红外线感应楼道照明系统的设计.doc

毕业设计 论文 中文摘要 红外线感应楼道照明系统的设计 摘要 本设计采用红外线反射式电路结构 红外线发射器与接收器需安装在同一方 向的同一平面内 使发射器与接收器成为一体化结构 并使用同一个电源供电 这种工作方式正好适应该电路的长期待机 短时工作的工作状态 通过已学的模 拟电路知识设计红外线感应灯控制开关电路 再利用由光敏电阻组成的光感电路 来控制感应灯开关的触发与否 将控制开关与节能灯组成家庭照明系统 利用红外感应技术和光学原理 通过控制电路来实现智能开关的 当人进入 感应范围内时 专用传感器探测到移动热源 人体红外线光谱 的变化 就会自 动把灯点亮 而当人离开之后 在预先设定的时间延时后 灯会自动熄灭 人到 灯亮 人离灯熄 亲切方便 安全节能 关键词 红外线感应 自动控制 照明 毕业设计 论文 外文摘要 TitleTitle Design of Infrared Sensor Corridor Lighting System AbstractAbstract This design USES infrared light reflex circuit structure infrared receiver transmitter and should be installed in the same direction the same plane transmitter and receiver become integrated structure and use the same power supply This way of working right of the circuit to long term and short term work on standby working condition Through the analog circuit design infrared sensor lamp control knowledge reusing switch circuit by the photosensitive resistors light sensor circuit to control induction lamp switch triggered or not will control switch and energy saving family lighting system Using the infrared sensing technique and optical principle through the control circuit to realize intelligent switch When people enter induction range special sensors to detect human infrared spectroscopy mobile source will be the lamp and when people leave after a predetermined time delay lights will To the lamp people from the light energy security convenience KeywordsKeywords Infrared sensor Control Lighting 目 次 1 引言 1 1 1 红外线感应楼道照明系统的现状和发展展望 1 1 2 红外线感应楼道照明系统设计的目的 2 1 3 红外线感应楼道照明系统设计的意义 2 2 红外线感应楼道照明系统的总体设计 3 2 1 红外线感应的原理 3 2 2 应用简述 4 2 3 电路图的设计与分析 4 3 红外线感应楼道照明系统的具体设计 8 3 1 元器件选择 8 3 2 热释电红外线传感器的设计 8 3 3 CDS 传感器 14 3 4 NE555 时基电路的设计 15 3 5 集成电路 KA2184 芯片 20 4 红外线感应照明系统的安装调试以及注意事项 21 4 1 功能特点 22 4 2 安装调试 22 4 3 注意事项 23 结论 24 参考文献 25 致谢 26 附录 红外线感应式延时照明灯电路原理图 27 0 1 1 引言引言 节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点 由于我国 在新能源研发方面处于落后局面 目前市场上的普通船型开关 拉线开关占据 着灯具开关市场的主要位置 然而由于许多不可控因素的出现及人们日常习惯 所限 造成了大量的电能的浪费 这种现象在我们的生活中随处可见 空无一 人的教室十多盏日关灯依然亮着 非常安静的楼道内灯火通明 卫生间无人使 用却不熄灭灯光 全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量 同时因灯具 使用时间的过长 也缩短了灯具的使用寿命 频繁的更换灯具也造成了人力 财力的大量浪费 所以通过这种直接和间接的损耗 每年电能的损失就达数亿 元 近十年以来 我国建筑体系的不断发展 也对照明系统提出了更高的要求 随着大量采用电子技术的家用电器面市 住宅电子化出现 近几年楼宇智能化 智能家居是以家为平台 兼备建筑 网络通讯 信息家电 网络家电 自动 化和智能化 集系统 结构 服务 管理 控制于一体的高效 舒适 安全 便利 节能 健康 环保的家居环境 又飞速发展起来 其中实现自动照明 系统可以减少电能浪费成为实现现代化住宅的重要一笔 