检测技术课程设计指导书.doc

检测技术课程设计指导书主编 成煦参编 成文宙课程名称：自动检测技术 适用专业： 电气工程及自动化 自动化上海应用技术学院 2010年03月目 录前言 （01）第一章 课题简介及设计要求（02）第一节 课题简介（02）第二节 设计要求（02）第二章 热释电红外探测器系统设计（03） 第一节 热释电型红外传感器（03）第二节 热释电型红外传感信号处理集成电路BISS0001（05）第三章 被动式红外开关电路设计（08）第一节 由分立元件设计被动式红外开关电路（08）第一节 由集成电路BISS0001设计被动式红外开关电路（10）附录一、课时安排（12）附录二、课程设计任务书（13）参考文献（14）前言自动检测技术课程设计是在检测技术先修课程的基础上开设的独立教学环节，学生通过该环节训练以后，应该掌握与实验内容相关的传感器的工作原理、结构、特性及其应用。本课程的特点是应用性、综合性、实践性强。在掌握一项实用技术的同时，对提高学生自主设计的兴趣和能力更是有所裨益。第一章、课题简介及课题设计要求第一节、课题简介热释电红外探测器是根据热释电效应工作的新型红外探测器。与其他探测器相比，热释电红外探测器的频率响应宽（频率响应从十几赫兹到上千赫兹），响应速度快，应此得到了迅速发展。随着热释电红外探测器研究的不断深入，其应用也日趋广泛，与此同时，相应的集成电路也相继出现。第二节、课题要求1、课程设计题目：红外线热释传感器检测系统2、课程设计的目的与要求：本课程的目的在于培养学生以下的能力：具有选择传感器的能力、具有组成检查系统的能力、对检查系统中的问题具有一定的处理能力。3、课程设计的内容：1）、设计一个红外线热释传感器检测系统。2）、掌握红外热释传感器的工作原理、结构、特性及其应用。3）、掌握BISS0001专用芯片的特性及应用。4）、检测系统中的测量电路原理设计及调试。4、课程设计成果的要求及评分标准：1）、制作、调试红外热释传感器检测系统。（35）制作的红外热释传感器检测系统能正常工作。给出红外热释传感器检测系统调试数据。2）、面试：（35）3）、书面设计报告（30）（1）、绘制红外热释传感器检测系统原理图和模拟电路原理图(要求用Protrl软件绘制)。（2）、分析红外热释传感器检测系统原理。（3）、小结设计及调试红外热释传感器检测系统。（4）、附红外热释传感器检测系统主要相关元器件技术资料。第二章、热释电红外探测器系统设计本设计的热释电红外探测器采用D203B热释电型红外传感器；测量电路选用红外线传感信号处理电路BISS0001，该芯片能及时探测人体发出的红外信号并进行声光报警，在工业现场及日常生活中得到了广泛的应用。第一节、热释电型红外传感器1、热释电型红外传感器红外传感器分类：红外传感器按其工作原理可以分成两大类：光子型和热型。1）、光子型红外传感器光子型红外传感器可直接把红外光能转换成电能；如红外线敏感的光敏电阻和PN结型光生伏特效应器件，它能在低室温下工作，灵敏度很高，响应速度快，但红外光的波长响应范围窄，可用于遥感成像等方面。2）、热型红外传感器热型红外传感器的基本原理是：利用入射红外辐射引起探测器的敏感元器件的温度变化，通过测量有关物理参数发生的相应变化来确定红外探测器所吸收的红外辐射。热型传感器的相应波长范围较宽，可在室温下工作，但响应速度慢，一般适用于红外辐射变化较慢的场合。热型传感器的主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、热释电型、高莱气动型四种。3）、热释电型红外传感器本设计采用热释电型红外线传感器。热释电传感器所用的材料为热电晶体。热电晶体：热电晶体是指存在非中心对称结构的极性晶体中，即使在外电场和效应力场为零的情况下，本身仍有自发极化强度Ps，Ps是温度的函数，当温度升高时，Ps减少，当温度高于居里温度Tc时，Ps=0。常用的热电晶体有硫酸泔汰（TCS），铌酸锶钡（STSN）等。通常采用单晶小片，也采用多晶或陶瓷小薄片。热电晶体可分为：热电-铁电体、热电-非铁电体两种。如果热电晶体的极化方向随外电场改变，称为铁电体或热电-铁电体，反之称为热电-非铁电体。 热释电效应：出于自发极化，热电晶体的表面上出现束缚电荷，在垂直于P的晶体表面上束缚电荷密度=Ps（自发极化强度）。平时这些束缚电荷常被晶体内部和外来的自由电荷所中和，使晶体不显示出外电场。当热电晶体以一定的频率发生变化时，自由电荷中和束缚电荷所需时间（大约需要数秒到数小时）大大长于晶体自发极化的弛豫时间（约为10-12S），使得面束缚电荷来不及中和，晶体的自发极化强度Ps或面束缚电荷密度必然以同样的频率出现周期性变化，从而产生一个交变的电场。热释电红外传感器的工作原理探测器是：用调制频率为f的红外线辐射照射热电晶体，使得晶体温度、自发激化强度Ps以及由此引起的面束缚电荷密度均随频率f发生周期性变化。如果铁电体温度升高，铁电体激化强度很快下降，束缚电荷急剧减少，而表面浮游电荷变化缓慢，跟不上铁电体内部的变化，从温度变化引起激化强度变化到在表面重新达到电平衡状态的极短时间内，在铁电体表面有多余浮游电荷出现，于是垂直于Ps的两端面产生交变开路电压。