基于红外热释电的自动控制设计与应用

1、张建兵2011年3月制作 现代综合电子设计与实践(一) 研究背景 现代电子技术的迅猛发展，导致人们生活水平 不断提高，人类对自己的生活和工作环境的舒适性 和安全性提出了跟高的要求。 相关创新新闻 第一章 概述 银行自动开关门；宾馆旋转门自动旋转装置；银行自动开关门；宾馆旋转门自动旋转装置； 安防防盗报警系统；安防防盗报警系统； 小区智能监控、家用门禁视频语音系统；楼道的声控、小区智能监控、家用门禁视频语音系统；楼道的声控、 光控开关、光控窗帘、家用电器等等；光控开关、光控窗帘、家用电器等等； 生活起居方面：生活起居方面： 工作环境方面：工作环境方面： 智 能 家 居 系 统 内容知识点 1.红

2、外热释电传感器红外热释电传感器PIR； 本课程主要介绍了基于红外热释电传感器设计的红外本课程主要介绍了基于红外热释电传感器设计的红外 自动控制系统的设计方法及应用。自动控制系统的设计方法及应用。 2.菲尼尔透镜的设计原理菲尼尔透镜的设计原理； 3.BISS0001数字模拟处理芯片；数字模拟处理芯片； 4.自动控制电路设计；自动控制电路设计； 5.相关元器件基础知识介绍相关元器件基础知识介绍； 6.设计产品的总装、测试；设计产品的总装、测试； 课程主要内容 1.模拟电子线路 2.数字电子线路 3.传感器测控技术 4.自动控制原理 涉及的基础知识 应用领域 1.安防 2.自动控制 3.接近开关 4

3、.遥测 第二章 热释电红外传感器特性 热释电红外传感器(Passive Infrared Radiation Sensor)， 简称PIR也可称为热红外传感器，是一种能检测人体发 射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件，其可以以非接 触形式检测出人体辐射红外线能量的变化，并将其转换成 电压信号的传感器。 常用材料：常用材料：单晶（LiTaO3，钽酸锂等）、 压电陶瓷（PZT，锆钛酸铅） 高分子薄膜（PVFZ） 热释电效应在近10年被用于热释电红外探测器中，广泛地用于辐 射和非接触式温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、工业自动控 制、空间技术、红外摄像中。我国利用ATGSAS晶体制成的红外摄像管

4、 已开始出口国外。其温度响应率达到45A/，温度分辨率小于 0.2，信号灵敏度高，图像清晰度和抗强光干扰能力也明显地提高， 且滞后较小。 热释电效应： 热电效应形成原理 当一些晶体受热时自身的电子，因随着温度梯度由高温 区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象，两 端将会产生数量相等符号相反的电荷。 光谱认识 1.人类肉眼所能看到的可见光谱范围大约为390nm760nm 。 2.波长在0.77um以上到1000um左右的光波波称为“红外 波”。 3.在0.39um以下到0.04um左右的称“紫外线”。红外线和紫 外线不能引起视觉，但可以用光学仪器或摄影方法去量度和 探测这种发光物体的存

5、在。 4.在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域，甚 至X射线均被认为是光，而可见光的光谱只是电磁光谱中的一 部分。 保护内部元器件、工作稳定性、方便安装；保护内部元器件、工作稳定性、方便安装； 约为约为6mm6mm2 2的多层膜干涉滤光片，滤去的多层膜干涉滤光片，滤去5m5m以下波长以下波长( (例如例如 太阳光、荧光灯太阳光、荧光灯) )对对7m7m10m10m范围波长有良好的透光范围波长有良好的透光 性；抑制环境干扰性；抑制环境干扰 探测探测0.2m-20m0.2m-20m的红外信号微弱变化转化成电信号，通常的红外信号微弱变化转化成电信号，通常 采用极性相反、特性相同的双探测元件

6、串联使用，以消除因采用极性相反、特性相同的双探测元件串联使用，以消除因 环境和自身变化引起的干扰；环境和自身变化引起的干扰； 将高阻抗将高阻抗PZTPZT进行阻抗变换，将其电荷信号变化转化成电压进行阻抗变换，将其电荷信号变化转化成电压 信号变化；信号变化； 热释电元件热释电元件(PZT)(PZT)： 场场 效效 应应 管：管： 滤滤 光光 片：片： 外外 壳：壳： 外壳、滤光片、热释电元件外壳、滤光片、热释电元件PZTPZT、场效应管、场效应管FETFET等组成等组成 传感器结构组成：传感器结构组成： 热释电传感器结构 热释电传感器灵敏度与运动方向关系 热释电红外传感器优缺点 优点：优点： 信

