自动人体红外线感应开关设计-论文正文

河北农业大学2007届毕业论文PAGEPAGE36引言1.1课题的背景与目的目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装使用方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。特别是电能的大量浪费，按照国标，优质灯泡在正常使用情况下，平均寿命在壹千小时左右，而普通灯泡则更短。如果走廊是夜间常明灯，每年除灯泡损耗费用外还要有一百多度电的损耗，加上更换灯泡等人工费用，每年每个灯消耗近百元，这不仅浪费大量能源，而且由于频繁更换灯泡造成维修工作量加大，有时有些场所走廊由于无人及时维修管理，许多楼梯晚上漆黑一片，给人们生活带来许多不便，因此人们越来越关注其他有效的照明灯开关方式高，国家的有关规范及标准也不断的加强，九九最新发布的《住宅建筑设计规范》中明确规定，住宅公共部分应设人工照明，除高层住宅的电梯厅和应急照明外，均应采用节能自熄开关。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.1.2照明开关的发展过程在远古时代,人类利用自然光源,太阳给了人类及所有生物生存的机会,但对于夜晚人类却无能为力.接着聪明的人类发现了火,用火照明应该是人类照明史上的里程碑.中外历史上蜡烛都起了重要作用,陪伴人类度过慢慢数千年,直到天才发明家爱迪生在照明史上添上精彩的一笔.电灯无疑已经成为现代生活中不可或缺的商品.目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体,