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则在负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的大小取决于薄片温度变化的快慢，也反映出入射红外线的强弱。当恒定的红外线辐射照射在热释电红外探测器上，探测器无输出。由此可见，热释电红外探测器的电压响应频率正比于入射红外辐射变化的速率。2、D203B热释电型红外传感器1）D203B热释电型红外传感器的等效电路及封装： 等效电路如图1；2）、D203B热释电型红外传感器的原理特性热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻Rg阻抗高达104M，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。图1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.220m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。3）、D203B热释电型红外传感器的标准规格与尺寸：表一：D203B热释电型红外传感器的标准规格与尺寸型号D203B探测率（D*）14108cmHz1、2W封装TO-5杂信峰值70mV红外接收电极21mm,两个灵敏源输出平衡度10窗口尺寸53.8mm源极电压0.31.5V接收波长514m电源电源315V透过率75工作温度范围-3070输出信号峰值(Vp-p)3500mV保存温度范围-4080灵敏度3300V/W2）、D203B热释电型红外传感器的封装。 D203B 产品报价: 3.50元 菲涅尔透镜 (48.5mm*48.4mm*2.7mm) 产品报价: 1.50元D203B热释电型红外传感器采用TO-5封装如图2。第二节 热释电型红外传感信号处理集成电路BISS00011、BISS0001简介：SS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、自动门、蜂鸣器、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。BISS0001内部含有运算放大器、电压比较器、状态控制器、延时定时器、封锁定时器及参考电压源等部件。2、BISS0001具有以下特点：1）、采用CMOS数模混合工艺制造，功耗极小2）、具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。3）、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰4）、内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，调节范围宽。5)、内置电源参考6)、工作电压范围宽（Vcc=3V5V）。3、管脚图1）、BISS0001管脚说明：表二：引脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端：当A=1时，允许重复触发；当A=0时，不可重复触发。2VOO控制信号输出端：1、由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。 2、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。3RR1输出延迟时间Tx的调节端：4RC1输出延迟时间Tx的调节端：Tx=24576RC5RC2触发封锁时间Ti的调节端：Ti=24RC6RR2触发封锁时间Ti的调节端：Ti=24RC7VSS工作电源负端：8VRFI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9VCI触发禁止端：当VcVR时允许触发，当VcVR时禁止触发。(VR0.2VDD)10IB运算放大器偏置电流设置端：11VDD工作电源正端：122OUTO第二级运算放大器的输出端：132IN-I第二级运算放大器的反相输入端：141IN+I第一级运算放大器的同相输入端：151IN-I第一级运算放大器的反相输入端：161OUTO第一级运算放大器的输出端：2）、采用16脚DIP封装 图3、BISS0001管脚图4、BISS0001技术参数表三：BISS0001技术参数符号参数测试条件参数范围单位Vm电源电压-0.36.0VVI/V0输入/输出-Vss-0.3VDD+0.3VIOUT最大输出电流VDD=5.0V10mAIopr工作温度-20+70Tstg储存温度-40+125表四：BISS0001直流特性参数（除特殊说明外，Tamb=25）符号参数测试条件最小值最大值单位VIO工作电压范围-35VIIO工作电流无负载VDD=3V-50AVDD=5V-100AVCS输入失调电压VDD=5V-50mVICS输入失调电流VDD=5V-50nAAVD开环电压增益VDD=5V RL=1.5M60-dBCMRR共模抑制比VDD=5V RL=1.5M60-dBVYH运放输出高电平VDD=5V RL=500K接1/2VDD4.25V-VVYL运放输出低电平-0.75VVRHVC端输入高电平VRF=VDD=5V1.1-VVRLVC端输入低电平-0.9VVCHV0端输出高电平VDD=5V ICH=0.5mA4-VVCLV0端输出低电平VDD=5V ICL=0.1mA-0.4VVAHA端运放输入高电平VDD=5V3.5-VVALA端运放输入低电平VDD=5V-1.5V5、BISS0001工作原理1）、BISS0001内部结构BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。