7、号幅度小，容易受各种热源、光源干扰；信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰； 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；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； 易受射频辐射的干扰；易受射频辐射的干扰； 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；失灵； 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。运动的物体检测能力比较差。 非接触式非接触式 被动式被动式(自身无辐射自身无

8、辐射) 器件功耗小器件功耗小 隐蔽性好隐蔽性好 价格低廉红外传感价格低廉红外传感 缺点：缺点： 抗干扰性能： 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。 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的小动物，一般不产生报警。 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。 市场常见的热释电红外传感器 上海赛拉公司的SD02、PH5342； 德国Perkinelmer公司的LHi954、LHi985； 美国Hamastsu公司的LHi954、Lhi958； 美国Hamasts

9、u公司的Pascal288； 日本NipponGeramic公司的SCA02-1、RS02D； 虽然他们的型号不一样，但其结构、外形和特性参数大致 相同，大部分可以彼此互换使用。 RE200BRE200B热释电红外传感器热释电红外传感器(839E)(839E)参数说明参数说明 体积：体积：8.3*4.2mm3 灵敏元面积：灵敏元面积：2.01.0mm2 基片材料：基片材料：硅基片 厚度：厚度：0.5mm 工作波长：工作波长：7-14m 平均透过率：平均透过率：75% 噪声：噪声：200mV(mVp-p) (25) 输出信号：输出信号：2.5V 调制频率0.3-3.0Hz 带宽 72.5db增益

10、,放大约350倍) 平衡度：平衡度：20% 工作电压：工作电压：2.2-15V 工作电流：工作电流： 8.5-24A(VD=10V,Rs=47k,25) 源极电压：源极电压：0.4-1.1V (VD=10V,Rs=47k,25) 工作温度：工作温度：-20- +70 保存温度：保存温度：-35- +80 视场视场：138125 思考题 1.什么是热释电效应？ 2.简述热释电红外(PIR)传感器工作的优缺点。 3.简述并能画出PIR的内部结构框图。 第三章 菲涅尔透镜特性介绍 菲涅尔透镜历史 菲涅尔透镜菲涅尔透镜 (Fresnel Lense) (Fresnel Lense)是由法国物理学家奥是

11、由法国物理学家奥 古斯汀古斯汀. .菲涅尔（菲涅尔（Augustin.Fresnel)Augustin.Fresnel)发明的，他在发明的，他在18221822 年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜 系统系统灯塔透镜。孔多塞灯塔透镜。孔多塞(1743-1794)(1743-1794)提议用单片薄玻提议用单片薄玻 璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅璃来研磨出这样的透镜。而法国物理学家兼工程师菲涅 耳亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森耳亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。根据史密森 学会的描述，学会的描述，182

12、31823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦 特河口的哥杜昂灯塔（特河口的哥杜昂灯塔（PharePhare dede CordouanCordouan）上；透过它）上；透过它 发射的光线可以在发射的光线可以在2020英里（英里（3232千米）以外看到。苏格兰千米）以外看到。苏格兰 物理学家大卫物理学家大卫布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔 中使用这种透镜的推动者。中使用这种透镜的推动者。 菲涅尔透镜基本结构 菲涅尔透镜正面图菲涅尔透镜正面图 菲涅尔透镜菲涅尔透镜(Fresnel Lense)(Fresnel Lense)是一种微细

13、结构的光学元件，从正面是一种微细结构的光学元件，从正面 看其象一个飞镖盘，由一环一环的同心圆组成。通过将数个独立的截看其象一个飞镖盘，由一环一环的同心圆组成。通过将数个独立的截 面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，所以又称螺纹透镜。面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，所以又称螺纹透镜。 菲涅尔透镜的形成原理 若能去除光在玻璃中直线传播的部分而保留发生折射的若能去除光在玻璃中直线传播的部分而保留发生折射的 曲面，便能省下大量材料同时达到相同的聚光效果。曲面，便能省下大量材料同时达到相同的聚光效果。 菲涅尔透镜的形成过程演示菲涅尔透镜的形成过程演示 常用镜片外观示意图常用镜片外观示

14、意图 菲涅尔镜片通常采用电镀模具工艺和菲涅尔镜片通常采用电镀模具工艺和PEPE（聚乙烯）材料压制而成。（聚乙烯）材料压制而成。 将将0.5mm0.5mm厚的镜片表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，厚的镜片表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆， 从剖面看似锯齿。从剖面看似锯齿。圆环线多而密圆环线多而密, ,感应角度大，焦距远；圆环线刻录的感应角度大，焦距远；圆环线刻录的 深，感应距离远，焦距近。深，感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环光线红外光线越是靠进同心环光线, ,越集中而且越集中而且 越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一越强。同一行的数个