传统照明单控电路特点：a)控制开关直接在负载回路中。b)当负载较大时，需相应增大控制开关的容量。c)当开关离负载较远时，大截面电缆用量增加。d)只能实现简单的开关功能e)传统控制采用手动开关，必须一路一路地开或者关f)传统控制对照明的管理是人为化的管理。传统的照明系统结构简单、售价低廉和安装使用方便,一直是照明灯具市场的主角,随着技术的进步,人民生活水平的提高,这种灯暴露出来许多不足:其一,由于是手动开关,人们在一片漆黑中不得不摸索电灯开关,给人们生活带来很多不便.其二,电能浪费严重,特别是在学校,工厂等集体生活的地方,照明灯经常在光线充足的白天也工作,这不仅浪费电能,而且也造成灯泡常被烧坏,若不能及时修理又会产生其他不方便.其三,电子技术,自动控制技术,传感器技术的快速发展使人们越来越倾向于照明设备的自动控制.1.3现代照明开关简述现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体,但自从人们发现了无线电波，就开始用无线电来遥控了。航空爱好者用无线电收发装置来操纵模型飞机，舰模爱好者用无线电来操纵模型舰艇。声音、超声波、无线电波都可以用作传递信号的媒体，传递命令，实现远距离操纵。这些方法在一定程度上节省了电能。针对问题，市场上的照明开关也是层出不穷，主要有声光控开关、触摸式延时开关、红外开关，感应式开关等、经过多年的使用，就对其特点、价格、性能、市场品牌、使用效果、安装、寿命等进行了比较，其中触摸式、声光控在各方面表现非常一般，而红外开关，感应式开关却表现优异。走廊里的声控电灯是一种遥控装置。当人们走路的声音，说话的声音传到灯头上的声控开关时，电路就被自动接通了。当然，声控开关旁边还要有个延时开关，就是使电路只能接通几分钟，然后再自然地断掉。这样既可以省电，又可以延长电灯的寿命。声控电灯，只有一个命令：接通！这很简单。但其品种多，市场较乱，价格从几元到二十多元不等，由于声控本身感应元器件属于机械式，所以易受机械疲劳影响，很难克服初装时灵敏度较好而后期灵敏度低形象。因此，声光控开关在使用的后期，只有靠人为制造噪声才能触发，如想要灯亮需要大声咳嗽，或跺脚这显然打扰了别人的安静，特别是夜间往往影响睡觉的人。另外声光控易响应于自然界所有较大声响（如雷声、汽车喇叭声、汽车经过时发动机声、装修房间的电钻声、开关防盗门声等），误动作较多。有的住户在房屋装修时就对开关有很大影响，人未住进就有开关损坏。由于部分价低质劣的声光控开关混入市场，给用户造成电子开关都寿命短，都不可靠的印象。而触摸式除了易受损坏，不安全外，还有传染病菌的弊病，很难在公关场所应用，特别是在医院这样人员复杂的场所。因此要真正用好自熄开关，改善人们居住条件，必须要在市场中寻求真正高效节电，方便照明，性能稳定，经久耐用，价格合理的产品来实现人来灯亮，人离灯灭，白天不亮这一基本功能。纵观照明控制技术的发展，从原始的开关控制到接触器继电器控制，发展到PLC控制；随着计算机及网络的飞速发展，照明控制也跟随着一起发展。在实际工程案例中出现了集散型控制系统和现场总线控制系统，尤其是近几年，国内外陆续开发出专业性强的智能型照明控制系统。例如：奇胜C-BUS智能照明控制系统，澳洲邦奇智能照明，美国路创智能照明系统；还有些像索恩、飞利浦等专业照明公司也推出自己的智能照明控制系统；国内也有很多智能照明的厂家，推出智能家居、智能小区、智能办公室、智能楼宇等专业控制系统。现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视察条件，能利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境以满足人们和心理和生理要求，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更要求。一个优秀的智能照明系统有仅可以提升照明环境的品质，还必须做到充分利用和节约能源。1.4热释电红外感应开关简述用热释电红外探头并对探头接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，可以制成热释电人体感应开关。它可应用于电灯的节能自动开关、自动门、安全防护、防盗等设备中。人体会发射特定波长红外线.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10μm左右的红外辐射敏感，人体都有恒定的体温，一般在37度，会发射10um左右的特定波长红外线，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照明系统总体设计2.1照明系统的构成传统照明控制系统比如说,以前的工厂,公司,学校等.是人为控制的。是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。传统的照明电路只是为灯提供一定的电压使其发光,这种灯只,具有很大弊端,特别是在一些集体工作地。而今出现的建筑物自控(BA)系统，是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。2.2人体红外线楼道自动照明系统电路该电路的主要元件是热释电红外传感器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、感应灯、自动水阀、自动马达控制等工业和生产领域。BISS0001是专为热释电红外传感器（PIR）配套设计的集成电路，采用CMOS工艺制造，具有性能指标高、一致性好、功耗低、外围电路简单、安装调试方便、工作可靠性高等优。图2.2红外感应开关电路 图2.2红外感应开关电路外围电路元件说明：PIR感应信号经滤波进入芯片内部进行放大，与基准电压比较,如果判断有触发，运放输出高电平。这时候计时检测电路开始计时，计满一定内部时钟周期，跳变为高（可避免误触发）。上图中，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。上图中，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。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。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx≈24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti≈24xR10C6。3热释电红外感应开关系统3.1传感器传感器简介：传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器(话筒)就是一种传感器，它感受声音的强弱，并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化，并把它转换成相应的电信号。3.1.1传感器定义及发展传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转换，因此在某些领域如生物医学工程等中，也称为换能器。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。在自动测量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后把它转换成电信号，供显示仪表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号，其他仪表和装置的精确度再高也无意义。电子计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与电子计算机的水平不相适应，电子计算机便不能充分发挥应有的作用和效益。因此，传感器是测量、控制系统中的一种关键装置。3.1.2传感器的选用原则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。a)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。

