傳感器課程設計---熱式傳感電子狗

1、<p>　　傳感器課程設計實驗報告</p><p>　　題目： 熱釋紅外電子狗 </p><p>　　姓名 : XXX </p><p>　　班級 ： 電子信息科學與技術(shù)1002班 </p><p>　　學號： XXXXXX </p><p>　　

2、指導老師： </p><p>　　第一章 電路工作原理</p><p><b>　　一．目的</b></p><p>　　本套件采用高靈敏度紅外探頭，無需聲音、光線、震動，即使是漆黑的狀態(tài)，竊賊一旦進入10米左右監(jiān)控范圍，熱釋紅外電子狗就會自動檢測并發(fā)出高強度報警聲，可有效嚇阻入侵人員。本套件做好后適合家庭、學校、倉庫、

3、商店、菜棚等防盜場所使用。 本套件做成后集紅外探測、報警、電源三位于一體，具有體積小、可隨身攜帶臨時設防等優(yōu)點，無論何時何地都可現(xiàn)場使用。微電腦芯片設計，耗電小，無須接線布線，使用非常簡便。本套件采用4節(jié)7號電池供電。</p><p><b>　　二．電路原理圖</b></p><p><b>　　三．工作原理</b></p>

4、<p>　　超外差式收音機電路工作原理：</p><p><b>　　三．工作原理</b></p><p>　　本電路中主要采用的是型號為BISS0001的集成電路。BISS0001是一款高性能的傳感信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外傳感報警器。廣泛用于安防、自控等領域能。</p>

5、<p>　　BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。</p><p>　　上圖中，IC1內(nèi)部的運算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器Y1的輸出信號作第一級放大，然后由電解電容器C5耦合給IC1內(nèi)部的運算放大器OP2進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器，

6、輸出信號Vo經(jīng)R14驅(qū)動報警音樂片IC2工作，VT2和VT3構(gòu)成復合三極管用來推動壓電蜂鳴片發(fā)出聲音。</p><p>　　當電源開關(guān)K1在“OFF”位置時，電源經(jīng)R2使VT1飽和導通，則IC1的9腳保持為低電平，從而封鎖熱釋電紅外傳感器來的觸發(fā)信號Vs，電路不工作。當電源開關(guān)K1在“ON”位置時，熱釋傳感器經(jīng)R1得電處于工作狀態(tài)，VT1處于截止狀態(tài)使IC1的9腳保持為高電平，IC1處于工作狀態(tài)。C1、C13是電

7、源濾波電容，LED1和R17構(gòu)成電源指示電路。</p><p>　　第二章：電路元器件清單及元器件介紹</p><p><b>　　一．元器件清單</b></p><p><b>　　二．元器件的介紹</b></p><p>　　1.IC1：BISS0001紅外傳感信號處理器</p>

8、<p><b>　　特點：</b></p><p>　　􀁺 CMOS數(shù)模混合專用集成電路。</p><p>　　􀁺 具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配，進行信號與處理。</p><p>　　􀁺 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。</p><p>　

9、　􀁺 內(nèi)設延遲時間定時器和封鎖時間定時器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。</p><p>　　􀁺 內(nèi)置參考電壓。</p><p>　　􀁺 工作電壓范圍+3V—+5V。</p><p>　　􀁺 采用16腳DIP封裝或SOP封裝。</p><p>　　極限參數(shù)（Vss=0V

10、）</p><p>　　電源電壓：-0.5V ~6V</p><p>　　輸入電壓范圍：-0.5V ~+6V（VDD=6V）</p><p>　　各引出端最大電流：±10mA（VDD=5V）</p><p>　　工作溫度：-10℃~+70℃</p><p>　　存放溫度：-65℃~+150℃</p>

