信息电气工程学院
课程设计说明书
（2011 2012学年第学期）
课程名称 ： 电子系统应课程设计
题 目 ：
专业班级 ：
学生姓名 ：
学 号：
指导教师 ：
设计周数 ： 2周
设计成绩 ：
20XX年01月04日
1 概
11 文选题背景意义
着科学技术进步传感器技术日益发展渗透日常生活中红外传感器中较常见种广泛应机场宾馆等处动门动明控制保安防盗等方面常动明控制利体热释电红外传感器时造成红外线变化红外传感器接收转换成定电信号利该电信号实现明控制热释电红外传感器红外线变化作出反应物体运动敏感决定走廊楼道动明控制中具广泛应日常生活中红外动感应灯应相广泛家庭楼道区酒店航天等方常需红外动感应灯方仓库储藏室方等方红外感应灯仅仅应明起预警作[1]
常规环境参数中体感应难进行探测参数光敏电阻红外探测探测体方法早已法满足现代科技发展需红外探测红外测量复杂红外测量独立测量体探测受素影响红外探测气压强温度呈定规律函数关系常规方法进行体红外探测误差达5~10外体红外探测校准难题光敏电阻等传统方法做标定标定精度法保证体感应标定环境条件求十分严格环境影响体红外信号效检测出成值研究话题
目前言利热释电红外传感器运动物体探测原理走廊楼道动明控制系统已广泛应功：传感器探测控制明灯开启延时段时间控制明灯关闭实现动控制会造成电力浪费传统手动开关手动延时开关改进[2]
设计热释电红外传感器卫生间智化明系统具样效果声控开关更简便需意识发出动作实现动控制热释电红外传感器仅体释放特定波长红外光敏感误动作极作探测器需外界提供量探测器身发出形式量接收体发出红外线量变化完成非接触探测目红外线见光样环境发生变化情况效利资源节约量
热释电红外传感器卫生间智化明系统具优点：
（1）需红外线电磁波等发射源
（2）灵敏度高控制范围
（3）隐蔽性流动安装
12 课题分析
类设计点红外线信号放处理尤系统稳定性功夫运放作放电路已电子设计师常放倍数完全通反馈量进行调节[3]时外围电路非常简单性较作放传感器接收体红外信号时传感器易受热噪声影响[4]放器放倍数选择难点设计成功否关键选法关断控制明灯选检测体发出红外线信号外前级放倍数干扰较电路参数选择应配合起区分热噪声信号效体信号方面取决较器参考电压选择延时部分选择相说较简单前面部分工作般续电路较容易实现
热释电红外传感器检测体发射红外线检测区呈球形采担心角度问题敏感元件输出阻抗极高输出电压极微弱传感器部装场效应偏置厚膜电阻（RGRS）构成信号放阻抗变换电路红外传感器检测电路基础否续电路法工作基础述放电路进步信号放驱动控制电路热释电红外传感器身接收灵敏度较低般检测距离仅2米左右增加探测距离需红外探头前加菲涅尔透镜采菲涅尔透镜效检测距离达12米左右传感器灵敏度提高10倍
白天光情况卫生间需开启灯光明考虑阴天时光线特暗情况需明正种情况利光敏电阻组值光发生变化特性电路中样需时候动开启卫生间明灯实现卫生间智化明系统节智控制方式
13 智化明系统发展状况
世界济全球化区域济体化形式着信息行业计算机产业高速发展物质精神生活水迅速提高工作生活环境灵活性高效性舒适性求越越高传统工作居住环境受强力挑战智建筑智区智家居等应运生楼宇动化(BA)通信动化(CA)办公动化(OA)家庭动化(HA)等种动化系统断出现明求越越高传统明技术受时代强烈击现代明技术发生深刻变化智明技术出现迅速前发展致形成明技术发展重阶段
（1）传统控制方式明阶段
明控制分开关控制调光控制调光控制包括连续调光控制(控光源光通量连续变化)连续调光控制(控光源光通量干固定预设值间变化)发光原理划分明光源通常分热辐射光源气体放电光源典型光源分白炽灯荧光灯热辐射光源利电物体加热白炽程度发光光源气体放电光源利气体蒸气放电发光光源热辐射光源说实现开关控制实现调光控制需调节供光源供电电压调节光通量输出气体放电光源说实现调光控制非简单简单控制供光源供电电压类光源镇流器
220V工频电压整流器光源供电实现调光控制必须研制适应具体气体放电光源匹配镇流器通控制镇流器输出电压频率电压调节光源光通量输出
爱迪生发明第灯泡开始传统明控制方式产生种控制方式手动控制常见种利设置灯具配电回路中开关(配电回路中保护开关手动开关等)控制配电回路通断实现灯具开关控制二利设置灯具配电回路中手动旋钮（传统调光控制柜灯光控制台等）调节供电回路电气参数（电压电流频率等）实现灯光明暗调节调光控制〔原理图11示〕
图11 传统明控制方式原理图
传统方式明控制言简单效直观赖控制者力控制相分散法效理实时性动化程度太低
图12 动明控制方式
（2）动控制方式明阶段
种控制方式利数字控制技术遥控灯具开关通常控制中心发出信号通直接数字控制器（DDC）控制配电回路中交流接触器分合控制配电回路通断实现灯具开关控制采该种方式解决传统方式控制相分散法效理等问题实现明控制动化法实现调光控制功控制原理图12示
动明控制方式传统明控制方式相解决问题集中控制问题动化程度相提高DDC系统身固技术特点DDC明控制系统中表现出明显足仅法实现调光控制难实现灯光场景等预设置场景理等功DDC系统优点易根全局情况进行控制计算判断控制方式控制时间选择统调度安排足控制器身求高必须具足够处理力极高性系统务量增加时控制器效率性急剧降