在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

b)灵敏度的选择

通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

c)频率响应特性

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差

d)线性范围

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

3.1.3热释电红外传感器原理与应用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0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。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。红外线简介，其波长比可见光长的电磁波，波长在1\o"毫米"毫米到770\o"纳米"纳米之间，在光谱上位于红色光外侧。具有很强\o"热效应"热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗等方面有广泛的用途。俗称红外光。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。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。它正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。除了在我们熟知的搂道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机。电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构。开启监视器或自动门铃上的应用。结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等……热释电人体红外线传感器的基本结构和原理最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。人体热释电红外传感器和应用介绍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，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。热释电人体红外线传感器（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。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。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ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。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ΔQ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，ΔT=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ΔT，则有ΔT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）图图3.1热释电效应的形成原理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ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。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ΔQ会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=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ΔT，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。热释电红外传感器的结构及内部电路见图3.2所示。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3.2热释电红外传感器的结构及内部电路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λm*T=2989（um.k）（其中λm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λm=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。图3.3菲涅尔透镜工作原理图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3.3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。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。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。。项目参数条件电源电压2.2~10.0V源极电压0.3~2.0V25．C源极阻抗47KΩId=6~43uA电平衡10%Max）频率响应0.3~30Hz12db（Max）响应波长7.5~14um平均大于70%工作温度-10~+50。C表3.1热释电人体红外线传感器SCA02-1的主要电参数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。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。3.1.4CDS传感器硫化镉（Cds）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10MΩ，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5kΩ，在暗光情况下阻值应大于1MΩ，可选符合要求的MG41-22光敏电阻器。集成控制电路详解3.2.1概述虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是利用特殊信号处理方法后，仍然使它在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据PIR传感器的特性设计了专用信号处理器，比如HOLTEKHT761X、PTIPT8A26XXP、WELTRENDWT8072,BISS0001。图3.4阴影部分是PIR信号处理部分，有两个运算放大器、一个窗口比较器、一个稳压器、一个系统振荡器和一个逻辑控制器。其它是依赖处理结果的控制部分，这里重点介绍PIR信号处理部分，控制部分就简单略过。

由于PIR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：a）滤波放大普通PIR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比，通常取增益72.5dB，通带0.3Hz~7Hz。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稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。b）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。c）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有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（16kHz）。图3.4人体感应开关方框图图3.5人体感应开关信号处理过程3.2.2运算放大器集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路集成运放的性能指标1）开环差模电压放大倍数Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。2）最大输出电压Uop-p它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。3）差模输入电阻rid它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。4）输出电阻rO它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。5）共模抑制比CMRR它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好集成运放的组成它有四部分组成：1）偏置电路:偏置电路是提供各级静态工作电流的;2）输入级：其作用是提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入端,为了抑制零漂，采用差动放大电路3）中间级：其作用是提供较高的电压放大倍数;为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。4）输出级：其作用是提供一定的电压变化和电流变化;为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路3.2.3振荡器振荡电路在测量,自动控制,通信,无线电广播和遥控等许多领域中有着广泛的应用,甚至在收音机电视机和电子表等日常生活用品中也离不开它.振荡电路包括正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路,它们不需要输入信号便能产生各种周期性的波形,如:正弦波,方波,三角波和锯齿波等.因为本课题涉及到系统时钟和定时电路,所以现介绍一下非正弦波振荡电路:矩形波振荡电路矩形波有两种,一种是输出电压处于高电平时时间TH和输出电压处于低电平的时间TL不相等,另一种是二者相等.人们常把TH=TL的矩形波称为方波.下面介绍方波发生电路.方波发生电路的构成我们可选择滞回比较器作为开关，用电阻与电容相串联的RC电路作为具有延迟作用的反馈网络，构成如图3.6所示。它的右边是滞回比较器，起开关作用；他的左边是RC电路，起反馈和延时作用。图图3.6方波发生电路滞回比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定的状态。设接通电源时刻电容两端的电压UC=0，滞回比较器的输出电压U0=+UZ，则集成运放同相输入端此时的电位为U+=R2/R2+R3（+UZ）而U0=+UZ时电容充电，使集成运放反向输入端的电位U-（它等于UC）由零逐渐上升。在U-低于U+以前，U0=+UZ不变。当U-上升到略高于U+时，U0从高电平跳变为低电平，即变为-UZ。当U0=-UZ时，U+=R2/R2+R3（-UZ），同时电容经R1放电，使U-逐渐下降。在U-高于U+以前，U0=-UZ不变，当U-下降到略低于U+时，U0从-UZ跳变为+UZ，又回到初始状态。如此周而复始，产生振荡，输出方波。振荡周期由图可知，UC的值从T1时刻的R2/R2+R3（UZ）下降到T2时刻的-R2/R2+R3（UZ）所需要的时间就是振荡周期的一半，即而UC的变化规律就是简单的RC充放电规律。不难看出这里RC充放电的三要素是：1）时间常数=R1C2）在T1时刻UC的初始值是R2/R2+R3（UZ）3）若T=∞，UC的终了值是-UZ。根据一阶RC电路的三要素法可得UC=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ）其中ΔT=T-T1，且T1≤T≤T2。当ΔT=T/2时，UC=-R2/R2+R3（UZ），将这些条件代如上面的式，得-R2/R2+R3（UZ=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ）解之可得：T=2R1Cln(1+2R2/R3)通常将矩形波为高电平的时间与周期时间之比称为占空比。方波的占空比为50%。如果需要产生占空比小于或大于50%的矩形波，可以利用电容充电的时间常数与放电的时间常数不相等。利用二极管的单向导电性可以使电容充电与放电回路不同，因而可使电容充电与放电的时间常数不同。内部振荡器外接振荡电阻器引脚，个别需外接RC振荡元件，此时外接的电阻器或电容器便可作为时间的调整元件。也有的集成电路将振荡元件全部集成在芯片内部，不需要外接元器件，这时振荡频率就无法外调节。3.2.4电压比较器电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)。电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。注：电压比较器中的集成运放通常工作在非线性区。及满足如下关系：U->U+时