11、;<p><b>　　引腳圖</b></p><p>　　VDD—工作電源正端。范圍為3~5V。</p><p>　　Vss—工作電源負端。一般接0V。</p><p>　　IB—運算放大器偏置電流設置端。經(jīng)RB接VSS端，RB取值為1M左右。</p><p>　　1IN-—第一級運放放大器的反相輸入端。&

12、lt;/p><p>　　1IN+—第一級運放放大器的同相輸入端。</p><p>　　1OUT—第一級運算放大器的輸出端。</p><p>　　2IN-—第二級運算放大器的反相輸出端。</p><p>　　2OUT—第二級運算放大器的輸出端。</p><p>　　Vc—觸發(fā)禁止端。當Vc＜VR時禁止觸發(fā)；當VC＞VR時允許

13、觸發(fā)。VR≈0.2VDD。</p><p>　　VRF—參考電壓及復位輸入端。一般接VDD。接“0”時可使定時器復位。</p><p>　　A—可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)控制端。當A=“1”時，允許重復觸發(fā)，當A=“0”時，不可重復觸發(fā)。</p><p>　　Vo—控制信號輸出端。由Vs上跳邊沿觸發(fā)使Vo從低電平跳變到高電平時為有效觸發(fā)。在輸出延時間Tx之外和無Vs上

14、跳變時Vo為低電平狀態(tài)。</p><p>　　RR1、RC1—輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端。Tx≈49152R1C1。</p><p>　　RR2、RC2—觸發(fā)封銷時間Ti的調(diào)節(jié)端。Ti≈24R2C2。</p><p><b>　　原理圖</b></p><p>　　BISS0001是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延

15、遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰?lt;/p><p>　　首先，利用運算放大器OP1組成傳感信號預處理電路，將信號放大；然后耦合給運算放大器OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5 VDD）后，送到有比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7 VDD、VL≈-0.3 VDD，所以，當VDD=5V時，可有效地抑制±

16、1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。COP3是一個條件比較器，輸入電壓Vc＜VR（≈0.2 VDD）時，COP3輸出為低電平封住了與門U2，禁止觸發(fā)信號Vs向下級傳遞；而當VC＞VR時，COP3輸出為高電平，打開與門U2，此時若有觸發(fā)信號Vs的上跳邊沿來到，則可啟動延時時間定時器，同時Vo端輸出為高電平，進入延時周期。當Tx時間結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期Ti，在Ti周期內(nèi)，任何U2的變化都不能使Vo為有

17、效狀態(tài)。這一功能的設置，可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。</p><p>　　當VC＞VR，A端接“0”電平時，在Tx時間內(nèi)任何U2的變化都被忽略，直至Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復出發(fā)工作方式。當VC＞VR，A端接“1”電平時，Vs可重復觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)，在Tx時間內(nèi)，只要有Vs得上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻算起繼續(xù)延長一個Tx周期；若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直

18、保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復為無效狀態(tài)，并且在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。</p><p>　　2.IC2：報警芯片C002</p><p>　　3.Y1：熱釋電紅外傳感器</p><p>　　主要由濾光鏡、熱釋電紅外光敏材料、場效應管、偏置電阻及旁路電容組成。常用熱釋電紅外光敏材料有陶瓷氧化物和壓

19、電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦及鈦鋁酸鉛等。</p><p>　　熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。在熱釋電紅外光敏材料陶瓷氧化物或壓電晶體的上、下兩個表面設置電極，表面覆以黑色薄膜。若有紅外光線間歇照射，其表面溫度上升△T，晶體內(nèi)部產(chǎn)生自發(fā)極化現(xiàn)象，在兩個電極上產(chǎn)生電荷△Q，即在兩個電極上產(chǎn)生微弱電壓△U；當在一段時間內(nèi)溫度不變化時，△T=0，熱釋電效應產(chǎn)生的電荷△Q與空氣中的離子結(jié)合而消失，無輸出電壓△