集散控制系统(DCS )逐步取代DDC系统实现分散控制集中理功底层设备说然传统DDC技术唯现场总线技术应现场设备级理问题根性解决
（3）智控制系统明阶段
二十世纪网络化时代数字控制技术断提高网络化理正逐渐渗透种传统控制系统中进入二十世纪着民生活水断提高明求发生改变尤中高档建筑中明单纯满足视觉明暗效果更应具备种控制方案建筑物更加生动艺术性更强丰富视觉效果美感
二十世纪90年代初智建筑简单等楼宇设备动理建筑物中重场简单开关控制法满足求开始追求样化明控制方式环境体现出种艺术效果智明控制方式明动控制赖楼宇设备动理系统真正实现明控制独立时该方式仅具备开关灯控制光源进行调光控制集种明控制方式现代化数字控制技术网络技术身控制系统出现发展明控制维护理变更简单建筑明提供种艺术效果
智明控制系统越越广泛接受类产品生产商更层出穷正确明控制方式实现明艺术性舒适性效手段节约源效措施绿色明指明产品高效率长寿命节电节低噪音低谐波低电磁干扰明设计中合理正确选明控制方式仅济性实性良统实现绿色明重环节
131智化明系统发展动态
着明断发展明控制系统已传统控制方式发展智控制系统目前观国外研究开发智明控制系统通信介质总线型电力线载波型线网络型等网络拓扑结构分集中式分布式智化明系统赖信息技术发展民生活水文化水提高着微处理器网络技术普国外八十年代提出智化明基框架建筑物数字通信设施核心配置面商务户安防系统资源控制系统逐渐增加计算机网络相应设施出现商住融合概念九十年代互联网普电子商务应导致信息社会实阶段形成规模信息基础建设电子政务实施形成利数字社区建设良外部环境智化明仅坚实技术基础已进入规范性发展实阶段
(1)智化明系统进步加强网络功通完备网络实现社区机电设备家庭电器动化智化远程监控实现体化联动安防系统动化智化监控
(2)智明应现代数字技术包括现代传感技术信号处理技术电子技术计算机技术网络技术加快信息传播速度提高信息采集传播处理显示性增强安全性
(3)提高智系统集成程度实现信息资源充分享提高系统优化程度
着生活水提高居住区正着节环保生态化方发展智化系统作必备组成部分中担负着重作成智慧核心
132 红外传感器原理智化明系统中应状况
热释电红外传感器种检测动物发射红外线输出电信号传感器早1938年提出利热释电效应探测红外辐射未受重视直六十年代着激光红外技术半导体技术新型材料迅速发展生产成断降推动热释电效应研究热释电晶体应年伴着集成电路技术飞速发展该传感器特性深入研究相关专集成电路处理技术迅速增长热释电晶体已广泛红外光谱仪红外遥感热辐射探测器作红外激光种较理想探测器熟知楼道动开关防盗报警应外[5]更领域应前景：房间时会动停机空调机饮水机电视机判断观观众已睡觉动关机机构开启监视器动门铃应[6]结合摄影机数码相机动记录动物活动等等……设计员完全结合电路充分发挥思维开发出更加优秀新产品动化控制装置
14课题务研究容
141课题务
1）查阅红外线控制方面相关资料解方面发展状况
2）掌握热释电传感器工作原理方法
3）掌握运放电路组成放电路脉整型电路工作原理
4）考虑抗干扰措施
5）设计实现该系统
142研究容
课题研究红外传感器明领域中应关键技术体现智化明研究明电路中增加红外感应电路控制研究处理传感器输出信号利放电路传感器输出微弱信号放输出效控制信号保证电路工作设置适增益热释电传感器输出探测信号十分微弱种信号控制电路必须放60~70dB 放器必须限制定带宽防止噪声干扰热释电红外传感器噪声特性进行分析考虑抗干扰措施分析消环境温度造成探测误差 研究基红外传感器卫生间智化明系统气候防护实现智明节问题达高效环保目
15 文研究方法
复杂问题简单方面着手循序渐进突破复杂系统课题设计首先热释电红外传感器着手传感器作感受测量信息器件希够定规律输出信号需研究输出输入关系特性便理指导设计制造校准次确定总体设计方案分析智化明系统模块组成拟定系统总体设计框架然具体模块着手分析模块功基组成工作原理需模块进行细致入微分析遗留问题否整电路法正常工作步系统基框架组成具体实施定认真完成模块设计深入解基红外传感器般原理技术智明系统般组成关键技术红外技术传感器技术红外传感器技术明系统方面应基础电路整体工作原理行性进行综合分析考虑细节特殊情况系统具处理特殊情况功完善电路设计时应考虑方面素力求达系统工作稳定功强控制灵敏目外确定系统准确误执行定功元器件进行调试
16 文预期成果解决关键问题
161 预期成果
（1）设计出利单片红外热释电传感器系统进行体探测方法传感器检测信号放整形误差判延时处理等集体系统实现明灯开关控制
（2）通课题分析拟定设计方案步骤系统总体进行详细分析设计出种行方案掌握定设计方法
（3）基红外传感器卫生间智化明系统实现技术系列文档研究文
162 文解决关键问题
热释电红外传感器目前防盗报警火灾检测动门动水龙头动电梯动明非接触温度测量等领域应广泛传感器原：①测象身发射红外线必设光源②气2～26um3～5um8～14um3称气窗口特定波段红外线吸收甚少非常容易检测③中远红外线受见光影响分昼夜进行检测传感器卫生间明具优势采双元型热释电红外传感器具更优点谓双元件传感器中两反串联敏感元件特点：①入射量序射两元件时输出元件高倍②两元件逆串联时输入量会相互抵消防止太阳灯头等红外线引起误动作③防止环境温度变化引起检测误差④常PZT敏感元件具压电效应PZT敏感元件消振动引起检测误差