本课题从实际出发 准备对红外线楼道自动照明系统进行探索随着现代化的发展 工业 农业 商业 教育等等行业的用电量都大幅度增加 在这种情况下电能的浪费成为人们普遍关 注的问题 由此观之 如何有效的节省照明用电的浪费和更好的管理照明系统已成为 一个不可忽视问题 1 11 1 红外线感应楼道照明系统的现状和发展展望红外线感应楼道照明系统的现状和发展展望 我国照明缺乏独创产品 模仿产品居多 基础加工落后 只顾外表 轻视 功能 产品的品种比较单一 性能差 尤其是在 智能 照明方面 缺乏创新 与国外智能灯具在技术研究方面有着不小的差距 我国现阶段的照明系统一般 采用主电源经配电箱分成多路配电输出线 提供照明灯回路用电 由串接在照 明灯回路中的开关面板直接接通或断开供电线来实现对灯的控制 灯只有开和 1 关两种状态 无逻辑时序及亮 暗调光控制 因而无法形成各种灯光亮度组合 的场景及系统控制 而美国 日本等国家和台湾地区对 LED 照明效益进行了预 测 美国 55 白炽灯及 55 的日光灯被 LED 取代 每年节省 350 亿美元电费 每 年减少 7 55 亿吨二氧化碳排放量 日本 100 白炽灯换成 LED 可减少 1 2 座 核电厂发电量 每年节省 10 亿公升以上的原油消耗 台湾地区 15 白炽灯换成 LED 每年节省 110 亿度电 全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中 国表现得尤为突出 节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的 问题 每年照明电能消耗约占全部电能消耗的 12 15 作为能源消耗的大户 必须尽快寻找可以替代传统光源的节能环保光源 LED 以其较之于传统照明光 源所没有的优势 诸如较低的功率需求 较好的驱动特性 较快的响应速度 较高的抗震能力 较长的使用寿命 绿色环保以及不断快速提高的发光效率等 成为目前我国今后照明系统发展的方向 基于目前国内国际形势 尤其是能源 紧缺 智能照明必是以后照明系统的发展方向 智能照明将会使人们利用起来 更加便利 改善家庭环境 提高管理水平 减少维护费用 不仅为建筑照明提 供多种的艺术效果 而且使灯具控制和维护变得更为简单 而且具有可靠性高 安装布线容易 1 21 2 红外线感应楼道照明系统设计的目的红外线感应楼道照明系统设计的目的 本课题是设计一个红外线感应楼道照明系统控制系统 通过本设计了解红 外线感应楼道照明系统的工作原理 进而研究红外线感应楼道照明系统的设计 方法 通过已学的模拟电路知识设计红外线感应灯控制开关电路 再利用由光 敏电阻组成的光感电路来控制感应灯开关的触发与否 将控制开关与节能灯组 成家庭照明系统 1 31 3 红外线感应楼道照明系统设计的意义红外线感应楼道照明系统设计的意义 现代化家居照明系统要适应网络时代的发展 应引入智能化的概念 在传 统的家居照明系统中 一般都是综合布线 使用刀开关来控制 灯具的寿命短 较费电 但近年来 随着经济的发展和科技的进步 人们对照明灯具节能和科 学管理提出了更高的要求 使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要 而 2 在商品房的建设热潮中 各大楼盘和房地产商也意识到了智能照明的重要性 使用智能照明控制系统 更能体现其在节能与管理方面的优势 红外智能节电 开关由于触发的时候不需要人发出任何声音 而是人走过时身体向外界散发红 外热量最终控制灯具的开启 当人离开后 经过一定时间的延时 自动熄灭 因为不同于声光控灯 不需要声音和开关控制 从而避免了声控噪音的侵扰 同时因为它是感应人体热量控制开关 所以避免了无效电能的损耗 达到节能 效果 现在的公共场所照明 比如公共走廊及楼梯间 应用最多的还是几年前出现的 声光控延时灯具和开关 这种灯具和开关的出现 实现了人来灯亮 人走灯灭 目前已成为公共场所照明开关的主流产品 当然 这种产品在某种程度上说确 实实现了节能的目的 但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏 由于产 品本身性能的限制 这种声光控灯具和开关自动控制的实现需要 超过 60 分贝 声音的配合 这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染 随着社会的发 展和人们对生态环境的重视 这种声光控灯具和开关已慢慢不能满足人们的需 要 这就要求更加节能和环保的自动照明控制产品的出现 以满足人们对高质 量生活的需求 红外线感应楼道照明是以成熟的红外感应技术为平台 加入更多的高新技 术元素而形成的一种具有广阔市场前景的高科技产品 它的出现弥补了声光控 技术的缺陷 它的自动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件 的配合 而是人走过时身体向外界散发红外热量最终实现它的自动控制功能 2 2 红外线感应楼道照明系统的总体设计红外线感应楼道照明系统的总体设计 2 12 1 红外线感应红外线感应的原理的原理 任何温度超过绝对零度 273 摄氏度 的物体都会发出电磁辐射 人体温 度产生的辐射在光谱中属于红外线的范围 红外感应器 亦称为活动探测器 能对活动的人体热能辐射作出反应 自动开启和关闭电源 而人体各部份的温 度存在着差异 这就使得人体成为最方便的开关 任何发热体都会产生红外线 热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温 