见内部框图2）、不可重复触发工作方式以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。图5、不可重复触发工作方式下的波形图1、 利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。2、 然后经C3耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。3、 由于VH0.7VDD、VM0.5VDD、VL0.3VDD、VR0.2VDD，所以，当VDD=5V时， VH3.5V、VM=2.5V VL1.5V、VR=1.0V，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 4、 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR0.2VCC=1.0V时，COP3输出为低电平封锁与门U2,禁止触发信号Vs向下级传递。当输入电压VcVR0.2VCC=1.0V时，COP3输出为高电平，进入延时周期。5、 当A端接“0”电平时，在输出延迟时间Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。6、 当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何OP2的输出V2的变化都不能使Vo跳变（高电平）为有效状态,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。3）、可重复触发工作方式以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。、可重复触发工作方式下的波形在Vc=0、A=0期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。、在Vc=1、A=1时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；即可重复触发工作方式。、若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。图6、可重复触发工作方式下的波形图第三章、被动式红外开关电路设计第一节、由分立元件设计被动式红外开关电路被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。图7所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。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，从而增强其能量幅度。热释电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；信号处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。在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。图7所示是该报警器的工作电路原理图。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为016Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0110Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。在该比较器中，R9、R10、R11用做参考电压，两个运算放大器用做比较，两个二极管的主要作用是使输出更稳定。窗口比较器的上下限电压 即参考电压 分别为38V和12V。将这个高低电平变化的信号 上升沿信号 作为单稳电路HEF4538B的触发信号，并让其输出一个脉宽大约为10s的高电平信号。再用这一脉宽信号作为报警电路KD9561的输入控制信号，来使电路产生10s的报警信号，最后用三极管VT1和VT2再一次对电信号进行放大，以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声。图7：由分立元件设计被动式红外开关电路第二节、由集成电路BISS0001设计的被动式红外开关电路1）、电路工作原理该热释电红外控制开关电路由热释红外传感器D203B、热释电红外控制电路、光控电路和控制执行电路组成，如图8所示。热释电红外控制电路由集成电路lC(SS0001)和电阻器、电容器组成。光控电路由光敏电阻器RC1、电阻器R11和IC第9脚内电路组成。控制执行电路由电阻器R16、晶体管Q1、二极管D2和继电器T1A组成。