通热释电红外传感器优越性介绍知道智化明系统中选择热释电红外传感器明电路更简单实现动控制关键问题热释电红外传感器应智化明系统中分析较完整热释
电红外探测电路应包括：传感器高低通放器电压较器延时电路执行电路等单元[7]中放器传感器输出微弱信号放便测量信号值电压较器起鉴体进入检测区作时消环境温度变化产生干扰延时电路员充分时间离开卫生间
设计涉较关键性问题：光敏电阻接入电路中光敏电阻控制开关检测信号控制开关两者统起光敏电阻热释电红外传感器放器电压较器延时电路执行电路效结合起分析电路分析光敏电阻接入电路部分样达效控制作
2 智化明系统研究
21 智化明系统
着现代建筑科学技术断进步发展物质文化精神生活水迅速提高智化已成建筑发展流技术涵盖空调系统消防系统安全防范系统完善计算机网络通信系统长期智明国直忽视数建筑物然传统明控制方式部分智厦采楼宇控（BA）系统监控明实现简单区域明定时开关功相智明系统体现出强优越性智建筑中应越越广泛
智明系统智建筑中应效果：
（1）实现明控制智化
采智明控制系统明系统工作全动状态系统先设定干基状态进行工作状态会预先设定时间相互动切换例工作日结束系统动进入晚工作状态动极缓慢调暗区域灯光时系统移动探测功动生效区域灯动关闭区域灯光调合适亮度外通编程意改变区域光度适应种场合场景求智明度动调整工作合适水例窗户等然采光较场系统会利然光明调节合适水天气发生变化时系统动度调节合适水总什场天气变化系统均保证室度维持预先设定水
（2）改善工作环境提高工作效率
传统明系统中配传统镇流器日光灯100Hz频率闪动种频闪工作员头脑发胀眼睛疲劳降低工作效率智明系统中调光电子镇流器工作高频率（40~70kHz）仅克服频闪消起辉时亮度稳定提供健康舒适环境时提高工作效率
（3）观节效果
智明控制系统先进电力电子技术数灯具（包括白炽灯日光灯配特殊镇流器钠灯水银灯霓虹灯等）进行智调光室外光较强时室度动调暗室外光较弱时室度动调亮室度始终保持恒定值附够充分利然光实现节目外智明理系统采设置明工作状态等方式通智化理实现节
（4）提高理水减少维护费
智明控制系统普通明开关转换成智化理仅楼理者高素质理意识运明控制系统中减少楼运行维护费带较投资回报
22 采智明控制系统重性
智明控制系统适应种建筑结构布局灯具选配实现明样化控制现智明控制系统分中央集中控制系统分布式控制系统两种
现代化智办公楼仅足够工作明更应营造舒适视觉环境员工中工作保持心情舒畅提高办公效率国外关资料介绍办公明电量约占整楼耗13做明设计选择合理明方案配置先进控制系统加强明控制设计已成智办公楼重设计容仅效节约源降低户运行费提高楼理水准
办公楼功区域划分通常会办公区门厅会议室功厅等功区域明具特点办公区域明光源荧光灯白炽灯中荧光灯般明白炽灯局部明度水设计取决视觉作业需济条件状况办公区域工作时间白天考虑利窗外入射量然光进行度补偿仅节约源更维持室舒适视觉环境
完整办公楼智明控制系统说办公区办公楼组成部分采智明控制系统明系统工作全动状态通配置智时钟理器预先设置干基工作状态通常分白天晚清扫安全午饭等根预先设定时间段动种状态间进行转换：班时间时系统动灯开光度动调节预先设定水窗房间系统智利室外然光天气晴朗室灯动调暗天气阴暗室灯会动调亮始终保持室恒定亮度午餐时间灯动变换舒适柔灯光场景工作员够休息放松工作日结束时智时钟理器作系统动调暗区域灯光进入晚工作状态时智传感器动静探测功动生效系统处清扫状态时该区域灯保持基亮度清扫员扫该区域时智传感器动静探测功动生效点亮该区域灯清扫员扫完该区域离开延时数分钟灯关掉安全状态清扫状态工作原理相似智明控制系统保证办公区域公区域协调工作：办公区域员工加班时电梯厅走廊等公区域灯保持基亮度办公区域走完灯降低安全状态关掉避免必源浪费
智明控制系统介绍知道智明控制系统仅满足实现灯光效果求实现明高层次智理改善工作环境提高工作效率节约源延长灯具寿命减少户维护费着建筑明技术进步明建筑融体明已成建筑艺术部分家努力更更智明控制系统应智建筑设计中营造出艺术智化光环境赋建筑生命
基红外传感器卫生间智化明系统设计利动静探测功实现灯亮走灯灭动控制方式实现节约源提高工作效率延长灯具寿命减少户维护费种控制方式简单成低省复杂集成应芯片单独控制需中央集中控制面会介绍电路实现根光线明暗动调节电路功
23 智明控制系统优点
智明控制系统传统明控制系统相控制方式明方式理方式节方面等均少优点
首先控制方式明方式传统明控制采手动开关开关路路开关智明控制采调光模块通灯光调光场合产生灯光效果营造出舒适视觉氛围控制采低压二次信号控制控制方式功强范围广动化程度高次智明控制系统动化明控制智利光通网络需台计算机整楼明实现合理源理动化仅减少必耗电开支时降低户运行维护费节方面传统明控制节电20外智明控制系统中通系统设置电压限制避免降低电网电压浪涌电压灯具击起保护灯具延长灯具寿命作更值提智明控制系统开放式系统通标准网络接口方便BAS系统联接实现智楼计算机系统集成
24 基红外热释传感器智明控制系统设计方法步骤
