平移门中传感器的应用

1、传感器原理及应用论文院：机械工程学院机自092姓名:学号:刘威0908030277指导老师:冯治国2012年12月传感器原理及应用平移式感应门中红外线传感器及光电传感器装备应用背景门是伴随着人们的文明而诞生的，随着科学的发展，门的种类越来越多，技 术也越来越复杂。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高， 方便于生活的自动控制系统开始步入了人们的生活，自动门已经是随处可见的。 在经济发展的中国，高楼耸立的大都市，自动门已经是随处可见。在大厦、宾馆、 酒店、银行、商场、医院、写字楼等场所。自动门不但能给我们带来人员出入方 便，节约能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的建筑增添了

2、不少高贵 典雅的气息。会展中心正在使用中的平移式自动门自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加感应器，当人走近自动 门时，感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将 门打开到一定位置。当人在门中间时，门不会因为误关而造成夹人事故。当人通 过门之后，再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又 提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。平移型感应自动门基本工作原理一、平移式自动门机组由以下部件组成：（1）主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的 大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通 过主控器

3、调节门扇开启速度、开启幅度等参数。（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动 的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器 一个脉冲信号；（3）动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运 行。（4）门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统， 使其按特定方向行进。（5）门扇吊具走轮系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动 门扇运行。（6） 同步皮带（有的厂家 使用三角皮带）：用于传输马达所产动力， 牵引门扇吊具走轮系统。（7）下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运 行时出现前后门体摆动。二、当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：感应

4、探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断 后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进 入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带， 再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器作出判 断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门 扇传感器应用状况目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，光电 传感器，接近感应开关等，根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门 控制系统中。本文介绍的平移式自动门主要采用了红外线传感器以及光电传感器，应用图 如下射的特I红外线热电型红外线传感器工作示意图在防夹人感应器的选用

5、光电传感器，可避免外界光线干扰。在门关闭时，当 有人或车经过安全光线时，门体会自动停止关闭，并自动开门以起到安全作用。光电开关工作示意图传感器工作原理一、红外线传感器红外线传感器主要由红外辐射源和红外探测器两部分组成，有红外辐 射的物体就可以视为红外辐射源；红外探测器是指能将红外辐射能转换为 电能的器件或装置，是红外探测系统的关键部 件，也称为红外传感器。红外线传感器实物图红外探测器主要有两大类：热探测型（热电型），包括热释电、热敏 电阻、热电偶；光子探测 器（量子型），利用某些半导体 材料在红外辐射 的照射下产生光电子效应，使材料的电学性质发生变化，其中有光敏电阻 、 光敏晶体管、光电池等。

6、本文主要介绍热电型红外探测器。热探测器主要是利用红外辐射的热效应，当探测器吸收辐射能后一起 温度变化，使材料的物理量发生变化，如热射电电荷、热敏电阻阻值、热 电偶电势、气体浓度变化等。热释电效应首 先将光辐射能变成自身的温度， 利用器件温度敏感特性将温度变化转化为电信号。例如上海产的SD02型热释电人体红外传感器，该传感器由敏感元件、场效 应管、阻抗变换器和滤光窗等构成，并在氮气环境下封装。内部结构及原理图如 图所示。管ZT座阻脚FE管高引三红外辐射级源 地2 3一些热释电人体红外线传感器原理图一般人体都有恒定的体温，一般在37度左右，所以会发出特定波长 10UM左右的红外线，被动式红外探 头

7、就是靠探测人体发射 的10UM左右的 红外线而进行工作的。这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电 元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。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 验处理后即可产生信号。引脚图1光电管结构示意国S2光电管电路光电管结构及其电路图被动式红外探测器的组成如下图所示。物体射出的红外线先通过菲涅 尔透镜，然后到达热释电红外探测器。这时，热释电红外探测器将输出脉 冲信号，脉冲信号经放大和 滤波后，由电压比较

8、器将其与基准值进行比较，当输出信号达到一定值时，报警电路发出警报红外传感器工作示意图在电子防盗、人体探测器领域中，被 动式热释电红外探测器的应用 非 常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。二、光电传感器光电器件的工作原理是利用各种光电效应。光电传感器是将被测量的变化通过光 信号（如光强、光频率等）变化转换成电信号。光电传感器主要由光源、光学通 路、光电元件等组成。光电器件种类很多，基于外光电效应的器件有：光电管、光电倍增管等；基于内 光电效应的光敏器件有：光敏电阻、光敏二极管、光电池等。其中，光电管结构 如下图所示：在平移式自动门中常采用光电开关来作为自动控制。光电