热释电红外传感器应与非涅尔透镜配合使用，才能提高其灵敏度。图8、由集成电路BISS0001设计的被动式红外开关电路（1）、图中，BISS0001中的运算放大器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。（2）RC1为光敏电阻，用来检测环境照度。在白天，光敏电阻器RC1受光照射而呈低阻状态，IC的9脚 (触发禁止端)被锁定为低电平，使IC的2脚恒定输出低电平。夜晚，RC1因无光照射而呈高阻状态，IC的g脚恢复为高电平，热释电红外控制开关又迸人警戒状态。若想该热释电红外控制开关白天、晚上均工作，可将RC1去掉或在RC1两端并接一只小开关。（3）、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。（4）、输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti24xR10C6。R9/R10=470、C6/C7=0.1u。Tx24576xR9C7=245764700.110-6=1.155S（5）、在热释电红外传感器未检测到人体红外线信号时，IC的2脚输出低电平，Q1处于截止状态，T1A不吸合，负载电路不工作。当有人在热释电红外传感器的有效检测区域内活动时，热释电红外传感器将接收到人体发出的红外信号，并将其转变成微弱的脉冲电压信号，此电压信号经lC内电路放大、鉴幅处理及定时控制后，从2脚输出控制高电平，使Q1导通，T1A吸合，负载电路通电工作。2）、元器件选择Rl-RlO选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。RC1选用亮阻小于2Ok、暗阻大于2M的光敏电阻器。C3、C4、C8和C13均选用耐压值为16V的铝电解电容器;其他电容均选用独石电容器或涤纶电容器。D1、D2选用IN4007型硅整流二极管。Q1选用S9013或C8050、58050、3DG8050型硅NPN晶体管。IC选用SS0001或BISS0001型热释电红外传感控制集成电路。热释电红外传感器可选用D203B型号，配用Q-lA或CE-024型菲涅尔透镜。K选用4098型直流继电器 3）、热释电红外报警器的安装热释电红外报警器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：（1）报警器应离地面2.02.2米。（2）报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方。（3）报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。（4）报警器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的话最好把窗帘拉上。另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地方。附录一、课时安排星期时数形式教学地点一上午掌握红外热释传感器的工作原理、结构、特性及其应用。（2学时）查阅红外热释传感器检测系统相关元器件技术资料。（2学时）讲授教室、图书馆下午由红外热释传感器检测系统得PCB板，测绘红外热释传感器检测系统得原理图；绘制红外热释传感器检测系统模拟电路原理图。实践检测技术实验室二上午讲授红外热释传感器检测系统得原理图。用Protrl软件画出检测系统的原理图。讲授检测技术实验室下午用Protrl软件画出检测系统的原理图。焊接检测系统印板。实践检测技术实验室三上午调试检测系统（1）。实践检测技术实验室下午调试检测系统（2）。实践检测技术实验室四上午调试检测系统（3）。实践检测技术实验室下午撰写设计报告。实践检测技术实验室五上午面试检测技术实验室附录二、上海应用技术学院课程设计任务书课程名称检测技术课程设计课程代码设计项目红外热释探测器的应用及制作课程序号设计时间院（系） 专业班级一、课程设计任务（条件）、具体技术参数（指标）：1、掌握外热释电传感器D203B的工作原理，结构，特性及其应用。2、掌握外热释BISS0001专业芯片的特性及应用。3、了解外热释传感器检测系统中使用的各种元器件的技术参数及在电路中的作用。4、掌握外热释传感器检测系统原理及调试方法。二、对课程设计成果的要求（包括课程设计说明书、图纸、图表，实物等硬件要求）：1、制作、调试红外热释传感器检测系统。（35）制作的红外热释传感器检测系统能正常工作。给出红外热释传感器检测系统调试数据。2、面试：（35）3、书面设计报告（30）（1）、绘制红外热释传感器检测系统原理图和模拟电路原理图(要求用Protrl软件绘制)。三、课程设计工作进度计划：1、布置任务；分析红外热释传感器的工作原理、结构、特性及其应用。（2学时）2、查阅红外热释传感器检测系统相关元器件技术资料。（2学时）3、测绘红外热释传感器检测系统；绘制红外热释传感器检测系统原理图和模拟电路原理图。4、讲授红外热释传感器检测系统得原理图。5、用Protrl软件画出检测系统的原理图。6、焊接检测系统印板。7、调试检测系统（1）、调试红外热释传感器检测系统的灵敏度，分析红外热释传感器检测系统的探测距离。