3 度所发生的变化 而温度的变化导致电信号的产生 环境与自身的温度变化由 其内部结构决定了它不向外输出信号 而传感器的低频响应 一般为 0 1 10Hz 和对特定波长红外线 一般为 5 15um 的响应决定了传感器只对外 界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感 而这种变化对人体而言 就是移动 所以 传感器对人体的移动或运动敏感 对静止或移动很缓慢的人 体不敏感 它可以抗可见光和大部分红外线的干扰 普通人体会发射 10um 左右的特定波长红外线 用专门设计的传感器就可以 针对性的检测这种红外线的存在与否 当人体红外线照射到传感器上后 因热 释电效应将向外释放电荷 后续电路经检测处理后就能产生控制信号 这种专 门设计的探头只对波长为 10 m 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 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 人体 是一特定波长红外线的发射体 由红外传感器检测到这种红外线的变化并予以 放大选频处理后 可以推动适当的负载 此乃人体红外自动开关 这一检测技 术较之超声 哑声 微波方式更为灵敏与准确 它要求 PIR 热释电人体红外传 感器的信号放大处理电路有很高的灵敏度并要能准确鉴别生物体与非生物体的 运动 使误动作率降到最低 且体积小 自耗电微少 采用热释电红外传感器 及专用单片集成电路构成的这种开关能成为人到灯亮 人走灯灭 它安装方便 可直接替换面板式开关 无需改动市电线路 2 22 2 应用简述应用简述 安装只需要火 零线 它能够智能探测环境光度和感应区域内是否有人在 活动 只有当环境光度低于感应器设置的光敏值 并有人在感应区域内活动 感应器才会启动其连接的负载 当人离开感应区域 感应器进入延时状态 待 已设置的延时时间段过后 感应器自动关闭其连接的负载 2 32 3 电路图的设计及分析电路图的设计及分析 4 本电路采用 KA2184 红外线接收专用集成电路制作的红外线遥控调光灯电 路如图 2 1 所示 红外线发射用驱动脉冲发生器由 NE555 组成 NE555 时基集 成电路产生的 40kHz 的脉冲经放大晶体管 VT 放大后 由 SE303 红外线发射管向 外发射 图 a 图 b 5 图 2 1 红外线遥控调光灯电路原理图 图 a 发射器电路 图 b 接收电路 红外线遥控接收电路由 KA2184 组成 当红外线接收管接收到发射器发出的 遥控信号后 经 KA2184 处理后由 7 脚输出低电平 这一低电平直接加到 VT 的 基极 使其导通 它的集电极输出的电流在 R4 上端形成一个高电平输出 这一 高电平通过 R6 加至 IS7232 调光电路的辅助输入端 6 脚 作为调光的控制 信号 IS7232 集成调光电路的 6 脚输人触发信号后 它的 8 脚就会连续输出控制 双向晶闸管导通角的控制脉冲 使双向晶闸管的导通角在 410 一 1590 之间变化 随着双向晶闸管导通程度的变化 电灯也由暗变亮或由亮变暗 从而实现了 对电灯的调光 在调光过程中 当需要电灯由暗变亮时 可按住遥控器的发射按键使之不 断发送控制信号 这时可以看到电灯在逐渐变亮 当达到所需亮度时立即松开 发射按键 这时电灯的亮度便停留在这个位置上 如果再连续按下去 电灯又 会由亮逐渐变暗 直至熄灭 需要注意的是 IS7232 是一种 PMOS 型集成电路 因此它的电源极性与常 用的 CMOS 电路相反 即它的场电源端应当接电源的负极 而瑰端则应接电源的 正极 本例电路电源仍采用交流供电 电容降压 二极管半波整流 与其他电容 降压的供电电路不同的是 该电源的降压电容器 C6 并联了一只 220tH 的电感器 该电感器的作用是用来吸收 IS7232 所产生的谐波 防止其通过电源线干扰其 他用电器 6 图 2 2 采用 KA2184 的红外线感应式延时照明灯电路原理图 本例电路如图 2 2 采用红外线反射式电路结构 红外线发射器与接收器需 安装在同一方向的同一平面内 这就需使发射器与接收器成为一体化结构 并 使用同一个电源供电 这种工作方式也正好适应该电路的长期待机 短时工作 的工作状态 电路中 IC1 NE555 时基集成电路组成的多谐振荡器作为红外线发射管的 驱动电路 多谐振荡器的振荡频率由 R1 R2 R3 与 C1 的值决定 通常用于红 外线发射的驱动频率为 38 一 40kHz 电路中采用可调电阻器 R1 将其频率调整 在这一范围内 并与接收电路的中心频率相一致 使接收电路呈最佳接收状态 多谐振荡器的振荡频率可由公式 f 1 443 R1 R2 2R3 C1 来计算 当红外线接收管 PH302 接收到红外线反射信号后输入 KA2184 通过电路内 对输人信号的放大与解调后 由 7 脚输出低电平 这一低电平通过 R8 驱动 PNP 型晶体管 使其导通 发射极输出低电平 这一低电子又作为下一级单稳态触 发器的触发信号 IC3 是一个由 555 时基集成电路组成的脉冲启动型单稳态触发器 平时电 路处于稳定态 2 脚为高电平 3 脚输出低电平 当有负脉冲或低电平加至它的 7 2 脚后 电路立即翻转 3 脚变为高电平 这一高电平使继电器 K 通电吸合 将 照明灯的电源电路接通 照明灯 EL 亮 当 IC3 的 3 脚输出高电平时 电路进人暂稳态 同时由电源通过电阻器 R1 1 向电容器 C8 充电 电容器 C8 的充电过程便是该暂稳态的暂稳时间 