UO=UOLU-<U+时

UO=UOH简单电压比较器：我们把参考电压和输入信号分别接至集成运放的同相和反相输入端，就组成了简单的电压比较器。图3.7电压比较器及输出特性下面我们对它们进行分析一下（只对图3.7（1）所示的电路进行分析）它的传输特性如图3.7(3)所示：它表明：输入电压从低逐渐升高经过UR时，uo将从高电平变为低电平。相反，当输入电压从高逐渐到低时，uo将从低电平变为高电平。阈值电压：我们将比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压的值。它还被称为门限电压。简称为：阈值。用符号UTH表示简单的电压比较器结构简单，灵敏多高，但是抗干能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。下面着重介绍窗口比较器:简单比较器和回滞比较器有一个共同的特点,即U1单方向变化时,U0只跳变一次,因而只能检查一个电平.如果要判断U1是否在某两个电平之间,则应采用窗口比较器.电路构成窗口比较器的主要特点是输入信号单方向变化(例如从足够低单调升高到足够高)可使输出电压跳边两次。他形似窗口,故具有这种传输特性的比较器,成为窗口比较器.将他与反相简单电压比较器,同相简单电压比较器比较,我们发现,可用两个阀值不同的简单比较器构成窗口比较器,阀值小的简单比较器采用反相输入接法,阀值大的简单比较器采用同相输入接法,再用具有单向导电性的二极管将两个简单比较器的输出引到同一点,作为窗口比较器的输出端.。3.2.5集成电路芯片BISS0001热释电红外控制集成电路采用标准的DIP16脚塑封结构，内部由系统时钟、两级运放、电压比较器、检测器、计时器、过零检测器及输出控制电路等组成。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传感器。广泛用于安防、自控等领域能。特点:a）灵敏度高，内置两级增益可调运放电路及温度补偿电路，这种电路能抑制如热气团流所产生的红外干扰，误报率低，探测距离达10ｍ以上。b）控制时间可调。c）有两种输出信号，可驱动双向可控硅或继电器。d）内置稳压器输出3.1Ｖ基准电压直接驱动PIR。e）外接CDS传感器，白天抑制输出。f）工作电压4.0-5.5V，工作电流1ｍＡ。g）对于交流供电的控制电路设计有过零检测控制，使被控负载的接通与断开均处于交流电的过零点，这不仅可以减弱对负载的电流冲击，同时也消除了开关器件对电源的干扰，降低对电源的污染。h）外接RC振荡元件，便于调整输出控制的时间长短。图3.8管脚图引脚名称I/O功能说明可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时1AI允许重复触发；反之，不可重复触发2V0O控制信号输出端。由VS的上跳前前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。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5RC2--触发封锁时间Ti的调节端6RR2--触发封锁时间Ti的调节端7VSS--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(VR≈0.2VDD10IB--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表3.2管脚说明工作原理:

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。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。不可重复触发工作方式下的波形。图3.9不可重复触发方式3.3可控硅3.3.1单向可控硅简介可控硅是一种无触点可控开关,它将半导体器件的应用从弱电领域扩展到强电领域,在自动控制电路如调光,调温,调速,调频中都有广泛应用.可控硅是硅晶体闸流管的俗称,简称晶闸管.可控硅常用的类型有:单向型,双向型.单向可控硅由P型和N型半导体四层交替叠合而成.他有三个电极:阳极A(从外层P型半导体引出),阴极K(从外层N型半导体引出),门级G(从内层P型半导体引出)导通。让门极相对阴极成正极性，使产生门极电流，闸流管立即导通。当门极电压达到阀值电压VGT，并导致门极电流达到阀值IGT，经过很短时间tgt（称作门极控制导通时间）负载电流从正极流向阴极。假如门极电流由很窄的脉冲构成，比方说1μs，它的峰值应增大，以保证触发。当负载电流达到闸流管的闩锁电流值IL时，即使断开门极电流，负载电流将维持不变。只要有足够的电流继续流动，闸流管将继续在没有门极电流的条件下导通。这种状态称作闩锁状态。注意，VGT，IGT和IL参数的值都是25℃下的数据。在低温下这些值将增大，所以驱动电路必须提供足够的电压、电流振幅和持续时间，按可能遇到的、最低的运行温度考虑。灵敏的门极控制闸流管，如BT150，容易在高温下因阳极至阴极的漏电而导通。假如结温Tj高于Tjmax,将达到一种状态，此时漏电流足以触发灵敏的闸流管门极。闸流管将丧失维持截止状态的能力，没有门极电流触发已处于导通。要避免这种自发导通，可采用下列解决办法中的一种或几种：1）确保温度不超过Tjmax。2）采用门极灵敏度较低的闸流管，如BT151，或在门极和阴极间串入1kΩ或阻值更小的电阻，降低已有闸流管的灵敏度。3）若由于电路要求，不能选用低灵敏度的闸流管，可在截止周期采用较小的门极反向偏流。这措施能增大IL。应用负门极电流时，特别要注意降低门极的功率耗散。截止（换向）要断开闸流管的电流，需把负载电流降到维持电流IH之下，并历经必要时间，让所有的载流子撤出结。在直流电路中可用“强迫换向”，而在交流电路中则在导通半周终点实现。（负载电路使负载电流降到零，导致闸流管断开，称作强迫换向。）然后，闸流管将回复至完全截止的状态。假如负载电流不能维持在IH之下足够长的时间，在阳极和阴极之间电压再度上升之前，闸流管不能回复至完全截止的状态。它可能在没有外部门极电流作用的情况下，回到导通状态。注意，IH亦在室温下定义，和IL一样，温度高时其值减小。所以，为保证成功的切换，电路应充许有足够时间，让负载电流降到IH之下，并考虑可能遇到的最高运行温度。3.3.2双向可控硅结构如图3.10，由NPNPN五层半导体叠合而成。它实质上也可看成是由一个控制极的两只反向并联的单向可控硅构成。它有三个电极：控制极G、主电极T1和T2，T1和T2无阴阳极之分。符号如图5：工作特点：双向可控硅的主电极T1、T2无论加正向还是反向电压，其控制极G的触发信号无论是正向还是反向，它都能被触发导通。图3.10双向可控硅工作原理图导通：和闸流管不同，双向可控硅可以用门极和MT1间的正向或负向电流触发。（VGT，IGT和IL的选择原则和闸流管相同，见规则1）因而能在四个“象限”触发，如图3.11所示。图3.11双向可控硅触发象限在负载电流过零时，门极用直流或单极脉冲触发，优先采用负的门极电流，理由如下。若运行在3+象限，由于双向可控硅的内部结构，门极离主载流区域较远，导致下列后果：在负载电流过零时，门极用直流或单极脉冲触发，优先采用负的门极电流，理由如下。若运行在3+象限，由于双向可控硅的内部结构，门极离主载流区域较远，导致下列后果：1）高IGT->需要高峰值IG。2）由IG触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长–>要求IG维持较长时间。3）低得多的dIT/dt承受能力—>若控制负载具有高dI/dt值（例如白炽灯的冷灯丝），门极可能发生强烈退化。4）高IL值（1-工况亦如此）—>对于很小的负载，若在电源半周起始点导通，可能需要较长时间的IG，才能让负载电流达到较高的IL。在标准的AC相位控制电路中，如灯具调光器和家用电器转速控制，门极和MT2的极性始终不变。这表明，工况总是在1+和3-象限，这里双向可控硅的切换参数相同。这导致对称的双向可控硅切换，门极此时最灵敏。这是从双向可控硅的V/I特性图导出的代号。正的MT2相应正电流进入MT2，相反也是（见图3.12）。实际上，工作只能存在1和3象限中。上标+和-分别表示门极输入或输出电流。图3.12双向可控硅V/I特性曲线本为零时，V1才截止。当电源为负半周时，重复上述过程。如此循环，电热毯的温度就逐渐升高。调节RP，改变C3充电快慢，即可改变V1的导通角，也即改变了RL的通电时间，因而实现了调温。（ND指示灯、LC1高频滤波、R2C2保护电路）。