15、同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一 个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段 越多越多, ,水平感应角度就越大。水平感应角度就越大。 区段数量区段数量越多越多，被感应人体移动幅度就越小；区段数量越少被，感应人体，被感应人体移动幅度就越小；区段数量越少被，感应人体 移动幅度就需要大；区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。不同区移动幅度就需要大；区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。不同区 的同心圆之间相互交错，就可以减少区段之间的盲区。由于镜片受到红外探的同心圆之间相互交错，就可以减少区段之间的盲区。

16、由于镜片受到红外探 头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外 观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区 多段。多段。 常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号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）在折射（反射）在PIRPIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干上，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

17、物体能以温度变化的个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的 形式在形式在PIRPIR上产生变化热释红外信号。当人进入感应范围，人上产生变化热释红外信号。当人进入感应范围，人 体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A A区或中距离区或中距离B B区或区或 近距离近距离C C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个 适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电 信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方信号送入电子电路驱动负载工作。

18、整个接收人体红外光的方 式也被称为被动式红外活动目标探测器。式也被称为被动式红外活动目标探测器。 菲涅尔透镜分类 光 学 设 计 上 分 类 b 把光线聚焦到一个点 1.圆形菲涅尔透镜 从 结 构 上 划 分 a校准为平行光线 a正菲涅尔透镜； b负菲涅尔透镜; 2.菲涅尔透镜阵列 3.柱状菲涅尔透镜 4.线性菲涅尔透镜 5.衍射菲涅尔透镜 6.菲涅尔反射透镜 7.菲涅尔光束分离器 8.菲涅尔棱镜 从颜色上分类：从颜色上分类： 1.1.聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。 2.2.白色主要用于适配外壳颜色。白色主要用于适配外壳颜色。 3.3.

19、黑色用于防强光干扰。黑色用于防强光干扰。 1.1.外观描述外观描述外观形状（长、方、圆）、尺寸（直径）。外观形状（长、方、圆）、尺寸（直径）。 以毫米为单位。以毫米为单位。 2.2.探测范围探测范围指镜片能探测的有效距离（米）和角度。指镜片能探测的有效距离（米）和角度。 3.3.焦距焦距指镜片与探头窗口的距离，精确度以毫米的小数指镜片与探头窗口的距离，精确度以毫米的小数 点为单位。长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头点为单位。长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头 窗口。窗口。 菲尼尔镜片主要参数：菲尼尔镜片主要参数： 菲尼尔透镜的应用及发展现状 1.投影显示：菲涅尔投影电视，背投菲

20、涅尔屏幕，高 射投影仪，准直器； 2.聚光聚能：太阳能菲涅尔透镜，摄影用菲涅尔聚光 灯，菲涅尔放大镜； 。 3.航空航海：灯塔用菲涅尔透镜，菲涅尔飞行模拟； 4.科技研究：激光检测系统等； 5.红外探测：无源移动探测器； 6.照明光学：汽车头灯，交通标志，光学着陆系统。 美国海军德怀特D艾森豪 威尔号航空母舰上的光学 着陆系统 第一,该系统设在航母中部左舷的一个自稳平台上，以保证 其光束不受舰体左右摇摆的影响。它由4组灯光组成，主要是 中央竖排的5个分段的灯箱，通过菲涅尔透镜发出5层光束， 光束与降落跑道平行，和海平面保持一定角度，形成5层坡面。 每段光束层高在舰载机进入下滑道的入口处（距航母

21、0.75海 里）为6.6米，正中段为橙色光束，向上、向下分别转为黄色 和红色光束，正中段灯箱两侧有水平的绿色基准定光灯。当 舰载机高度和下滑角正确时，飞行员可以看到橙色光球正处 于绿色基准灯的中央，保持此角度就可以准确下滑着舰。如 飞行员看到的是黄色光球且处于绿色基准灯之上，就要降低 高度；如看到红色光球且处于绿色基准灯之下，那就要马上 升高，否则就会撞在航母尾柱端面或降到尾后大海中。 光学着陆系统简介 第二，第二，在在中央灯箱左右各竖排着一组红色闪光灯，如中央灯箱左右各竖排着一组红色闪光灯，如 果不允许舰载机着舰，它发出闪光，此时绿色基准灯和中果不允许舰载机着舰，它发出闪光，此时绿色基准灯和