当 C8 充 电电压达到电源电压 2 VDD 3 6 脚的翻转电压 时 电路翻转 单稳态电路的 暂稳过程结束 3 脚变为低电平 继电器 K 失电后释放 断开照明灯的电源 照明灯 EL 灭 电路中 电灯开启后需要保持多长时间 可以通过电路中电容器 C8 的电容 量和电阻器 R11 的电阻值来确定 一般情况下 这种单稳态电路的最大延时时 间可达 3min 在 IC3 的 4 脚与地之间接有光敏电阻器 RL 它的作用是 使电路不能在白 天被触发 只有在夜间或光线较暗时才能被触发 它是利用光敏电阻器在白天 的亮阻远小于夜间的暗阻这一原理 将 555 时基集成电路的强复位端 4 脚 在白天置于低电平 使电路保持复位状态而不能被触发翻转 而在夜间 由于 RL 的电阻值变大 使 4 脚恢复高电平 将电路的复位解除 电路进入正常控制 工作状态 本电路采用发射 接收一体化固定安装 电路处于长期待机 短期工作的 状态 因此采用交流供电方式 交流电源经降压电容器 C11 降压 桥式整流 VD 2 VD5 C10 滤波以及 VS1 稳压后向工作电路供电 由于 KA2184 的工作电压为 5V 因此由 VS2 将 9V 电压再次稳压为 5V 以供电路使用 电路中的 R9 为 9V 电源 与 5V 电源之间的隔离电阻器 3 3 红外线感应楼道照明系统的具体设计红外线感应楼道照明系统的具体设计 3 13 1 元器件选择元器件选择 红外线发射器中的 IC 选用 NE555 VA555 LM555 或 SL555 等时基集成电路 IC1 宜选用 KA2184 红外线发射集成电路 IC2 选用 KA2184 红外线接收集成电 路 它的性能 参数和引脚功能与 CX20106 完全相同 可直接互换使用 8 VTH 选用普通小型塑料封装双向晶闸管 如 1VIAC94A4 或 MAC97A6 等型号 VS 选用 12V 0 5W 硅稳压二极管 如 2CW60 12V 或 1N5242 1N5242B 1N600 2 2CW5242 或 UZ 12B 等型号 其他元器件均无特殊要求 可按图所标明的型号及参数进行选用 3 23 2 热释电红外线传感器的设计热释电红外线传感器的设计 3 2 13 2 1 人体热释电红外线传感器的基本结构和原理人体热释电红外线传感器的基本结构和原理 人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列 依次为红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 其中红光的波长范围为 0 62 0 76 m 紫光的波长范围为 0 38 0 46 m 比紫光光波长更短的光叫紫外线 比红光波长更长的光叫红外 线 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传 感器 一般人体都有恒定的体温 一般在 37 度 所以会发出特定波长 10UM 左右 的红外线 被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10UM 左右的红外线而进行工 作的 人体发射的 10UM 左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应 源上 红外感应源通常采用热释电元件 这种元件在接收到人体红外辐射温度 发生变化时就会失去电荷平衡 向外释放电荷 后续电路经检验处理后即可产 生报警信号 人体热释电红外线传感器 以下简称 传感器 由敏感单元 阻 抗变换器和滤光窗等三大部分组成 热释电传感器是对温度变化敏感的传感器 它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成 在元件两个表面做成电极 在传感器监 测范围内温度有 T 的变化时 热释电效应会在两个电极上产生电荷 Q 即 在两电极之间产生一微弱的电压 V 由于它的输出阻抗极高 在传感器中有 一个场效应管进行阻抗变换 热释电效应所产生的电荷 Q 会被空气中的离子 所结合而消失 即当环境温度稳定不变时 T 0 则传感器无输出 当人体进 入检测区 因人体温度与环境温度有差别 产生 T 则有 T 输出 若人体 进入检测区后不动 则温度没有变化 传感器也没有输出了 所以这种传感器 检测人体或者动物的活动传感 由实验证明 传感器不加光学透镜 也称菲涅尔透镜 其检测距离小于 2m 而加上光学透镜后 其检测距离可大于 7m 1 热释电效应 9 当一些晶体受热时 在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷 这 种由于热变化产生的电极化现象 被称为热释电效应 通常 晶体自发极化所 产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和 其自发极化 电矩不能表现出来 当温度变化时 晶体结构中的正负电荷重心相对移位 自 发极化发生变化 晶体表面就会产生电荷耗尽 电荷耗尽的状况正比于极化程 度 图 3 1 表示了热释电效应形成的原理 能产生热释电效应的晶体称之为热 释电体或热释电元件 其常用的材料有单晶 LiTaO3 等 压电陶瓷 PZT 等 及高分子薄膜 PVFZ 等 热释电传感器利用的正是热释电效应 是一种温度敏感传感器 它由陶瓷 氧化物或压电晶体元件组成 元件两个表面做成电极 当传感器监测范围内温 度有 T 的变化时 热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Q 