4电路制作4.1PCB制作PCB是英文(PrintedCircuitBoard)印制线路板的简称通常把在绝缘材上按预定设计制成印制线路印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路,而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形称为印制线路,这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板PCB.几乎我们能见到的电子设备都离不开它,小到电子手表,计算器,通用电脑,大到计算机,通迅电子设备,军用武器系统,只要有集成电路等电子元器件,它们之间电气互连都要用到PCB.它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑,实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘,提供所要求的电气特性,如特性阻抗等.同时为自动锡焊提供阻焊图形;为元器件插装,检查维修提供识别字符和图形.随着电于技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大．因此，有必要在自行设计电路时对PCB加以了解。4.1.1PCB简介家用电器上的印制电路板.它所用的基材是由纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用于双面及多层)预浸酚醛或环氧树脂,表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成.这种线路板覆铜簿板材,我们就称它为刚性板.再制成印制线路板,我们就称它为刚性印制线路板.单面有印制线路图形我们称单面印制线路板,双面有印制线路图形.再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板.我们就称其为双面板.如果用一块双面作内层,二块单面作外层或二块双面作内层,二块单面作外层的印制线路板通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板,就成为四层,六层印制电路板了,也称为多层印制线路板.现在已有超过100层的实用印制线路板了.为进一认识PCB我们有必要了解一下单面双面印制线路板的制作工艺,加深对它的了解:单面刚性印制板:单面覆铜板下料刷洗干燥网印线路抗蚀刻图形固化检查修板蚀刻铜去抗蚀印料干燥钻网印及冲压定位孔刷洗干燥网印阻焊图形常用绿油UV固化网印字符标记图形UV固化预热冲孔及外形电气开短路测试刷洗干燥预涂助焊防氧化剂干燥检验包装成品出厂.4.1.2PCB制作原则在进行PCB设计时．必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。PCB设计的一般原则：要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB．应遵循以下一般原则：a）布局首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后．再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则：1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。3)重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观．而且装焊容易．易于批量生产。4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时．应考虑电路板所受的机械强度。b）布线布线的原则如下；输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。(2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为1~15mm时．通过2A的电流，温度不会高于3℃，因此导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5~8mm。(3)印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。3.焊盘焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。PCB及电路抗干扰措施印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。a）电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。b）地段设计地线设计的原则是:1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。