热释电红外传感器智化明控制系统核心器件设计热释电红外传感器手明电路编制信号处理电路完成设计般分：
第步：编制明回路负载清单
系统中传感器首先体运动信号采集部处理送外部信号处理电路处理处理信号作明电路控制信号整电路传感器放电路滤波电路电压较器延时电路组成次应核条明回路处理先序做简单排列明回路划分作适调整优化系统方案更适合场景配置需该系统隐蔽安装元器件集成块电路板减系统体积模块组合构成优美明艺术环境
第二步：明控制求选择控制面板相关控制部件
体感应传感器：该装置适酒店型会议室会客室卫生间等场体感应器动检测该空间体温度：室时动开灯时动关灯方便避免浪费源目前已广泛
需短时间定期明场
通控制方式达：
（1）系统节：通合理测控手段解决建筑物总体量需求输送供衡节约运行开支20％－40％左右
（2）设备节：满足系统总体求种设备工作低耗状态
（3）理节：通提供设备运行种数理者准确掌握系统运行状况理工作提供性化服务设施设备控保护功提高相应减少运行维护员数量进步减少开支
（4）寿命延长：通系统运行合理策略缩短设备运行时间减轻负荷降低设备维护更换费效延长设备寿命
第二步：明回路性选择相关元器件
系统采双元型热释电红外传感器利结构具单型器件特点实现体运动方判断单型热释电红外传感器唯敏感元件环境温度变化体运动会产生样反应信号双元型热释电红外传感器具两完全相敏感元件极化方反相串联联中敏感元件检测红外线表面蒸红外反射膜作补偿噪声
第四步：选择附件
传感器体运动敏感静止动时传感器输出进入卫生间分钟停留时间明灯开启必须延时段时间电路采555定时器接成单稳态触发器实现延时功适应光时光控制方式特点采光敏电阻控制555定时器等工作状态间切换
第五步：编制系统设备配置表
元件电压工作考虑器件允许通电流耗散功率采稳压电压稳定定数值采电阻分压限流作电压电流限定适合器件工作范围
3 光电器件介绍
31 光敏电阻
311 光敏电阻结构工作原理
光敏电阻称光导 半导体材料制成光电器件光敏电阻没极性 电阻器件制作光敏电阻材料般金属硫化物金属硒化物通常采涂敷喷涂等方法陶瓷基片涂半导体薄膜烧结成
光敏电阻结构：底板均匀涂层薄薄半导体物质称光导层半导体两端装金属电极引出线端相连接通引出线端接入电路防止周围介质影响半导体光敏层覆盖层漆膜漆膜成分应光敏层敏感波长范围透射率提高灵敏度光敏电阻电极般采梳状图案光敏电阻结构光敏电阻电极光敏电阻接线图光敏电阻工作原理光电效应光射征半导体材料中价带电子吸收光子量跃迁导带激发出电子空穴增强导电性阻值降低光停止电子空穴复合阻值恢复亮电阻暗电阻价带电电子跃迁导带入射光子量满足刚发生光电效应界波长
312 光敏电阻参数基特性
参数
(1) 暗电阻 亮电阻光电流
暗电阻：光敏电阻受光射时阻值称暗电阻 时流电流称暗电流
亮电阻：光敏电阻受光射时电阻称亮电阻时流电流称亮电流
光电流：亮电流暗电流差称光电流
(2) 光谱范围：应定敏感程度波长响应区间
(3) 响应时间：光敏电阻停止光电流降原值63需时间（负载）般低20ms
基特性：光特性 光电灵敏度 光谱特性
光特性：定外加电压光敏电阻光电流光强度间关系材料光特性绝数光敏电阻光特性非线性图硫化镉光敏电阻光特性光敏电阻宜作测量元件动控制中光电开关
光电灵敏度：单位光通量入射时光敏电阻输出光电流单位外加电压光电灵敏度称相灵敏度
光谱特性：光敏电阻入射光光谱具选择作光敏电阻波长入射光灵敏度光敏电阻相光敏灵敏度入射波长关系称光敏电阻光谱特性称光谱响应应波长光敏电阻灵敏度材料光敏电阻光谱响应曲线硫化镉光敏电阻光谱响应峰值见光区域常作度计探头硫化铅光敏电阻响应红外中红外区 常做火焰探测器探头
频率特性：光敏电阻光电流着光强改变立刻变化光敏电阻产生光电流定惰性种惰性通常时间常数表示 数光敏电阻时间常数较
温度特性：光敏电阻温度变化影响光敏电阻光谱响应 温度变化时影响光敏电阻光谱响应灵敏度暗电阻尤响应红外区硫化铅光敏电阻受温度影响更硫化铅光敏电阻低温恒温条件
见光光敏电阻 温度影响
光敏电阻优缺点：光敏电阻具光谱特性允许光电流灵敏度高寿命长体积等优点应广泛外许光敏电阻红外线敏感适宜红外线光谱区工作光敏电阻缺点型号相光敏电阻参数参差齐光特性非线性适宜测量求线性场合常作开关式光电信号传感元件
313 光敏电阻应
常光敏电阻器硫化镉光敏电阻器半导体材料制成光敏电阻器阻值入射光线（见光）强弱变化变化黑暗条件阻值（暗阻）达1~10MΩ强光条件（100LX）阻值（亮阻）仅百数千欧姆光敏电阻器光敏感性（光谱特性）眼见光（04~076um）响应接眼感受光会引起阻值变化
电路采MG42型CdS光敏电阻CdS光敏电阻属半导体光敏器件产品受强化老练实验具灵敏度高反应速度快光谱特性等特点外高温湿恶劣环境保持高度稳定性性适合卫生间潮湿环境MG42型光敏电阻型号相具：工作电压额定功率较低特点亮暗电阻适合明电路需设计时选择型号
32 控硅元件工作原理基特性
321 工作原理
控硅P1N1P2N2四层三端结构元件三PN结分析原理时作PNPNPN组成等效图解图31示
图31 控硅等效图解图