即在两电极 之间产生一微弱电压 V 由于它的输出阻抗极高 所以传感器中有一个场效 应管进行阻抗变换 热释电效应所产生的电荷 Q 会跟空气中的离子所结合而 消失 当环境温度稳定不变时 T 0 传感器无输出 当人体进入检测区时 因人体温度与环境温度有差别 产生 T 则有信号输出 若人体进入检测区 后不动 则温度没有变化 传感器也没有输出 所以这种传感器能检测人体或 者动物的活动 传感器主要有外壳 滤光片 热释电元件 PZT 场效应管 FET 等组成 其中 滤光片设置在窗口处 组成红外线通过的窗口 滤光片为 6mm 多层膜干涉滤光片 对太阳光和荧光灯光的短波长 约 5mm 以下 可很好滤除 热释电元件 PZT 将波长在 8mm 12mm 之间的红外信号的微弱变化转变为电信号 为了只对人体的红外辐射敏感 在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光 片 使环境的干扰受到明显的抑制作用 图 3 1 热释电效应的形成原理 10 对不同的传感器来说 敏感单元的制造材料有所不同 如 SD02 的敏感单 元由锆钛酸铅制成 P2288 由 LiTaO3 制成 这些材料再做成很薄的薄片 每一 片薄片相对的两面各引出一根电极 在电极两端则形成一个等效的小电容 例 P1 P2 因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的 而它们形成的等效小电容 能自身产生极化 极化的结果是 在电容的两端产生极性相反的正 负电荷 但这两个电容的极性是相反串联的 这正是传感器的独特设计之处 因而使得 它具有独特的抗干扰性 当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时 由于 P1 P2 自身产生极化 在电容的两端产生极性相反 电量相等的正 负电 荷 而这两个电容的极性是相反串联的 所以 正 负电荷相互抵消 回路中 无电流 传感器无输出 当人体静止在传感器的检测区域内时 照射到 P1 P2 上的红外线光能能量相等 且达到平衡 极性相反 能量相等的光电流在回路 中相互抵消 传感器仍然没有信号输出 同理 在灯光或阳光下 因阳光移动 的速度非常缓慢 P1 P2 上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的 且在回 路中相互抵消 再加上传感器的响应频率很低 一般为 0 1 10Hz 即传感器 对红外光的波长的敏感范围很窄 一般为 5 15um 因此 传感器对它们不敏 感 当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时 因 P1 P2 做在同一 硅晶片上的 它所产生的极性相反 能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消 传感器无输出 从原理上讲 任何发热体都会产生红外线 热释电人体红外线 传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化 而温度的变化导致电信号的产生 环境与自身的温度变化由其内部结构决定了 它不向外输出信号 而传感器的低频响应 一般为 0 1 10Hz 和对特定波长红 外线 一般为 5 15um 的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传 感器的温度的变化而敏感 而这种变化对人体而言就是移动 所以 传感器对 人体的移动或运动敏感 对静止或移动很缓慢的人体不敏感 它可以抵抗可见 光和大部分红外线的干扰 2 滤光窗 它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的 滤光窗能有效地滤除 7 0 14um 波长以外的红外线 例如 SCA02 1 对 7 5 14um 波长的红外线的穿透 11 量为 70 在 6 5um 处时下降为 65 而在 5 0um 处时陡降为 0 1 P2288 的响 应波长为 6 14um 中心波长为 10um 物体发射出的红外线辐射能 最强波长和温度的关系满足 m T 2989 um k 其中 m 为最大波长 T 为绝对温度 人体的正常体 温为 36 37 5 C 即 309 310 5K 其辐射的最强的红外线的波长为 m 2989 309 310 5 9 67 9 64um 中心波长为 9 65um 因此 人体辐射 的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长 7 14um 的中心 所以 滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过 而最大限度地阻止阳光 灯光等可 见光中的红外线的通过 以免引起干扰 综上所述 传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用 菲涅尔透镜 根据菲涅耳原理制成 把红外光线分成可见区和盲区 同时 又有聚焦的作用 使热释电人体红外传感器 PIR 灵敏度大大增加 菲涅耳透 镜折射式和反射式两种形式 其作用一是聚焦作用 将热释的红外信号折射 反射 在 PIR 上 二是将检测区内分为若干个明区和暗区 使进入检测区的 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 这样 