22、中 央灯箱均关闭，告诉飞行员停止下降立即复飞，因此被称央灯箱均关闭，告诉飞行员停止下降立即复飞，因此被称 为为“复飞灯复飞灯”。复飞灯上有一组绿灯，叫做切断灯，它打。复飞灯上有一组绿灯，叫做切断灯，它打 开即是允许进入下滑的信号。开即是允许进入下滑的信号。 这些灯光由着舰引导员这些灯光由着舰引导员 （LSOLSO）控制，他们在舰后部左舷）控制，他们在舰后部左舷LSOLSO平台上，分工观察着平台上，分工观察着 舰机的位置、起落架、襟翼、尾钩等的情况，一面与飞行舰机的位置、起落架、襟翼、尾钩等的情况，一面与飞行 员通话，一面操纵灯光信号。在舰岛上部左侧后部设有主员通话，一面操纵灯光信号。在舰岛上部

23、左侧后部设有主 飞行控制室，一名飞控官监视着飞行甲板和空中的情况，飞行控制室，一名飞控官监视着飞行甲板和空中的情况， 对着舰机的安全进行最后把关。在美国航母上，飞控官由对着舰机的安全进行最后把关。在美国航母上，飞控官由 老资格的中校级飞行员担任，并配有一名少校做为助手老资格的中校级飞行员担任，并配有一名少校做为助手 。 光学着陆系统简介 第四章 热释电红外处理芯片原理 对于被动式热释电红外探头有其自身的缺点，可以通对于被动式热释电红外探头有其自身的缺点，可以通 过利用相应的集成芯片对其信号进过特殊方法的处理后，过利用相应的集成芯片对其信号进过特殊方法的处理后， 使它在很多域具有广阔的应用前景。

24、使它在很多域具有广阔的应用前景。 很多生产商根据PIR传感器的特性设计了专用信号处理器 例如：HOLTEK HT761X PTI PT8A26XXP WELTREND WT8072 BISS0001等。 WELTREND(WELTREND(伟诠电子股份有限公司伟诠电子股份有限公司) )专用芯片专用芯片BISS0001BISS0001 PTIPTI（百利通电子有限公司）专用芯片（百利通电子有限公司）专用芯片PT8A26XXPPT8A26XXP CMOS数模混合专用集成电路工艺。 具有独立高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配进行 信号与处理。 内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰。 内设延迟时间定时

25、器和封锁时间定时器,结构新颖,稳定可靠 调解范围宽。 内置参考电压，工作电压范围2V6V。 采用16脚DIP和SOP封装。 可用于多种传感器和延时控制器。 BISS0001功能特点 BISS0001热释电处理芯片管脚说明 BISS0001热释电处理芯片管脚说明 BISS0001芯片工作原理 BISS0001BISS0001是由是由运算放大器运算放大器、电压比较器电压比较器、状态控制器状态控制器、延迟延迟 时间定时器时间定时器以及以及封锁时间定时器封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成等构成的数模混合专用集成 电路。电路。 BISS0001 内部框图 不可重复触发工作方式下的工作过程波形图不可重

26、复触发工作方式下的工作过程波形图 可重复触发工作方式下的工作过程波形图可重复触发工作方式下的工作过程波形图 PT8A26XXPPT8A26XXP热释电处理芯片特性及功能简介热释电处理芯片特性及功能简介 阴影部分是阴影部分是PIRPIR信号处理部分，有信号处理部分，有两个运算放大器两个运算放大器、一个窗口比较器一个窗口比较器、 一个稳压器一个稳压器、一个系统振荡器一个系统振荡器和和一个逻辑控制器一个逻辑控制器。其它是依赖处理结。其它是依赖处理结 果的控制部分，这里重点介绍果的控制部分，这里重点介绍PIRPIR信号处理部分，控制部分就简单略过。信号处理部分，控制部分就简单略过。 PT8A26XXP

27、PT8A26XXP是是PTI(PTI(百利通电子有限公司百利通电子有限公司) )生产的又一种专用生产的又一种专用PIRPIR热热 释电信号处理的专用芯片。释电信号处理的专用芯片。 窗口比较器：经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值窗口比较器：经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值 要求的信号后，再转换成一系列数字脉冲信号。要求的信号后，再转换成一系列数字脉冲信号。 滤波放大：普通滤波放大：普通PIRPIR传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百 微伏到几毫伏，为了后续电路能作有效的处理，考虑到传感器的信噪微伏到几毫伏，为了后续电路能作有效的处理，

28、考虑到传感器的信噪 比，通常取增益比，通常取增益72.5dB72.5dB，通带，通带0.3Hz0.3Hz7Hz7Hz。同时，由于是处理模拟小。同时，由于是处理模拟小 信号，所以为了保证放大器的工作稳定可靠，电路中特别集成了一个信号，所以为了保证放大器的工作稳定可靠，电路中特别集成了一个 稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。 噪声抑制数字信号处理：噪声抑制数字信号处理： 根据对人体运动特点以及传感器的特根据对人体运动特点以及传感器的特 性的长期研究，用固定时间内计脉冲个数和测脉冲宽度的方法来甄别性的长期研究，用固定时间内计脉冲个数和测脉冲宽度的方法来甄