20、U=0。由于紅外光敏材料輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。 </p><p>　　當人體進入檢測區(qū)，人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生△T，有△U輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，無輸出。實驗證明，傳感器不加菲涅爾透鏡，檢測距離為2m左右，加菲涅爾透鏡后，檢測距離增加到10m左右。</p><p>　　人體輻射的紅外線中心波長為9~10um，熱釋電光敏材料的波長靈

21、敏度在0.2~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變，傳感器頂端開設的濾光鏡片可通過波長范圍為7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。</p><p>　　菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入

22、“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。</p><p>　　4.BL：壓電蜂鳴片</p><p>　　壓電式蜂鳴器是一種電聲轉(zhuǎn)換器件。將壓電材料粘貼在金屬片上，當壓電材料和金屬片兩端施加上一個電壓后，因為壓電效應，蜂鳴片就會產(chǎn)生機械變形而發(fā)出聲響。壓電材料有多種，用在蜂鳴片上的壓電材料通常是高壓極化后的壓電陶瓷片。</p><

23、;p>　　壓電式蜂鳴器具有體積小、靈敏度高、耗電省、可靠性好，造價低廉的特點和良好的頻率特性。因此它廣泛應用于各種電器產(chǎn)品的報警、發(fā)聲用途。最常見的莫過于音樂賀卡、電子手表、袖珍計算器、電子門鈴和電子玩具等小型電子用品上作發(fā)聲器件。</p><p><b>　　第三章：電路板制作</b></p><p><b>　　一．詳細制作過程</b>

24、</p><p>　　拿到套件后，首先認真閱讀說明書，把所有的元氣件放到一個容器中，電阻器、電容器等器件很小，防止丟失，要認真識別參數(shù)。用手拿電路板時請拿邊，不要拿面，防止因手的灰塵使電路板氧化。電路板上標明了器件的參數(shù)，將對應的器件按要求插裝即可，防止插錯。</p><p>　　JC808型熱釋紅外電子狗的印刷電路圖見圖二所示。</p><p><b>

25、　　二、焊接與組裝步驟</b></p><p>　　1. 焊接電阻器（共17只）：R1：22KΩ  R2：5.1MΩ  R3：2.2MΩ R4：47KΩ  R5：2.2MΩ  R6：10KΩ  R7：470KΩ R8：2.2Ω R9：2.2MΩ   R10：22KΩ R11：270KΩ  R12：2.2MΩ  R

26、13: 270KΩ R14: 2.2Ω  R15: 270KΩ  R16:560Ω  R17: 270KΩ，振蕩電阻R15(270KΩ)與集成電路IC2報警片焊接</p><p>　　2. 焊接瓷片電容器（共7只）C3：103   C4：103    C6：103  C7：103  C9：104 

27、0; C10：102   C11：104</p><p>　　3. 焊接電解電容器（共7只）C1:47μF  C2:47μF  C5:10μF  C8:10μF C12:47μF  C13:47μF   C14:10μF， 電解電容器有極性之分，電路板上有白色斜線的端為負極 </p><p>　　4

28、. 焊接發(fā)光二極管和三腳電感</p><p>　　5. 焊接金屬跳線（J），焊接三極管(2只)    VT2:9014  VT3:9013，   重點說明:VT1:9014不用焊接，因為其工作狀態(tài)，由開關(guān)K1代替了</p><p>　　6. 集成電路、傳感器和開關(guān)的焊接</p><p>　　7. 報警集成電

29、路的焊接（先上錫）</p><p>　　8. 導線焊接在蜂鳴片上</p><p>　　9. 蜂鳴片和電池線與電路板的焊接</p><p>　　10. 菲涅爾透鏡的處理</p><p>　　11. 電池片裝入后殼中的處理</p><p>　　12. 前殼上的共鳴腔、共鳴塑料罩與壓電蜂鳴片的處理</p>&l