4.2整体电路制作问题4.2.1元件的散热问题热阻Rth是限制热流自结散出的热阻。热阻和电阻是相似的概念。如同电阻公式R=V/I，有相应的热阻公式Rth=T/P，这里T是温升，以K（Kelvin）为单位；P是功率耗散，以W为单位；因此Rth的单位为K/W。对于垂直安装在大气中的器件，热阻决定于结至环境热阻Rthj-a。散热器尺寸计算对给定的双向可控硅和负载电流，要计算需要的散热器热阻，首先要根据下列公式确定双向可控硅的功率耗散：P=Vo×IT(AVE)+RS×IT(RMS)2拐点电压Vo和斜率电阻RS可从SC03手册的VT图取得。若数据没有直接列出，可通过作图取得。对最大VT曲线作一切线，切线和VT轴线的交点给出Vo值，切线斜率（VT/IT）给出RS。应用前面的热阻公式：Rthj-a=T/P在最高环境温度下，结温Tj升至最高允许结温Tjmax，由此得出结温最大允许提升值。这提供温升T。根据选定的安装方法，SC03手册提供Rthj-mb和Rthmb-h数据。应用前面的热阻公式Rthj-a=Rthj-mb+Rthmb-h+Rthh-a，可最后求得散热器热阻Rthh-a。热阻抗前面的热阻计算只适用于稳定状态，即过程时间大于1秒。这条件下，热量才有足够的时间从结传送到散热器。对持续时间短于1秒的电流脉冲或瞬间过程，散热器的效果大为减弱。热量只在器件内部扩散，很少传到散热器。对于这种瞬间过程，结的温升决定于结至安装基面的热阻抗Zthj-mb。随着电流脉冲持续时间减小，Zthj-mb下降，因为芯片加热减少。假如持续时间增大，接近1秒，Zthj-mb增大至稳定状态的热阻值Rthj-mb。手册SC03提供每种器件的Zthj-mb曲线，适用于持续时间低至10μs的双向或单向的电流。4.2.2电子电路的静电保护静电放电(ESD)是大家熟知的电磁兼容问题,它可引起电子设备失灵或使其损坏.当半导体器件单独放置或装入电路模块时,即使没有加电,也可能找成这些器件的永久性损坏.对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件(ESDS).如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度,就会对元件造成损坏.这是MOS器件出现故障的最主要的原因.氧化层越薄,则元件对静电放电的敏感性也越大.故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象.对双极性元件,损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域,因此会产生泄露严重的路径.另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点(1415度)时所引起的.静电放电脉冲的能量可以产生局部地方发热,因此出现这种机理的故障.即使电压低于介质的击穿电压,也会发生这种故障.一个典型的例子是,NPN型三极管发射极与基级间的击穿会使电流增益急剧降低.电荷也可以通过感应产生,这是带电体使其附近的另一物体上的电荷发生分离的结果。器件受到静电放电的影响后,也可能不立即出现功能性的损坏.这些受到潜在损坏的元件通常被称为”跛脚”,一旦加以使用,将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏,这一点非常重要.人体有感觉的静电放电电压在30005000V之间,然而,元件发生损坏时的电压仅几百伏.本设计中用到IC器件所以焊接时需用防静电手套。4.3整体电路测试与元件列表4.3.1元件的焊接由于PCB板制作复杂，现采用简易电路板焊接电路，在电子制作过程中，焊接工作是必不可少的。它不但要求将元件固定在电路板上，而且要求焊点必须牢固、圆滑，所以焊接技术的好坏直接影响到电子制作的成功与否经过实际动手，发现在焊接过程中应注意以下几点：电烙铁的选择1电烙铁的功率应由焊接点的大小决定，焊点的面积大，焊点的散热速度也快，所以选用的电烙铁功率也应该大些。一般电烙铁的功率有20W25W30W35W50W等等。在制作过程中选用30W左右的功率比较合适。2.焊锡和助焊剂选用低熔点的焊锡丝和没有腐蚀性的助焊剂，比如松香，不宜采用工业焊锡和有腐蚀性的酸性焊油，最好采用含有松香的焊锡丝，使用起来非常方便。3.焊接方法元件必须清洁和镀锡，电子元件保存在空气中，由于氧化的作用，元件引脚上附有一层氧化膜，同时还有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，并且立即涂上一层焊锡（俗称搪锡），然后再进行焊接。经过上述处理后元件容易焊牢，不容易出现虚焊现象。焊接的温度和焊接的时间焊接时应使电烙铁的温度高于焊锡的温度，但也不能太高，以烙铁头接触松香刚刚冒烟为好。焊接时间太短，焊点的温度过低，焊点融化不充分，焊点粗糙容易造成虚焊，反之焊接时间过长，焊锡容易流淌，并且容易使元件过热损坏元件。4.焊接后的检查

焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。4.3.2元件及电路测试1．电位器的检测。检查电位器时，首先要转动旋柄，看看旋柄转动是否平滑，开关是否灵活，开关通、断时“喀哒”声是否清脆，并听一听电位器内部接触点和电阻体摩擦的声音，如有“沙沙”声，说明质量不好。用万用表测试时，先根据被测电位器阻值的大小，选择好万用表的合适电阻挡位，然后可按下述方法进行检测。A用万用表的欧姆挡测“1”、“2”两端，其读数应为电位器的标称阻值，如万用表的指针不动或阻值相差很多，则表明该电位器已损坏。B检测电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。用万用表的欧姆档测“1”、“2”(或“2”、“3”)两端，将电位器的转轴按逆时针方向旋至接近“关”的位置，这时电阻值越小越好。再顺时针慢慢旋转轴柄，电阻值应逐渐增大，表头中的指针应平稳移动。当轴柄旋至极端位置“3”时，阻值应接近电位器的标称值。如万用表的指针在电位器的轴柄转动过程中有跳动现象，说明活动触点有接触不良的故障。2.光敏电阻的检测。A用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。B将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小。此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。C将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。结论现代化的生活离不开电能的使用,但目前电能的浪费已成为人们普遍关注的问题,随着电子技术和自动化水平的不断提高,以及各种高准确度,高性能传感器的应用,自动节能灯具成为人们理想的选择.人体红外线自动感应灯与其他自动控制灯(如,声控,光控等)相比,具有许多显著的优点:可以避免自然界的声音引起误操作,也可避免白天亮灯造成的浪费.所以人体红外线自动控制灯必将成为自动照明系统的主流.我这次毕业设计的电路以集成电路芯片BISS0001为中心控制器件,外围电路配有红外线传感器和光敏电阻可以自动检测人体释放的红外线,并对检测的信号处理和放大以控制电灯的亮灭,又有CDS传感器白天抑制输出.本课题还涉及到许多模拟,数字电路和电子线路的知识,成为我大学几年的一次总复习.通过本次毕业设计，我学到了许多课本上学不到的知识，将自己学到的理论知识与实际相结合。但由于是初次自己设计电路,在整个过程中也存不少问题,碰到问题是件麻烦的事,但解决问题本身又是充满乐趣的.参考文献1.集成运算放大器应用精粹肖景和人民邮电出版社2006年5月2.肖景和、赵健.红外线热释电与超声波遥控电路.人民邮电出版社2003,9第一版3.何书森、陈晶、何华斌.使用模拟电路原理与设计速成.福建科学技术出版社2002第一版4.杨崇志.特殊新型元器件手册.辽宁科学技术出版社20015.胡明.电子器件特论.北京理工大学出版社20016.中国集成电路大全编委会.中国集成电路大全——TTL集成电路.国防工业出版7.谢云、易波、刘冰茹、王春茹.现代电子技术实践课程辅导.机械工业出版社20038.童诗白、华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社2001第三版9阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，2001第四版10余成波胡新语赵勇传感器与自动检测技术，200411单丹萍应耿宾电路设计快速入门，200412刘舒祺,施国梁，基于热释电红外传感器的报警系统，国外电子元器件,200513陈有卿，新颖集成电路制作精选，北京:人民邮电出版社,200514李冰,姜波,汪滨瑜，BZSS0001在热释电红外开关上的应用，应用技术,200615陌尘编码解码芯片PT2262/PT2272作原理，电子制作,200416TiinaHavana.2003April.Commu