PIR 就能 产生变化电信号 不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足 2 米 只有配合 菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用 配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达 到 10 米 例如 一些传感器对远在 20 米处快速行驶的汽车里的人体也能可靠 地检测到 菲涅尔透镜采用塑料片制作而成 图 3 2 为它的平面图 从图中可 以看出 透镜在水平方向上分寸成 3 个部分 每一部分在竖直方向上又等分成 若干不同的区域 最上面部分的每一等份为一个透镜单元 它们由一个个同心 圆构成 同心圆圆心在透镜单元内 中间和下半部分的每一等份也为分别一个 透镜单元 同样由同心圆构成 但同心圆圆心不在透镜单元内 当光线通过这 些透镜单元后 就会形成明暗相间的可见区和盲区 由于每一个透镜单元只有 一个很小的视角 视角内为可见区 视角外为盲区 任何两个相邻透镜单元之 间均以一个盲区和可见区相间隔 它们断续而不重叠和交叉 如图 3 2 这样 当把透镜放在传感器正前方的适当位置时 运动的人体一旦出现在透镜的前方 人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区 盲区 和明亮区 可见区 使传感器表面的温度不断发生变化 从而输出电信号 12 也可以这样理解 人体在检测区内活动时 一离开一个透镜单元的视场 又会 立即进入另一个透镜单元的视场 因为相邻透镜单元之间相隔很近 传感 器上就出现随人体移动的盲区和可见区 导致传感器的温度变化 而输出电信 号 图 3 2 菲涅尔透镜 菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区 还有聚焦作用 其焦点一般为 5 厘米左右 实际应用时 应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与 传感器之间的距离 一般把透镜固定在传感器正前方 1 5 厘米的地方 菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成 颜色为乳白色或黑色 呈半透明状 但对波长为 10um 左右的红外线来说却是透明的 表 3 3 热释电人体红外线传感器 SCA02 1 的主要电参数 项 目参 数条 件 电源电压 2 2 10 0V 源极电压 0 3 2 0V 25 C 源极阻抗 47K Id 6 43uA 电 平 衡10 Max 13 频率响应 0 3 30Hz 12db Max 响应波长 7 5 14um 平均大于 70 工作温度 10 50 C 3 2 23 2 2 热释电红外线传感器的优缺点热释电红外线传感器的优缺点 不同于主动式红外传感器 被动红外传感器本身不发任何类型的辐射 隐 蔽性好 器件功耗很小 价格低廉 但是 被动式热释电传感器也有缺点 如 1 信号幅度小 容易受各种热源 光源干扰 2 被动红外穿透力差 人体的红外辐射容易被遮挡 不易被探头接收 3 易受射频辐射的干扰 4 环境温度和人体温度接近时 探测和灵敏度明显下降 有时造成短时失灵 5 被动红外探测器的主要检测的运动方向为横向运动方向 对径向方向运动的 物体检测能力比较差 抗干扰性能 1 防小动物干扰 探测器安装在推荐地使用高度 对探测范围内地面上地小动物 一般不产 生报警 2 抗电磁干扰 探测器的抗电磁波干扰性能符合 GB10408 中 4 6 1 要求 一般手机电磁干 扰不会引起误报 3 抗灯光干扰 探测器在正常灵敏度的范围内 受 3 米外 H4 卤素灯透过玻璃照射 不产生 报警 红外线热释电传感器的安装要求 红外线热释电人体传感器只能安装在室内 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 红外线热释电传感器应离地面 2 0 2 2 米 2 红外线热释电传感器远离空调 冰箱 火炉等空气温度变化敏感的地方 14 3 红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏 家具 大型盆景或其他隔离物 4 红外线热释电传感器不要直对窗口 否则窗外的热气流扰动和人员走动会引 起误报 有条件的最好把窗帘拉上 红外线热释电传感器也不要安装在有强气 流活动的地方 红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大 红外 线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感 而对于横切方向 即与半径垂直 的方向 移动则最为敏感 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报 求 得最佳检测灵敏度极为重要的一环 3 33 3 CDSCDS 传感器传感器 硫化镉 Cds 即光敏电阻器 这是目前最常见的光敏电阻器 光敏电阻器 是利用半导体光致导电的原理制造的 这种光敏电阻器的基座是陶瓷片 上面 涂有硫化镉多晶体 再经烧结制成 光敏电阻器的表面还涂有防潮树脂 光敏 电阻器的光谱特性曲线与人眼对可见光的响应曲线比较接近 光敏电阻器的电 阻值随光照强度而变化 在暗光条件下它的电阻值可达 10M 在强光下它的 电阻值仅为数百欧姆或数千欧姆 光敏电阻器的光照特性在多数情况下是非线 性的 