29、别 有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（16kHz16kHz）。具体判）。具体判 别方法如下：别方法如下： 判别操作限制在判别操作限制在2s2s内；内； 脉冲宽度低于脉冲宽度低于24ms24ms的都算作噪的都算作噪 声，不予处理；单个有效脉冲：宽度必须大于声，不予处理；单个有效脉冲：宽度必须大于340 ms340 ms；双脉冲，其中；双脉冲，其中 宽度必宽度必须大于须大于160ms 160ms ，窄的大于，窄的大于 24ms 24ms ；三个脉冲有效，每个都必须；三个脉冲有效，每个都必须 大于大于 24ms 24ms 由于由于PIR 信号变化

30、缓慢、幅值小，针对该特点，专用信号处信号变化缓慢、幅值小，针对该特点，专用信号处 理器一般分为三步处理，具体处理步骤如下：理器一般分为三步处理，具体处理步骤如下： 第五章 被动式红外自动控制报警装置设计 热释电红外传感器热释电红外传感器(PIR) 菲涅尔透镜菲涅尔透镜 热释电信号专用处理芯片热释电信号专用处理芯片 相关电子元器件相关电子元器件 被动式红外热释电自被动式红外热释电自 动控制报警系统设计动控制报警系统设计 所谓的“被动式”，即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.在这里是指自动控制报警 装置本身不需要发出任何探测信号，而是通过 处在灵敏

31、区范围的被测目标(例如人)发出的红 外信号，使装置本身通过热释电传感器发生电 压变化从而产生相应动作，以达到自动控制或 报警的目的。 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 号处理和自动控 制报警电路等几 部分组成。 设计流程图设计流程图 热源运动方向 探测区域 菲涅尔透镜 输出信号 图中图中将待测目标、菲涅尔透将待测目标、菲涅尔透 镜、热释电红外传感器相结合使镜、热释电红外传感器相结合使 用时的工作原理示意图用时的工作原理示意图，在图中，在图中 待测目标人横向穿过探测区域时，待测目标人横向穿过探测区域时， 其发出的红外信号相对菲涅尔透其发出的红外信号相对

32、菲涅尔透 镜来说，信号最强，经过聚焦后镜来说，信号最强，经过聚焦后 辐射在热释电传感器后，最终实辐射在热释电传感器后，最终实 现我们所需要的功能现我们所需要的功能。 探测区运动示意图探测区运动示意图 红外热释电自动控制装置电路原红外热释电自动控制装置电路原理图理图 重复触发 控制端 控制信号 3.2V输出端 开关键 触发封锁时间 Tx=40R13C13 输出延时时间 Tx=26x103R14C12 3.3V电源 稳压 禁止触 发端 高低增 益选择 电源正端 两级运算 放大端 PIR信号 输出 开关功能 三极管二级 功率放大 无源 蜂鸣器 设计改装 自动控制 部分？ +6V电源电源 红外热释电自

33、动控制装置电路红外热释电自动控制装置电路图中，通常采用的电源电图中，通常采用的电源电 压在压在5 512V12V左右，而左右，而BISS0001BISS0001芯片电压要控制在芯片电压要控制在3 36V6V之间，之间， 所以电源输入后需要进行稳压，这里我们使用了型号为所以电源输入后需要进行稳压，这里我们使用了型号为7150A7150A 或或7133A7133A的一款三端稳压元件，该芯片是一款的一款三端稳压元件，该芯片是一款5.0V/3.3V5.0V/3.3V的高的高 性能、低成本电源管理类芯片，非常适合于采用电池供电或性能、低成本电源管理类芯片，非常适合于采用电池供电或 外部电源不稳情况下使用

34、。通过稳压，就能保证了红外热释外部电源不稳情况下使用。通过稳压，就能保证了红外热释 电传感器电传感器PIRPIR两端稳定的工作电压要求。电路中，在电源端和两端稳定的工作电压要求。电路中，在电源端和 PIRPIR的的D D极分别引入了极分别引入了104pf104pf和和220uF220uF两块电容，同样也是为了两块电容，同样也是为了 防止外界高频和低频干扰信号对防止外界高频和低频干扰信号对PIRPIR两端电压的干扰。两端电压的干扰。 在电路原理图中，在电路原理图中，BISS0001BISS0001芯片中芯片中9 9管脚通过一只暗阻为管脚通过一只暗阻为 M M级的级的光敏电阻光敏电阻R10R10和