（2）、调试输出延迟时间Tx和触发封锁时间Ti，用示波器观察其变化。（3）、调试可重复触发和不可重复触发选择端。8、撰写设计报告。9、面试四、主要参考资料：1、马西芹，自动检测技术。北京机械出版社，2007年2、陈杰、黄鸿，传感器与检测技术，北京，高等教育出版社，2002年。3、贾伯年，俞扑，传感器技术（修订），东南大学出版社，2007年指导教师（签名）: 成煦 教研室主任（签名）:姚云2011年09 月 25 日 2011 年 09 月 31 日热释电红外探测器系统原理1、引言热释电红外探测器是根据热释电效应工作的新型红外探测器。与其他探测器相比，热释电红外探测器的频率响应宽（频率响应从十几赫兹到上千赫兹），响应速度快，应此得到了迅速发展。随着热释电红外探测器研究的不断深入，其应用也日趋广泛，与此同时，相应的集成电路也相继出现。本设计所介绍的热释电红外探测器，测量电路选用红外线传感信号处理电路BISS0001,能及时探测人体发出的红外信号并进行声光报警，在工业现场及日常生活中得到了广泛的应用。2、热释电型红外传感器系统主要器件工作原理1）、热释电型红外传感器红外传感器按其工作原理可以分成两大类：光子型和热型。光子型可直接把红外光能转换成电能，如红外线敏感的光敏电阻和PN结型光生伏特效应器件，它能在低室温下工作，灵敏度很高，响应速度快，但红外光的波长响应范围窄，可用于遥感成像等方面。热型传感器的基本原理是：利用入射红外辐射引起探测器的敏感元器件的温度变化，通过测量有关物理参数发生的相应变化来确定红外探测器所吸收的红外辐射。热型传感器的相应波长范围较宽，可在室温下工作，但响应速度慢，一般适用于红外辐射变化较慢的场合。热型传感器的主要类型有：热敏电阻型、热电偶型、热释电型、高莱气动型四种。本设计采用热释电型红外线传感器。热释电传感器所用的材料为热电晶体。所谓热电晶体是指存在非中心对称结构的极性晶体中，即使在外电场和效应力场为零的情况下，本身仍有自发极化强度Ps，Ps是温度的函数，当温度升高时，Ps减少，当温度高于居里温度Tc时，Ps=0.常用的热电晶体有硫酸泔汰（TCS），铌酸锶钡（STSN）等。通常采用单晶小片，也采用多晶或陶瓷小薄片。热电晶体可分为热电-铁电体及热电-非铁电体两种。如果热电晶体的极化方向随外电场改变，称为铁电体或热电-铁电体，反之称为热电-非铁电体。 热释电效应如下：出于自发极化，热电晶体的表面上出现束缚电荷，在垂直于P的晶体表面上束缚电荷密度=Ps。平时这些束缚电荷常被晶体内部和外来的自由电荷所中和，使晶体不显示出外电场。当热电晶体以一定的频率发生变化时，自由电荷中和束缚电荷所需时间（大约需要数秒到数小时）大大长于晶体自发极化的弛豫时间（约为10-S），使得面束缚电荷来不及中和，晶体的自发极化强度或面束缚电荷密度必然以同样的频率出现周期性变化，从而产生一个交变的电场。热释电红外传感器的工作原理探测器是：用调制频率为f的红外线辐射照射热电晶体，使得晶体温度、自发激化强度以及由此引起的面束缚电荷密度均随频率f发生周期性变化。如果铁电体温度升高，铁电体激化强度很快下降，束缚电荷急剧减少，而表面浮游电荷变化缓慢，跟不上铁电体内部的变化，从温度变化引起激化强度变化到在表面重新达到电平衡状态的极短时间内，在铁电体表面有多余浮游电荷出现，于是垂直于Ps的两端面产生交变开路电压。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则在负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的大小取决于薄片温度变化的快慢，也反映出入射红外线的强弱。当恒定的红外线辐射照射在热释电红外探测器上，探测器无输出。由此可见，热释电红外探测器的电压响应频率正比于入射红外辐射变化的速率。2）、热释电红外线传感器信号处理芯片BISS0001、BISS0001简介： BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、自动门、蜂鸣器、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。BISS0001内部含有运算放大器、电压比较器、状态控制器、延时定时器、封锁定时器及参考电压源等部件。、BISS0001具有以下特点：、采用CMOS数模混合工艺制造，功耗极小、具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰、内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，调节范围宽。、内置电源参考、工作电压范围宽（Vcc=3V-5V）。、BISS0001技术参数 、管脚图采用16脚DIP封装、管脚说明：引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端：当A=1时，允许重复触发；当A=0时，不可重复触发。2VOO控制信号输出端：1、由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。 2、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。