只有在微小区域内呈线性 光敏电阻器的电阻值有较大的离散性 光敏 电阻器的灵敏度是指光敏电阻器不受光照时的电阻值 暗阻 和受光照时的电阻 值 亮阻 的相对变化值 在一般情况下 照度越低 单位照度改变时的电阻值 变化越大 即在低照度下光敏电阻器的灵敏度较高 光敏电阻器是电路的关键元件 它对光线的强弱有敏感的反应 在本电路 中要求光敏电阻器受到光照时的阻值应小于 5k 在暗光情况下阻值应大于 1M 可选符合要求的 MG41 22 光敏电阻器 3 43 4 NE555NE555 时基电路的设计时基电路的设计 3 4 13 4 1 NE555NE555 内部结构和封装内部结构和封装 NE555 的内部结构可等效成 23 个晶体三极管 17 个电阻 两个二极管 组成 了比较器 RS 触发器等多组单元电路 特别是由三只精度较高 5k 电阻构成了一 个电阻分压器 为上 下比较器提供基准电压 所以称之为 555 ne555 属于 cmos 工艺制造 NE555 内部电路方框图如图 3 4 15 内部含有两个电压比较器 一个分压器 一个 RS 触发器 一个放电晶体 管和一个功率输出级 图 3 4 NE555 电路内部方框图 NE555 时基电路封装形式有两种 一是 DIP 双列直插 8 脚封装 另一种是 SOP 8 小型 SMD 封装形式 其他 HA17555 LM555 CA555 分属不同的公司生 产的产品 内部结构和工作原理都相同 NE555 属于 CMOS 工艺制造 555 集成电路是 8 脚封装 双列直插型 如图 3 5 A 所示 按输入输出的 排列可看成如图 3 5 B 所示 其中 6 脚称阈值端 TH 是上比较器的输入 2 脚称触发端 TR 是下比较器的输入 3 脚是输出端 Vo 它有 O 和 1 两种状 态 由输入端所加的电平决定 7 脚是放电端 DIS 它是内部放电管的输出 有悬空和接地两种状态 也是由输入端的状态决定 4 脚是复位端 MR 加上 低电平时可使输出为低电平 5 脚是控制电压端 Vc 可用它改变上下触发电平 值 8 脚是电源端 1 脚是地端 16 A B 图 3 5 555 集成电路封装图 我们也可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R S 触发器 如图 3 6 A 所示 这个特殊的触发器有两个输入端 阈值端 TH 可看成是置零端 R 要求 高电平 触发端 TR 可看成是置位端 S 要求低电平 有一个输出端 Vo Vo 可 等效成触发器的 Q 端 放电端 DIS 可看成是由内部放电开关控制的一个接点 由触发器的 Q 端控制 Q 1 时 DIS 端接地 Q 0 时 DIS 端悬空 另外还有复位端 MR 控制电压端 Vc 电源端 VDD 和地端 GND 这个特殊的触发器有两个特点 1 两个输入端的触发电平要求一高一低 置零端 R 即阈值端 TH 要求高电平 而置位端 s 即触发端 TR 则要求低电乎 2 两个输入端的触发电平使输出发生翻转的阈值电压值也不同 当 V c 端不接 控制电压时 对 TH R 端来讲 2 3VDD 是高电平 1 1 3VDD 是高电平 1 1 3VDD 是低电平 0 如果在控制端 Vc 上 控制电压 Vc 时 这时上触发电平就变成 Vc 值 下触发电平就变成 1 2Vc 值 可 见改变控制端的控制电压值就可以改变上下触发电平值 它的功能表见图 3 6 B 所示 17 A B 图 3 6 NE555 电路等效 R S 触发器 555 时基集成块的封装外型图 如图 3 7 所示 图 3 7 NE555 的封装外型 电路引脚如图 3 8 所示 18 图 3 8 NE555 电路引脚图 NE555 为 8 脚时基集成电路 各脚主要功能如表 3 9 所示 表 3 9 NE555 的个引脚的功能 引脚功能 1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限 阈值 7 放电 8 电源电压 VCC 555 集成电路有双极型和 CMOS 型两种 CMOS 型的优点是功耗低 电源电压 低 输入阻抗高 但输出功率较小 输出驱动电流只有几毫安 双极型的优点 是输出功率大 驱动电流达 200 毫安 其他指标则不如 CMOS 型的 555 的应用电路很多 只要改变 555 集成电路的外部附加电路 就可以构成 几百种应用电路 大体上可分为 555 单稳 555 双稳及 555 无稳 即振荡器 三 类 3 4 23 4 2 无稳态多谐振荡器电路无稳态多谐振荡器电路 由 555 定时器和外接元件 R1 R2 C构成的多谐振荡器电路如图 3 10 所示 脚 2 与脚 6 直接相连 电 路没有稳态 仅存在两个暂稳态 电路亦不需要外加触 发信号 利用电源通过 R1 R2向 C 充电 以及 C 通过 R2向放电端 Ct 放电 使 电路产生振荡 电容 C 在和之间充电和放电 输出信号的时间参数CCV 3 1 CCV 3 2 是 T tw1 tw2 tw1 0 7 R1 R2 C tw2 0 7R2C 19 555 电路要求R1 与R2 均应大于或等于1K 但R1 R2应小于或等于 3 3M 图 3 10 无稳态多谐振荡器电路 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性 555 定时器配以少量的元 件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力 因此这种形式的 多谐振荡器应用很广 3 4 33 4 