35、地连接和地连接，这样可以这样可以用来检测环境照度。用来检测环境照度。 当作为照明控制时，若环境较明亮，当作为照明控制时，若环境较明亮，R10R10的电阻值会的电阻值会骤然骤然降低降低 至几至几K K级级，通过和通过和R3=480KR3=480K分压，分压，使使9 9脚的输入保持为低电脚的输入保持为低电 平，从而封锁触发信号平，从而封锁触发信号VsVs。 在在BISS0001BISS0001芯片中芯片中1 1脚，接入脚，接入工作方式选择开关工作方式选择开关 SW1SW1，当，当SW1SW1处于低电平处于低电平“0 0”时，即接地时，芯片处时，即接地时，芯片处 于不可重复触发工作方式；当于不可重复

36、触发工作方式；当SW1SW1处于高点平处于高点平“1 1”时，时， 即和电源正极相接，即和电源正极相接，芯片处于可重复触发工作方式；芯片处于可重复触发工作方式； 电路电路图中图中R R7 7可以调节放大器增益的大小，可以调节放大器增益的大小，通常在十几通常在十几 千欧左右千欧左右，实际使用时可以，实际使用时可以根据实际情况进行调整根据实际情况进行调整， 这样这样可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间 TxTx大小是由大小是由BISS0001BISS0001芯片芯片3 3脚和脚和4 4脚外部连接的脚外部连接的R R1 1和和C C1 1 的大小的大小

37、进行控制，通常进行控制，通常TxTx262610103 3R R1 1C C1 1，而，而触发封锁触发封锁 时间时间TiTi可以通过可以通过5 5脚和脚和6 6脚脚外部外部连接连接的的R2R2和和C2C2的大小调的大小调 整，整，TiTi4040R R2 2C C2 2， ，同时 同时TiTi与与TxTx两者有一定的联系，需两者有一定的联系，需 要根据时间使用情况进行时间的调整要根据时间使用情况进行时间的调整。 BISS0001 BISS0001中的中的2 2脚是整个电路的信号输出端，有信号脚是整个电路的信号输出端，有信号 输出时，其高电平电压基本保持在输出时，其高电平电压基本保持在3.2V3

38、.2V左右，外部控制电左右，外部控制电 路及报警电路主要通过路及报警电路主要通过2 2脚进行控制的。本电路是通过一脚进行控制的。本电路是通过一 个个N N型场效应管和型场效应管和3V3V直流电磁式继电器结合而形成的自动直流电磁式继电器结合而形成的自动 控制报警电路。控制报警电路。 通过以上电路调整的通过以上电路调整的，整个电路装置就可以正常工作整个电路装置就可以正常工作 了，首先热释电了，首先热释电PIRPIR传感器接收到外部信号后，通过微弱传感器接收到外部信号后，通过微弱 电压经过电压经过1414脚进入第一级脚进入第一级运算放大器运算放大器OP1OP1将热释电红外传将热释电红外传 感器的输出

39、信号作第一级放大，然后由感器的输出信号作第一级放大，然后由C C1111耦合给运算放耦合给运算放 大器大器OP2OP2进行第二级放大，再经由电压比较器进行第二级放大，再经由电压比较器COP1COP1和和COP2COP2 构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号V Vs s去启动延去启动延 迟时间定时器，输出信号迟时间定时器，输出信号V Vo o经场效应管经场效应管管管T1T1放大驱动放大驱动LEDLED、 继电器去接通负载。继电器去接通负载。 第六章 自动控制报警装置产品 总装/调试的应用 焊接电路板原则：焊接电路板原则： 元器件 清点分类 焊接 “先矮

40、后高” 焊完一个 清单做记号 分析电路板 电路图分布 清点元件数量 测量电阻阻值 检查元件是否损坏 先焊接电阻 瓷片电容等 对印刷电路板的 布线进行分析 防止错焊 漏焊和误焊 第七章 相关元器件基础常识 电阻 可以按照此记忆可以按照此记忆:“:“黑黑 棕棕， 红红 橙橙 黄黄 绿绿 兰兰 紫紫 灰灰， 白白！” 颜色颜色黑黑棕棕红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝紫紫灰灰白白 数字数字0123456789 色环色环 所谓所谓“四色环电阻四色环电阻”就是指用四条色环表示阻值的电阻。从左向右就是指用四条色环表示阻值的电阻。从左向右 数，第一，二环表示两位有效数字，第三环表示数字后面添加数，第一，二环表示两位有效数