3RR1输出延迟时间Tx的调节端：4RC1输出延迟时间Tx的调节端：Tx=24576RC5RC2触发封锁时间Ti的调节端：Ti=24RC6RR2触发封锁时间Ti的调节端：Ti=24RC7VSS工作电源负端：8VRFI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9VCI触发禁止端：当VcVR时允许触发，当VcVR时禁止触发。(VR0.2VDD)10IB运算放大器偏置电流设置端：11VDD工作电源正端：122OUTO第二级运算放大器的输出端：132IN-I第二级运算放大器的反相输入端：141IN+I第一级运算放大器的同相输入端：151IN-I第一级运算放大器的反相输入端：161OUTO第一级运算放大器的输出端：、BISS0001工作原理、BISS0001内部结构BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。见内部框图、不可重复触发工作方式以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。7、 利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。8、 然后经C3耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。9、 由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，VH3.5V、VL1.5V，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 10、 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR0.2VCC=1.0V时，COP3输出为低电平封锁与门U2,禁止触发信号Vs向下级传递。当输入电压VcVR0.2VCC=1.0V时，COP3输出为高电平，进入延时周期。11、 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。12、 当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。、可重复触发工作方式以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。、可重复触发工作方式下的波形在Vc=0、A=0期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。、在Vc=1、A=1时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；、若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。测量电路设计1、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。2、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。3、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。4、输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti24xR10C6。R9/R10=470、C6/C7=0.1u。Tx24576xR9C7=245764700.110-6=1.155STx24576xR9C7=245766801030.0110-6=1.155SBISS0001的热释电红外无线感应器应用电路图BISS0001的热释电红外无线感应器应用电路模拟部分原理图产品型号: 7130/7133/7136/7144/7150 原产地: 中国 详细说明 输出固定正向电压3.0-5.0V（每0.1 V为一级），输出电流30-100mA。 输入输出压差（40-100mV），精度（3%）。最高工作电压为28V、18V或9V。 一. 71XX系列-低压差CMOS电压稳压器 (兼容 HOLTEK: HT71XX系列、 TOREX: XC62RP系列) 最高输入电压18V /输出电流30mA Maximum Input Voltage 18V/ Output current 30mA7130A-1 3.0V 7133A-1 3.3V 7136A-1 3.6V 7144A-1 4.4V 7150A-1 5.0V二. 71XX- H系列-低压差CMOS电压稳压器 最高输入电压28V/最大输出电流100mA Maximum Input Voltage 28V/ Maximum Output current 30mA7130A-1-H 3.0V 7133A-1-H 3.3V 7136A-1-H 3.6V 7144A-1-H 4.4V 7150A-1-H 5.0V三. 71XX-D系列-低压差CMOS电压稳压器 输入电压XX V-9 V /最大输出电流100mA Input Voltage XX V-9 V/ Maximum Output current 30mA7130A-1-D 3.0V 7133A-1-D 3.3V 7136A-1-D 3.6V 7144A-1-D 4.4V 7150A-1-D 5.0V什么是低压差的三端稳压低压差三端稳压电路：输出工作电流30mA： 71XX系列：7130A-1/MD7130-1 封装：TO92/SOT89； 7133A-1/MD7133-1 封装：TO92/SOT89； 7136A-1/MD7136-1 封装：TO92/SOT89； 7144A-1/MD7144-1 封装：TO92/SOT89；7150A-1/MD7150-1 封装：TO92/SOT89；输出工作电流120mA： 75XX系列：7530A-1/MD7530-1 封装：TO92/SOT89； 7533A-1/MD7533-1 封装：TO92/SOT89； 7536A-1/MD7136-1 封装：TO92/SOT89； 7544A-1/MD7544-1 封装：TO92/SOT89；7550A-1/MD7550-1 封装：TO92/SOT89；输出工作电流300mA： 73XX系列：7325A-1/MD7325-1 封装：TO92/SOT89； 7327A-1/MD7327-1 封装：TO92/SOT89；7330A-1/MD7330-1 封装：TO92/SOT89； 7333A-1/MD7333-1 封装：TO92/SOT89； 7550A-1/MD7550-1 封装：TO92/SOT89；低电压检测/复位：70XX系列：7021A-1/MD7022 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)；7022A-1/MD7022 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)； 7024A-1/MD7024 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)；7027A-1/MD7027 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)； 7033A-1/MD7033 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)；7039A-1/MD7039 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)；7044A-1/MD7044 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)；7050A-1/MD7050 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3/SOT23-5/SOT-353(SC82_AB)；7019A-1/MD7019 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3；7020A-1/MD7020 封装：TO92/SOT89/SOT-23-3；CMOS电压检测复位电路 特点：超低功耗电流 典型值2uA ；宽工作电压范围 1.5V15V ；高精度电压值检测 3 ；低温漂检测电压 典型值50pp m/ 应用： 便携式电子产品、通信设备、家用电器及使用电池供电的设备。 (兼容 HOLTEK: HT70XX系列、 TOREX: XC61C系列) HT7021A 2.1 VHT7022A 2.2 VHT7024A 2.4 VHT7027A 2.7 VHT7033A 3.3 VHT7039A 3.9 VHT7044A 4.4 VHT7050A 5.0 VHT7044系列概述： HT7044是采用COMS技术的三端口低电压检测器。该系列中的每个电压检测器都能检测特定的固定电压，范围为2.2V7V。检测器由4部分组成：高精度低功耗的标准电压源、比较器、滞后电路、输出驱动器。COMS技术确保了低功耗。虽然检测器主要是作为一个固定电压检测器，但是和外围器件一起使用也能检测用户特定的阀值电压(仅限NMOS开漏型号)。HT7044的特点：低功耗；低温度系数;内置高稳定参考源；内置滞后特性；HT7044的封装：TO-92及SOT-89。HT7044的特性：电池检测器；电平选择器；掉电检测器；微机复位；电池存储器后备；非易失性RAM信号存储保护器。HT7550-1是采用COMS技术的三端口高电流低电压稳压器。能输出100mA电流，允许输入电压可达24V。能输出从3.0V5.0V的几种稳定电压。COMS技术确保了它的低压降和低静态电流。尽管HT7544-1主要被应用为固定电压的调节器，但通过外围元件也能获得可变的电压和电流。 HT7550-1特征： HT7550-1低功耗； HT7550-1低压降； HT7550-1低温度系数； HT7550-1高输入电压（可达24V）； HT7550-1 高输出电流：100mA(Pd250mW)； HT7550-1输出电压精确：容差3%； HT7550-1的封装：TO-92、SOT-89。无线或有线人体热释电红外探测器在电子防盗、人体探测器领域中，