3 NE555NE555 时基电路的特点与应用时基电路的特点与应用 555 集成电路开始是作定时器应用的 所以叫做 555 定时器或 555 时基电 路 但后来经过开发 它除了作定时延时控制外 还可用于调光 调温 调压 调速等多种控制及计量检测 此外 还可以组成脉冲振荡 单稳 双稳和脉冲 调制电路 用于交流信号源 电源变换 频率变换 脉冲调制等 555 时基电路具有以下几个特点 1 555 时基电路 是一种将模拟电路和数字电路巧妙结合在一起的电路 2 555 时基电路可以采用 4 5 15V 的单独电源 也可以和其它的运算放大 器和 TTL 电路共用电源 3 一个单独的 555 时基电路 可以提供近 15 分钟的较准确的定时时间 4 555 时基电路具有一定的输出功率 最大输出电流达 200mA 可直接驱动 继电器 小电动机 指示灯及喇叭等负载 由于它工作可靠 使用方便 价格低廉 目前被广泛用于各种电子产品中 555 集成电路内部有几十个元器件 有分压器 比较器 基本 R S 触发器 放 电管以及缓冲器等 电路比较复杂 是模拟电路和数字电路的混合体 20 3 53 5 集成电路集成电路 KA2184KA2184 芯片芯片 集成电路 KA2184 芯片其内部电路和引脚排列均与极易得到的遥控电路 CX20106A 完全一样 故可取 CX20106A 来直接代换 KA2148c CX20106A 红外线 接收集成电路的内电路如图 3 11 所示 A B 图 3 11 CX20106A 内部电路 使用 CX 20106A 集成电路对接收探头受到的信号进行放大 滤波 其总放 大增益 80db 以下是 CX20106A 的引脚注释 1 脚 超声信号输入端 该脚的输入阻抗约为 40k 2 脚 该脚与地之间连接 RC 串联网络 它们是负反馈串联网络的一个组成部分 改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性 增大电阻 R1 或减小 C 1 将使负反馈量增大 放大倍数下降 反之则放大倍数增大 但 C1 的改变会影 响到频率特性 一般在实际使用中不必改动 推荐选用参数为 R1 4 7 C1 1 F 3 脚 该脚与地之间连接检波电容 电容量大为平均值检波 瞬间相应灵 敏度低 若容量小 则为峰值检波 瞬间相应灵敏度高 但检波输出的脉冲宽 度变动大 易造成误动作 推荐参数为 3 3 f 4 脚 接地端 21 5 脚 该脚与电源间接入一个电阻 用以设置带通滤波器的中心频率 f0 阻值 越大 中心频率越低 例如 取 R 200k 时 f0 42kHz 若取 R 220k 则 中心频率 f0 38kHz 6 脚 该脚与地之间接一个积分电容 标准值为 330pF 如果该电容取得太大 会使探测距离变短 7 脚 遥控命令输出端 它是集电极开路输出方式 因此该引脚必须接上一个 上拉电阻到电源端 推荐阻值为 22k 没有接受信号是该端输出为高电平 有信号时则产生下降 8 脚 电源正极 4 5 5V 4 4 红外线感应照明系统的安装调试以及注意事项红外线感应照明系统的安装调试以及注意事项 使用人体感应开关 能实现一定程度的家居智能化 可以做到 人来灯亮 人离开延时熄灭 杜绝 长明灯 白日灯 让你告别 摸黑开灯关灯摸黑 的时代 解除你双手拿着东西不便开灯的麻烦 红外线感应照明系统适用于楼 宇建筑 走廊 楼道 卫生间 地下室 车库等场所的自动照明 排气扇的自 动抽风以及其它电器的自动控制等功能 家庭 自动照明 洗手间 仓库 车库等场所的自动照明及抽风等用途 防盗 安装在阳台等位置 起到防范窃 贼人侵的作用 幼儿房间 幼儿从睡梦中醒来有活动时 灯自动打开 消除幼 儿的恐惧心理 4 14 1 功能特点功能特点 1 基于红外线技术的自动控制产品 当有人进入感应范围时 专用传感器 探测到人体红外光谱的变化 感应灯自动接通负载 人不离开且在活动 感 应灯持续导通 人离开后 感应灯延时自动关闭负载 人到灯亮 人离灯熄 亲切方便 安全节能 2 具有过零检测功能 无触点电子感应灯 接通负载的瞬间无大的冲击电 流 延长负载使用寿命 无触点 开关无火花 3 应用光敏控制 感应灯自动测光 光线强时不感应 4 24 2 安装调试安装调试 22 确认电压 安装时先把电源关掉 电源线接220VC 50 HZ 用 4 25 大扁头自攻螺丝通过底盘固定在天花顶上或墙壁 需用固定牢固 且 安全 接线 将灯体电源线其中一根线用接线粒与火线联在一起 另一根 与零线联在一起 接好后用力拉线粒 不掉为准 装上灯泡 玻璃或后盖 即可通电试用 因感应灯左右两侧比上下两侧的感应范围大 所以安装 感应 灯时 应使其正轴线与人的行走通道方向尽量相垂直 这样可以达到最佳感应 效果 本产品第一次接通电源 会有三次连续灯亮 表示正常 但白天或光 线较强时仍不会正常灯亮 在晚上光线较暗时人到即可自动亮灯 如在白天 用黑布盖紧红外探头透镜 经过十秒钟 不让其透光 也可试其灯亮工作 使用说明 1 警告 请勿带电操作 操作规程按照电工规范进线 2 按照接线图将感应开关接入控制线路中 两根红线不分进出顺序 3 检查无误后通电 负载应处于断电状态 4 用手捂住感应探头 测试开关正常 如果异常 请断电检查后重试 接线示意图如图 4 1 图 4 1 接线示意图 安装示意图如图 4 2 23 图 4 2 安装示意图 4 34 3 注意事项注意事项 安装时请把智能灯具安装在人经常活动的地方 天花板或墙壁上 可 提高其灵敏度及工作范围 不要安装在潮湿的天花板或墙壁上 卫生间等 湿热环境不建议安装 因为