阳极A加正电压时BG1BG2均处放状态时果控制极G输入正触发信号BG2便基流ib2流BG2放集电极电流ic2β2ib2BG2集电极直接BG1基极相连ib1ic2时电流ic2BG1放BG1集电极电流ic1β1ib1β1β2ib2电流流回BG2基极表成正反馈ib2断增正馈循环结果两子电流剧增控硅饱导通
BG1BG2构成正反馈作旦控硅导通控制极G电流消失控硅然够维持导通状态触发信号起触发作没关断功种控硅关断
控硅导通关断两种工作状态具开关特性种特性需定条件转化条件见表31
表31 控硅导通关断条件
状态
条件
说明
关断导通
1阳极电位高阴极电位
2控制极足够正电压电流
两者缺
维持导通
1阳极电位高阴极电位
2阳极电流维持电流
两者缺
导通关断
1阳极电位低阴极电位
2阳极电流维持电流
条件
322 基伏安特性
控硅基伏安特性见图32
图32 控硅基伏安特性
（1）反特性
控制极开路阳极加反电压时（见图33）J2结正偏J1J2结反偏时流反饱电流电压进步提高J1结雪崩击穿电压接差J3结击穿电流迅速增加图32特性开始弯曲特性OR段示弯曲处电压URO反转折电压时控硅会发生永久性反击穿
图33 阳极加反电压
（2）正特性
控制极开路阳极加正电压时（见图34）J1J3结正偏J2结反偏普通PN结反特性相似流电流正阻断状态电压增加图32特性发生弯曲特性OA段示弯曲处UBO：正转折电压
图34 阳极加正电压
电压升高J2结雪崩击穿电压J2结发生雪崩倍增效应结区产生量电子空穴电子时入N1区空穴时入P2区进入N1区电子P1区通J1结注入N1区空穴复合样进入P2区空穴N2区通J3结注入P2区电子复合雪崩击穿进入N1区电子进入P2区空穴全部复合掉样N1区电子积累P2区空穴积累结果P2区电位升高N1区电位降J2结变成正偏电流稍增加电压便迅速降出现谓负阻特性见图32虚线AB段
时J1J2J3三结均处正偏控硅便进入正导电状态通态时特性普通PN结正特性相似见图32中BC段
323 控硅触发导通
控制极G加入正电压时（见图35）J3正偏P2区空穴时入N2区N2区电子进入P2区形成触发电流IGT控硅部正反馈作（见图2）基础加IGT作控硅提前导通导致图32伏安特性OA段左移IGT越特性左移越快
图35 阳极控制极均加正电压
利控硅触发导通性实现明灯控制相开关作单控硅具触发实现锁功电路选单控硅工作电流（1A）高工作电压（400V）完全满足电路需控制极电流10uA～30uA间触发灵敏度高
33 菲涅尔透镜应
谓菲涅尔透镜种塑料制成特殊设计光学透镜组热释电元件配合提高传感器灵敏度扩监视范围实验证明传感器加菲涅尔透镜检测距离原2米增加10米透镜工作原理移动物体体发射红外线进入透镜监视范围会产生交
盲区高敏感区传感器晶片两反串联热释电元件轮流感受运动物体体红外辐射光脉形式断改变热释电元件温度输出串脉信号体静止动站热释电元件前会输出提高热释电红外传感器抗干扰性[9]
菲涅尔透镜作探测空间红外线效集中传感器通分布镜片心圆窄带（视窗）实现红外线聚集相凸透镜作部分选择透镜窄带设计透镜材质考虑透镜参数：光通量透镜心度厚度均匀性透镜光轴外形心度透率焦距误差等菲涅尔透镜窄带（视窗）设计般均匀分排面较边较少般中间密集两侧疏脸部膝部手臂红外辐射较强正着边透镜边较少体部红外辐射较弱二防止面动物红外辐射干扰材质般机玻璃
4 红外热释传感器智化明系统中应研究
41 红外辐射基知识
红外辐射物理质热辐射物体(固体气体液体)部分子转动振动产生类震动物体受热引起绝零度时（27316℃）切物体分子停止运动
般常温物体红外辐射发射源火焰汽车动植物体红外辐射源发射红外波长已
红外线电磁波样具反射折射散射干涉吸收等性质特点热效应实践证明温度愈低物体辐射红外线波长愈长体温度37℃左右发射红外波长9～10um（属远红外区）加热400～700℃物体发射红外线波长3～5um（属中红外区）热释电红外传感器根物体表面温度发出波段红外光进行温度检测[8]
42 红外传感器
421定义分类
红外传感器（称红外探测器）红外辐射转化电光敏红外传感器红外探测器件关键部件性坏直接影响系统性优劣选择合适性良红外传感器红外探测器十分重红外传感器件分热释电型红外光敏器件量子型红外光敏器件两者区：前者先红外光转变探测元身温度变化利热电效应产生相应电信号种方式较宽红外波长响应范围价格较便宜灵敏度低响应速度慢者受红外光时器件电阻值两端电动势会产生变化直接产生电信号种方式灵敏度高响应速度快红外波长响应范围较窄价格较高需低温条件中热释电型探测器热探测器中探测率高频率响应宽种探测器倍受重视发展快
422 热释电效应
晶体受热时晶体两端会产生数量相等符号相反电荷种热变化产生电极化现象称热释电效应通常晶体发极化产生束缚电荷空气中附着晶体表面电子中发极化电矩表现出温度变化时晶体结构中正负电荷重心相移位发极化发生变化晶体表面会产生电荷耗电荷耗状况正极化程度图412表示热释电效应形成原理
41 热释电效应形成原理
热释电传感器正利热释电效应制成产生热释电效应晶体称热释电体热释电元件常材料单晶(LiTaO3 等)压电陶瓷（PZT等）高分子薄膜（PVFZ等）[10]
423 热释电红外传感器结构
结构双元型红外线传感器：敏感元件场效应高阻抗变换滤光
42 热释电红外传感器结构
