信号），其中放大电路设计为同相放大器，放大倍数.在放大电路的前一级，采用电阻和电容并联用来滤除高频电压信号，减少高频信号对传感器输出电压信号的干扰。
（2）滤波电路的设计
由于红外传感器输出探测电压信号为低频信号，频率大约为0.1Hz~10Hz，故需要设计一个滤波电路滤除探测电压信号频段之外的杂波信号的干扰。本单元为采用集成运算放大器LM324设计的一个带通滤波器，具体电路及参数如下图所示：

该带通滤波器的输出信号的S域表示为，其中传递函数，则带通滤波器的通带增益约为，上限截止频率，下限截止频率.
（3）比较电路的设计
为了标示出被动式热释电红外传感器在有人体接近前后电压发生了变化，在信号放大以及高频率干扰信号滤除的基础上，必须使当前电压与没有人接近时的放大电压值进行比较，如果电压波动在允许范围内，则可视为电压信号没有改变，没有人接近，如果电压相差很大，则视为有人接近，因此选用电压比较放大器LM339，并接以一门限电压（本文选取门限电压为7V），来判断是否有人接近。本单元电路采用比较放大器LM339构成电压比较电路，具体电路如下图所示：

电压比较放大器LM339的一端接输入信号电压，而另一端则接一串联分压电路，其中改变电位器的阻值，可以设置不同的电压门限值。在人体未靠近前，电压信号在4V~6.9V之间波动，在人体靠近时，传感器的电压是先降低后升高，电压在6V~10V之间波动。门限电压的选择既不可以太大又不可以太小，太大，传感器的灵敏度变低，太小不能满足波动要求，使发光二极管出现闪烁的情况，故比较电路在人体靠近时的门限电压选取为7V。
（4）报警电路的设计
用发光二极管来代替报警器，并串接一个分压电阻，防止二极管因过大电压而烧坏。具体的电路如下图所示：

将放大电路、滤波电路、比较电路以及报警电路依次连接起来，即本设计的实验电路图，如下：

4．电路调试即实验步骤
1.分析实验要求并设计实验电路；
2.选择试验器材；
3.在面包板上按设计的电路图进行连接；
4.调试电路，寻找错误；
5.出现错误时，先检验连接电源线是否损坏，再检查电路是否连错，如果还不行，检查芯片等器件是否有问题，在检查过程中，注意要一步一步依次检查电路的各个组成部分，按照已设定的电路结果判断各级是否有错误；
6．改错完成后，出现实验现象，做好记录，并作分析；
7．编写实验报告。
5. 效果分析
在整个试验设计以及连接电路过程中，出现了一些低级错误，在改动后，电路实现了设计时预定的效果，在人体靠近接近20cm的范围内，发光二极管会点亮，实现报警功能。由于传感器效果并不是很理想，故认为20cm的范围属于较理想的实验效果。
6.总结
这次课程设计历时三个星期多左右，通过这三个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作（红外线探测报警器的设计），可是平心而论，也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞电路设计的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！
通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和梁丰这十几天的一起工作的日子，我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下。
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。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
7.附图
实验电路图如下：

8.参考资料
【1】测控电路，张国雄、金篆芷主编，机械工业出版社，2005.6
【2】光电传感器应用技术，王庆友主编，机械工业出版社，2009.1

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