30、t;p>　　三．焊接過程的注意事項</p><p>　　根據(jù)電阻器腳間距離的不同，其插裝方式有立式或臥式之分；瓷介電容器和電解電容器采用立式插裝，插裝電容器時要求立式插裝并緊貼電路板，跳線J1處用焊接電阻后剪下的金屬導線代替。</p><p>　　報警音樂片IC2焊接在電路板槽口相應處，先將振蕩電阻R15焊接在報警音樂片上，然后將報警音樂片與覆銅焊接處都上錫，然后用少量錫將報警音樂片

31、下方的四個方焊盤分別與電路板覆銅的對應處相連接。</p><p>　　二極管、三極管、集成電路、熱釋傳感器焊接時注意極性。熱釋傳感器Y1上有一突出部位與電路板上突出標示相對應即可。三腳電感中的長腳插在電路板上L1出有圈圈的那個孔中，其它兩個腳順著插在另外兩個孔中即可。</p><p>　　用2根黃色導線焊接在蜂鳴片上（焊接注意溫度把握），構(gòu)成了兩個腳，然后焊接在電路板的BL處。</p

32、><p>　　三個連體簧和正極片、負極簧片，構(gòu)成三節(jié)電池的串聯(lián)，一般用紅色導線焊接電源正極線，黑色導線焊接電源的負極線。</p><p>　　所有元氣件在覆銅面完成焊接后，要認真檢查，防止錯焊、虛焊，保證正確插裝和焊接。</p><p>　　用剪刀將“菲涅爾透鏡”（白色塑料片）四周白色無紋路的框邊剪掉，放置在面殼中呈圓弧型，同時用固定塑料框加以固定，用電烙鐵將四個突出塑

33、料點燙溶完成固定。</p><p>　　將圓型共鳴腔置入面殼中，用電烙鐵將三個突出塑料點燙溶完成固定。將壓電蜂鳴片放在圓槽中，用電烙鐵將周邊突出塑料點燙溶完成固定，保證固定緊，這樣發(fā)聲的音量才洪亮。</p><p><b>　　四．調(diào)試與組裝過程</b></p><p>　　1．調(diào)試過程遇到的問題及解決的方法</p><p&

34、gt;　　組裝完成并認真檢查無誤后，將電路板裝入殼中并用三顆螺釘固定，同時把前、后殼扣在一起，然后裝入3節(jié)7號電池測試效果。</p><p>　　把組裝好的熱釋電子狗放在桌上并撥動開關(guān)K1打到“ON”一邊，發(fā)光二極管閃了一下之后就沒有亮但并沒有發(fā)出預想中的“報警聲”，這說明電路焊接過程中有地方出現(xiàn)問題，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)電路板上的元器件的焊接沒有出錯也沒有出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象，最后猜測是蜂鳴器在實驗過程中弄壞了，用電壓表測

35、量蜂鳴器兩端的電壓發(fā)現(xiàn)的確是蜂鳴器壞了，把蜂鳴器換掉后在重新把電路組裝好，再撥動開關(guān)K1打到“ON”一邊即可產(chǎn)生“報警聲”，延時一段時間后自動停止，然后可以進行熱釋紅外人體報警實驗，當人體靠近時即可產(chǎn)生報警聲。</p><p><b>　　2．組裝</b></p><p>　　完成整機效果后，將前、后蓋緊扣在一起，并在后蓋上插裝好萬向輪，萬向輪座可以按您的要求自行安裝

36、。注意：探頭應避免直對室外，以免閑人走動引起誤報；探頭應遠離冷熱源，例如空調(diào)出風口、暖氣等；安裝使用時應避免陽光、汽車燈光直射探頭；安裝在墻角或者墻面上，建議安裝高度在離地面1.5～3米位置，可以防止小動物誤報。</p><p><b>　　第四章．總結(jié)語</b></p><p>　　通過本次試驗，我學習了熱釋電子狗的工作原理及其用途，熟悉了一些新電子元件的功能及接法