窗等敏感元件：2极性相反热释电单元抵抗见光部分红外线干扰运动体敏感场效应高阻抗变换：阻抗变换信号放滤光窗：块玻璃镀层滤光薄膜阳光电 灯光抗干扰仅体发出红外线(波长7~14um)敏感然界高 273K物体产生红外光谱温度应红外线波长体恒定体温般37度发出10微米左右特定波长红外线菲涅尔透镜：增热释电传感器探测距离组透镜视场相邻视场连续相隔盲区体具透镜传感器监控范围移动时形成断交变化盲区亮区敏感单元温度断变化[11]热释电红外传感器中两关键性元件热释电红外敏感单元(PIR)波长
7~14um间红外信号变化转变电信号然界中白光信号具抑制作外元件菲涅尔透镜折射式反射式作两：聚焦作红外信号折射（反射）PIR二警戒区分干明区暗区进入警戒区移动物体温度变化形式PIR产生变化热释红外信号样PIR产生变化电信号实验证明传感器加光学透镜(称菲涅尔透镜)检测距离2m加光学透镜检测距离7m
424 热释电红外传感器工作原理特性
热释电传感器温度敏感传感器陶瓷氧化物压电晶体元件组成元件两表面做成电极探测器警戒区体移动时热释电红外感应器感应背景温度体进警戒区通菲涅尔透镜热释电红外感应器感应体温度背景温度差异信号ΔT热释电效应会两电极产生电荷ΔQ两电极间产生微弱电压ΔV输出阻抗极高传感器中场效应进行阻抗变换热释电效应产生电荷ΔQ会空气中离子结合消失环境温度稳定变时ΔT0传感器输出体进入检测区体温度环境温度差产生ΔTΔQ输出体进入检测区动温度没变化传感器没输出[12]种传感器检测体者动物活动传感红外探测器红外探测基概念感应移动物体背景物体温度差异
体恒定体温般37度会发出特定波长10um左右红外线动式红外探头探测体发射10um左右红外线进行工作体发射10UM左右红外线通菲泥尔滤光片增强聚集红外感应源红外感应源通常采热释电元件种元件接收体红外辐射温度发生变化时会失电荷衡外释放电荷续电路检测处理输出控制信号
（1）种探头探测体辐射目标热释电元件波长10UM左右红外辐射必须非常敏感
（2）仅仅体红外辐射敏感辐射面通常覆盖特殊菲尼尔滤光片环境干扰受明显控制作
（3）动红外探头传感器包含两互相串联联热释电元制成两电极化方正相反环境背景辐射两热释元件具相作产生释电效应相互抵消探测器信号输出
（4）旦侵入探测区域体红外辐射通部分镜面聚焦热释电元接收两片热释电元接收热量热释电抵消信号处理报警
（5）菲尼尔滤光片根性求具焦距（感应距离）产生监控视场视场越控制越严密
43 红外传感器性参数
（1）电压响应率r
（调制）红外辐射射传感器敏感面时传感器输出电压输入红外辐射功率做传感器电压响应率记作r
r U0 P
式中 r — 响应率(VW)U0 — 输出电压(V)P — 红外辐射功率(W)
（2）响应波长范围
响应波长范围（称光谱响应）表示传感器电压响应率入射红外辐射波长间关系热电传感器电压响应率波长关响应率曲线条行横坐标直线光子传感器电压响应率条波长变化变化曲线般响应率值应波长称峰值波长响应率降响应值半应波长称截止波长表示着红外传感器波长范围
（3）噪声等效功率
投射红外传感器敏感面红外辐射功率产生输出电压正等传感器身噪声电压辐射功率做噪声等效功率(NEP)噪声等效功率信噪红外传感器探测辐射功率
（4）探测率
探测率噪声等效功率倒数
D1NEP
红外传感器探测率越高表明传感器探测辐射功率越传感器越灵敏
（5）时间常数
时间常数表示红外传感器输出信号红外辐射变化速率输出信号滞红外辐射时间称传感器时间常数
电路应选灵敏度高响应速度快热释电红外传感器传感器时间常数越越电压响应率应较高响应波长应体辐射红外波长范围根热释电红外传感器性参数值时应配合菲涅尔透镜
44 红外传感器应
441 光控电路原理
利光敏元件光强度变化阻抗发生变化特点控制电信号强弱传感器变化电信号传递触发器电信号强度达定程度触发触发器导通工作光控明电路功实现外界光强度降低定程度时明电路导通工作方案言种样设计时必须考虑方案行性稳定性元器件灵敏度尤光敏元件必须选择灵敏度高样电路功较容易实现设计光控电路时量电路结构简化电路功强功实现稳定[13]
442 红外传感器应
热释电红外传感器输出信号变化缓慢幅值针该特点专信号处理器般分三步处理具体处理步骤：
（1）滤波放
普通PIR传感器输出信号幅值般约百微伏毫伏续电路作效处理考虑传感器信噪通常取增益725dB通带03Hz～7Hz时处理模拟信号保证放器工作稳定电路中特集成稳压器传感器放器较器供电
（2）窗口较器
放信号通窗口较器检出满足幅值求信号转换成系列数字脉信号
（3）噪声抑制数字信号处理
根体运动特点传感器特性长期研究固定时间计脉数测脉宽度方法甄效体信号里系统振荡器提供时钟源（16kHz）
述三步处理准确判断体信号根具体应场合实现定控制[14]
热释电红外传感器特点反应速度快灵敏度高准确度高测量范围广方便尤进行非接触式测量卫生间明领域诸优点
电路采P228型红外传感器P228正利锆钛酸铅（PZT）材料制成敏感元件感知红外线温度变化输出微弱电信号P228采红外滤光片选取75~14um波长红外线信号效选取体辐射红外线排物体干扰红外线P228利场效应阻抗变换效引出信号P228双元型中敏感元称做基体元件身温度变化时产生电信号相互抵消P228性参数符合电路求明电路中