9、开关是将光敏器件 与发光器件集成在一起。与光电耦合器件不同的是光电开关的光检测信号由被测 非电量控制。这种器件按工作方式有透射式和反射式两种形式，在平移式自动门 中采用透射式，原理结构图如下：工作时光电开关的发射与接收器件的光轴在一条直线上，当不透明物质位于它们 中间时，光路被切断，接收光电器件随物体有无产生电信号输出的高低变化，所 以又称为光电断路器。基本电路如下图：光电开关电路图利用光电开关，当人或其他物体在门中间时，由于发光器件所发出的光线被 遮住，无法传到光敏器件，致使接收光电器件产生信号，控制门开启。当人或物 体移开时，光路再次接通，接收光电器件接收到光信号，发出关门信号，控制门 关

10、闭。增加光电开关控制，可以预防平移式自动门因为误关导致夹人的事故发生。测量电路电路部分采用LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器，下面主要介绍 红外传感器部分电路。由于热释电红外传感器的输出信号十分微弱，因此设计性能优异的前置放大 电路就显的尤为重要。前置放大电路如图所示。放大电路电路的核心为两片运算放大器，采用级联方式提高放大倍数。考虑到控制信 号频率为低频信号，传感器的输出信号也以该频率变化，因此将放大器接成低通 形式，截止频率为45 Hz，两级电压放大倍数分别为Au1=120, Au2=4，总的放大 倍数为Au： Au1xAu2=480= 54db。LM324另外两个运放组成电压比

11、较检测窗口，由R3,R5和R7,R8将高、低通 放大器的(3)脚和(5)脚均 设置为1/2 Vcc，即3V。当红外传感器检测到人体 的活动，其产生的微弱电压信号经过放大，传送到LM324的10,13脚时，用示 波器可以检测到峰值约为5V的正弦波，那么无论是信号的正半周还是负半周， 两个比较器中必有一个输出为低电平，使IC2的(2)脚由高电平跳成低电平以 便控制延时电路工作。电压比较电路如下：E5 -LC 昭S -LC7比较电路静态时，LM324的(8)、(14)均为低电平，开关管截止，IC2的(2)脚仍 为高电平，延时电路不工作。当红外传感器检测到人的活动，在输入信号的正半 周时，13脚的电平

12、高于12脚所加的2.6V比较电压，下比较器由14脚输出低 电平，VD2截止；此时10脚电平高于(9)脚，上比较器输出高电平，VD1导通， 其高电平使得开关管饱和导通，将IC2的(2)脚拉成低电平，致使延时电路工作。 在信号负半周时，上、下比较器输出电平刚好相反，即(8)脚输出低电平，(14) 脚输出高电平，VD2导通。可见，只要传感器检测到人体活动，无论是信号的正 半周还是负半周，两个比较器中必有一个输出为高电平，通过开关三极管从而控 制延时电路工作。R14和C6组成电机延时电路，其时间约为60s。人体离开传感器的探测范 围后，其辐射的红外线信号消失，IC2B的7脚又恢复高电平输出，此时VD2

13、截止。 由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于 其基准电压时，IC3的1脚才变为低电平，时间约为60s，即持续启动电机60s，可 是门开启或是关闭。因为光电开关测量电路与红外线传感器测量电路相似，就不再作陈述。传感器检测信息与控制系统相互关联系统控制涉及到伺服电机，PLC以及其他传感器等控制元件，相对较为复杂， 因此不在此一一陈述。编写感想通过这次论文编写，我能够把理论知识同实际结合起来，收获很多，在编写 过程中遇到很多问题，通过上网查资料和同学讨论，最终得到解决。编写过程中 我发现自己的理论知识掌握的还不是很牢固，没有理论作支持，实践是很难进行 的。这次论文编写从初选题、找资料、确定题目、编写都是我自己独立完成的。 在编写的过程中遇到了许多的问题，但自己通过仔细的分析，不断的查阅，最终 都解决了。这次课程设计使我懂得了要想编写一篇论文，不但要认真细心，而且 要有耐心，全面的去考虑问题。在整个论文的编写过程中，对整个论文要有系统 的把握，还要对一些细节考虑周全。只有这样才能编写好论文。在编写过程中总感觉自己对知识的掌握及运用知识的能力不足。总体来说， 这次论文编写使我收获颇丰。不但