41、字，第三环表示数字后面添加“0”“0”的的 个数。所谓个数。所谓“从左向右从左向右”，我们是指把电阻象图中所画的样子放置，我们是指把电阻象图中所画的样子放置 四条色环中，有三条相互之间的距离四条色环中，有三条相互之间的距离* *得比较近，而第四环距离稍微得比较近，而第四环距离稍微 大一点。如下图：大一点。如下图： 第一环：红第一环：红代表代表2 2；第二环：紫；第二环：紫代表代表7 7；第三环：棕；第三环：棕代表代表1 1； 但是第三环的但是第三环的“1”1”并不是并不是“有效数字有效数字”，而是表示在前面两个有效数字后面添加，而是表示在前面两个有效数字后面添加“零零”的个数。的个数。 “四色

42、环四色环”读数规则读数规则 上述电阻的阻值是：上述电阻的阻值是：270 270 ，第四环表示电阻的，第四环表示电阻的“精度精度”，也就是，也就是 阻值的误差。金色代表误差阻值的误差。金色代表误差5 5，银色代表误差，银色代表误差1010。对。对270270而言，而言， 5 5的误差，意味着这个电阻实际最小的阻值是的误差，意味着这个电阻实际最小的阻值是270270* *（1 10.050.05） 265.5265.5；最大不会超过；最大不会超过270270* *（1 10.050.05）283.5283.5。 当第三环是黑色的时候，这个黑环代表当第三环是黑色的时候，这个黑环代表0 0的个数，几个

43、的个数，几个0 0？是？是0 0个个 “0”“0”，也就是，也就是“没有没有0”0”，不添加，不添加“0”“0”。如：。如： 阻值是：阻值是：22 22 而绝不是而绝不是220220！ 金色和银色也会出现在第三环中：金色和银色也会出现在第三环中： 第三环第三环金色：把小数点向前移动金色：把小数点向前移动1 1位；位； 第三环第三环银色：把小数点向前移动银色：把小数点向前移动2 2位位； 举两个例子：举两个例子： 1、色环排列、色环排列:“橙灰金橙灰金 金金”，其阻值是：，其阻值是：3.9 ； 2、色环排列、色环排列:“绿黄银绿黄银 金金”，其阻值是：，其阻值是：0.54 ； 电容器 电容按介质

44、不同分为电容按介质不同分为 按结构可分为按结构可分为 按极性分为按极性分为 液体介质电容，液体介质电容， 无机固体介质电容无机固体介质电容 有机固体介质电容有机固体介质电容 电解电容电解电容 气体介质电容气体介质电容 固定电容固定电容 可变电容可变电容 微调电容微调电容 无极性电容无极性电容 有极性电容有极性电容 容量单位：F（法拉）、F（微法）、nF（纳法）、pF（皮 法或微微法）。 例如：4n7 表示4.7nF或4700pF，0.22 表示0.22F，51 表 示51pF。 注意：瓷片电容无正负极性；电解电容有正负之分，长管脚为 “正极”，否则为“负极”，或靠近白色标志的管脚为“负极”。

45、数码表示法：一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。 前两位为有效数字，后一位表示位率。即乘以10i，i为第三位数字， 若第三位数字9，则乘10-1。如223J代表22103pF22000pF 0.22F，允许误差为5%；又如479K代表4710-1pF，允许误 差为5%的电容。这种表示方法最为常见。 二极管、稳压管 由于二极管的单向导电性，常用作开关 元件，在正向电压作用下电阻很小，处于导 通状态，相当于一只接通的开关；在反向电 压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同 一只断开的开关。利用二极管的开关特性， 可以组成各种逻辑电路。 二极管的管压降：硅二极管（不发光类 型）正向管压降0.7

46、V，锗管正向管压降为 0.3V,发光二极管正向管压降为随不同发光颜 色而不同。 稳压二极管通常的稳压值在10V以下， 利用其反向特性不同可以和二极管区别，二 极管的方向击穿电压在10V以上，区别方法如 下：用万用表X10K档测量它们的反向电阻。 普通二极管的反向电阻为无穷大(万用表指针 不动)，测量稳压管(例如6.2V)时，万用表有 一定的指示数。 光敏电阻：光敏电阻： 光敏电阻和热敏电阻光敏电阻和热敏电阻 在温度变化的条件下，电阻的阻在温度变化的条件下，电阻的阻 值大小发生变化。值大小发生变化。 在光照变化条件下，电阻的阻值会在光照变化条件下，电阻的阻值会 发生变化。在无光照或光线很暗时，发