P228时应握特点：
(1)工作电压范围2．2～10V尤4—5V电压工作
(2)工作水视角<900垂直方视角<1000
(3)红外线敏感波长25～14um
(4)P228输出电信号频率01～10Hz幅值电仅01mV左右
(5)P228传感器宜置环境温度变化方工作
5基红外传感器智化明系统硬件设计
51 系统工作流程设计
整明控制系统光学系统热释电红外传感器信号滤波放信号处理执行电路等部分组成光学系统中菲涅尔透镜体辐射红外线聚焦热释电红外探测元时产生交变化红外辐射高灵敏区盲区适应热释电探测元求信号断变化特性热释电红外探测器卫生间智化明系统中核心器件体红外信号转变电信号供信号处理部分信号处理传感器输出微弱信号进行放滤波较延时明功实现基础
511 双元热释电红外传感器工作原理分析
图51 传感器工作原理示意图
反串联型传感器中两红外敏感元件形状相互位置关系图51(a)表示（假设a检测元件b噪声补偿元件）现假设体传感器前着两敏感元件反串联方左右根体敏感元件相位置传感器信号产生作出分析图51(b)示体刚刚进入传感器视野时候体两敏感元件距离角度造成入射两敏感元件量变化速率具体a>b传感器输出信号应a信号设符号＋图51(c)示体运动传感器视野中央位置附时两敏感元件说离开接产生信号符号两元件反串联传感器输出信号应二者信号反迭加结果值元件单独产生信号符号－图51(d)示体运动离开传感器视野时两敏感元件量变化情况b>a传感器输出信号应该bb说体离开串联方式a相反符号＋传感器输出信号波形连续根分析出传感器输出波形致图51(e)示波形第二正峰值低第正峰值敏感元件b噪声补偿元件蒸红外反射膜产生输出信号较果体运动方相反分析类似进行结果恰相反
图51(f)示样根面分析体运动通传感器输出信号波形检测出
512 信号处理电路设计
通前面双元型传感器体运动判断工作原理分析已知道传感器输出信号波形判断出体运动传感器输出信号显然直接作明系统控制信号传感器输出信号必须专门信号处理电路传感器输出信号规波形转变成适合控制明灯信号
（1）放电路
电路芯片IC1廉价四运放LM324中两运放组成带通放器放电路R2R3IC1aR6R7IC1b组成两级低频带通高增益放器增益取值应够传感器输出信号电压放便处理10～45 V宜第级放器增益AV1R3R2第二级放器增益：AV2R7R6总放增益：AV AV1× AV2选择适电阻值增益设置适值
（2）电压较器
电压较器起体进入检测区作时消环境温度变化产生干扰传感器探测体辐射红外线信号放送窗口较器时信号幅度超窗口较器限系统输出低电信号异常情况时输出高电信号LM324外两运放组成电压较检测窗口较器中两电阻两二极作参考电压分压器中点电压设定电源电压（6V）半3V两二极分
图51 热释电控制动节灯
压限电压分设定36V24V静态时第级放器输出干扰信号电压
幅度24～36V范围
（3）延时电路
延时电路IC2单时基电路NE555延时时间T11RC选择适参数控制延时时间作两：离开检测区提供段延时时间二进入检测区提供关断检测器需时间延时电路工作输出高电控硅导通明灯接通电源亮
52 电路原理图
电路原理图51示
53 电路工作原理
热释电控制动节灯电路中信号放器两部分组成第部分lCla lClb 组成两级低频带通高增益放器第二部分lClc lCld 组成双限电压较器
电路采信号电压较器称双限式电压较器称窗口较器双限电压较器lClb~lCld 组成中lClc 作限较 lCld 作限较限较器参考电压加lClc 相输入端限较器参考电压加lCld 反相输入端限较器两参考电压通R5 R8 VDl VD2 分压取R5 1MR81MVDl VD2 压降固定O 6~0 7V设压降06V 分压器中点电压(lClb 反相端电压)等电源电压(6V) 半3V该电压作带通放器lClb输出正弦信号电压中点VDl 端电压作限较器lClc 参考电压加相端数值等36V (3V+0 6V) VD2 端电压作限较器lC1 d 参考电压加反相端数值等24V (3V06V)
电压较器工作原理知相输入端电压高反相输入端电压时较器输出高电相输入端电压低反相输入端电压时较器输出低电带通放器输出电压中点设3V 双限电庄较器门限电压分设36V 24V静态时lCla 输出干扰信号电压幅度2 4~3 6V 范围时较器lClclCld 均输出高电隔离二极VD3 VD4 反偏置截止
传感信号输入时带通放器lCla 输出控制信号信号正半周信号电压幅度36V 时lClc 输出低电信号负半周信号电压幅度低24V 时lCld 输出低电样保证信号正负半周电压较器触发信号输出抑制干扰信号
NE555 Rll C7 组成脉启动单稳态触发电路方面触发双晶闸VS方面组成单稳态延时电路电灯离开时延时段时间动关闭该单稳态触发器低电负脉触发翻转lClclCld 输出低电时 lC2 触发翻转输出端③脚输出高电该高电通R14 双晶闸VS 触发导通电灯亮lC2 翻转电源Rll C7 充电充电时间T 1 lRl1C7 延时60s 电路翻转lC2 ③脚变低电VS 关断电灯灭