47、生变化。在无光照或光线很暗时， 阻值同在很大，在兆欧阻值同在很大，在兆欧(M)(M)级别；级别； 在良好光照情况下，其阻值会突然在良好光照情况下，其阻值会突然 变小，通常在千欧变小，通常在千欧(K)(K)级别；级别； 热敏电阻：热敏电阻： 三极管 三极管三极管90149014：1.1.发射极（发射极（e e）2.2.基极（基极（b b）3.3.集电极（集电极（c c），常用），常用NPNNPN低功率三低功率三 极极 管，主要用作低频、低噪音前置放大；管，主要用作低频、低噪音前置放大； 三极管三极管8550：1.发射极（发射极（e）2.基极（基极（b）3.集电集电 常用的普通三极管，是一种低电压

48、、大电流、小信常用的普通三极管，是一种低电压、大电流、小信 号号PNP型，主要用途：开关应用、射频放大；型，主要用途：开关应用、射频放大； 1 2 3 三端稳压管、场效应管 三端稳压管HT7133-A： 1.电压输入端; 2.稳压输出端; 3.接地端； 一种极少的电源稳压元件，其具一种极少的电源稳压元件，其具 有低功耗、低压降、低温漂和高线性有低功耗、低压降、低温漂和高线性 度等特点，精度可大度等特点，精度可大2%,2%,最大输出电最大输出电 流流100mA100mA； 非常适合于采用电池供电非常适合于采用电池供电 或外部供电不稳情况下使用或外部供电不稳情况下使用. . 具有在具有在 较宽的输

49、入电压范围内能稳定输出较宽的输入电压范围内能稳定输出, , 而自身消耗很小的特点而自身消耗很小的特点, , 可广泛适用可广泛适用 于电池供电设备。于电池供电设备。 2N-7000型场效应管：型场效应管： 当当G G极电压小于门极电压极电压小于门极电压UG(2.5VUG(2.5V左右左右) )时，时， D D极到极到S S极电流几乎没有，即极电流几乎没有，即DSDS的电阻的电阻 无限大；当无限大；当G G极电压大于等于极电压大于等于U UG G时，时，D D极极 S S极为导通状态；所以可以作为极为导通状态；所以可以作为“电压电压 型开关型开关”。 场效应管属于电压控制元件，类似于晶体场效应管属

50、于电压控制元件，类似于晶体 管的三极管，但其构造与工作原理与其截管的三极管，但其构造与工作原理与其截 然不同的，与其相比有以下特点：电压控然不同的，与其相比有以下特点：电压控 制元件、输入电阻大、温度稳定性好、噪制元件、输入电阻大、温度稳定性好、噪 声低和较强的抗辐射能力等特点。声低和较强的抗辐射能力等特点。 工作原理：工作原理： 1 3 2 直流电磁式继电器 其典型结构如上图其典型结构如上图b b所示，当线圈通电后，所示，当线圈通电后， 铁心被磁化产生足够的铁电磁力，吸引衔铁，铁心被磁化产生足够的铁电磁力，吸引衔铁， 使动接点与静接点使动接点与静接点“5”“5”断开，而与静接点断开，而与静接

51、点 “4”“4”闭合，成为继电器闭合，成为继电器“动作动作”和和“吸合吸合”； 当线圈断电后，电磁力消失，衔铁返回，动当线圈断电后，电磁力消失，衔铁返回，动 接点也恢复到原来位置，称为继电器的接点也恢复到原来位置，称为继电器的“释释 放放”或或“复位复位”。继电器符合通常用长方框。继电器符合通常用长方框 内标一字母内标一字母“J”“J”表示。其接点有三种基本形表示。其接点有三种基本形 式，见上图。式，见上图。 设计实践要求 一、设计实践目的： 1.通过对热释电红外传感器、红外热释电处 理芯片等相关设计结构及工作原理的学习、设计、 安装、焊接、调试、了解并熟悉基于红外热释电的 自动控制过程及应用

52、领域。 2.通过自己设计安装的热释电红外自动控产品， 巩固相关模拟电路和数字电路基础知识，训练动 手能力，掌握基本焊接技术、常用元器件的识别、 电路的调试和实际的设计安装工艺。 二、设计实践要求： 1 1掌握被动式红外热释电自动控制系统电路设计原理，学习并掌握掌握被动式红外热释电自动控制系统电路设计原理，学习并掌握 其各组成部分的作用、工作原理、学会对整体电路进行正确分析和问题解其各组成部分的作用、工作原理、学会对整体电路进行正确分析和问题解 决；决； 2 2掌握红外热释电处理芯片掌握红外热释电处理芯片(BISS0001)(BISS0001)的各管脚的功能及内部结构工的各管脚的功能及内部结构工 作原理；作原理； 3 3学会对常用电子元器件电阻、电容、电感、三极管、场效应管及电学会对常用电子元器件电阻、电容、电感、三极管、场效应管及电 磁式继电器等标称值的计算和管脚功能的识别；