热释电控制动节灯电路中调电阻R12 R13 光敏电阻RG lC2 ④脚组成光控电路电路仅夜间起控制作白天RG 阻值变④脚R12
R13+RG 分压中处低电lC2 置强复位状态电路处等状态夜晚lC2 触发翻转③脚输出高电通VD5 加④脚④脚致灯亮RG 射影响电路工作
电阻R9 RI0 作IC2 ②脚偏置电路静态时②脚偏置高电单稳态电路保持稳态
6基红外热释传感器智化明系统环境防护
电子设备环境种样环境素电子设备性稳定功实现工作等诸方面重影响提高电子设备抗环境力合理进行环境防护设计关重
电子设备系统工作运输储存程中受种环境素影响导致性降低失效甚损坏必须采取防护措施电子设备处环境包括气候环境机械环境电磁环境生物化学环境核辐射环境等卫生间智化明系统受气候环境影响
气候环境指温度湿度气压风力砂尘雨雪日辐射等种然气候素气候素中温度(高温低温循环变化)电子设备影响严重许实例表明设备障率温度升高呈指数关系增加保证电子元件器件整机允许温度范围工作应采取种效热控制措施
61 智化明系统气候防护措施
电子设备高湿环境中工作时设备金属材料非金属材料会产生腐蚀老化霉烂现象影响设备工作性应采取抵御生物化学环境影响防护措施（中防腐蚀防潮湿防霉菌）
(1)防腐蚀
卫生间电子设备腐蚀气腐蚀非金属材料潮湿环境条件受霉菌侵蚀会机械强度降低物理性电学性改变严重时霉烂脆裂腐蚀会导致系列良果：金属零件部件电气性机械性发生变化开关连接器接触良紧固件强度减弱元器件参数发生变化等外腐蚀产物造成电气短路绝缘材料漏电等许障
防腐蚀容包括方面
(a)选择耐蚀材料：设备工作环境求根设备接触介质选取耐蚀材料外选耐蚀材料时宜选非金属材料尤工程塑料相互接触金属构件应注意间电位差（通常应低05伏）低金属材料介质中腐蚀电位进行设计
(b)采耐蚀覆盖层
(c)设计合理构件：设计构件时应量避免存机械应力热应力滞留水水汽空间防造成金属表面电化学均匀性加快金属腐蚀
(2)防潮
工作潮湿带电子设备受潮湿空气侵蚀会元件材料表面凝聚层水膜渗透材料部造成材料表面电导率增加体积电阻率降低介质损耗加产生电气短路漏电击穿等障时潮湿气候引起覆盖层起泡脱落失保护作卫生间气候较潮湿特注意电子设备防潮措施防潮方法两种
(a)密封：电子器件封闭外界空气水腐蚀介质接触密封时应特注意转动件接插件连接导线等处密封设计外应消设备部引起腐蚀素密封元件器件预先干燥设备部抽成真空充填惰性气体(氮气氩气)采化学干燥剂排设备中湿空气处理组件防潮防腐外防振缓
(b)涂覆浸渍防潮涂料：电子设备零件部件（线圈绕组变压器等）喷涂浸渍环氧绝缘清漆环氧聚酰胺绝缘清漆机硅改性聚氨酯绝缘漆等种防潮绝缘漆
(3)防霉
卫生间霉菌生长繁殖提供利环境霉菌种机机材料表面滋生繁殖卫生间潮湿气候(相湿度65％)合适温度（20～30℃）霉菌生长利条件霉菌身分泌酶机材料中摄取营养成分结构材料物理性电性遭破坏霉菌新陈
代谢程中分泌二氧化碳酸性物质会引起金属腐蚀降低材料绝缘性卫生间电子设备电性旦遭破坏器件法正常工作外电子设备组件结构件长霉碍设备美观装饰体健康定影响
防霉方法
(a)控制环境条件：设备密封加入干燥剂保持设备部空气干燥清洁
(b)防霉材料：设计设备构件时根工作环境求选择具防霉特性材料热固性塑料热塑性塑料氯丁橡胶云母制品等
(c)应防霉剂：需防霉电子元件组件整机喷涂浸渍防霉剂供浸渍漆酸性硫柳汞(C9H10O2Hg)供塑料电缆灌胶熔性8羟基奎林酮供电线电缆保护层环烷酸酮等
卫生间较潮湿安装电灯电线时格外心灯具开关带安全防护功接头插销暴露外
62卫生间明通风防护
卫生间然采光外必须辅适灯光明灯光效果宜明亮柔宜直接射顶部应设置光源般采防水防雾灯具购买三合带灯浴霸洗手台正面镜子方应安装镜前灯灯泡必须基密封起免溅水触电电线电器设备选设置应符合电器安全规程规定电灯开关插座采防水型浴室里明灯具电器安装定注意安装事项安装安全设置良明卫生间显干净舒适
卫生间较潮湿空间窗户采光功重重点通风透气浴室门窗应密封保持室热量私密性卫生间应量采室外空气直接交流辅助换气设备通风般机械通风助专换气扇调节选择三合带换气功浴霸温湿环境细菌滋生安乐窝短时间浴室重新回干爽清洁状态效抑制细菌必手段理想方法采空气流足够通风换气室迅速干燥避免卫生间滋生细菌
7结展
71 总结
文设计种体感应动灯制作具电路简单制作容易成低廉工作应场合广泛等许优点外电路控硅继电器代装置改制成防盗报警器动门铃动控制装置
电路适简易场合电路中存足处延时时间旦确定需求时更改通分析种切实行改进方案—运动计数法
该运动计数法采热释电红外传感器中双元型(称偶型)器件作探头利继信号处理电路传感器信号进行处理实现物体运动方判断进实现进出门数(次)计数通较进出门数(次)作出室否判断进门数(次)出门数(次)表明室控制明进门数(次)等出门数(次)表明室控制停止明
样系统达理想节效果带便捷明方式
72 热释电红外传感器卫生间智化明系统中应前景
热释电红外传感器价格低廉技术性稳定体探测器领域中受广户专业士欢迎抗干扰性强防动物电磁干扰等易产生误报信号卫生间智化明助手
热释电传感器性稳定十分容易改变中心波长广泛种开关型控制电路中果定量测量电路中应考虑精度问题例温度测量电路单纯性采菲涅尔透镜需套聚焦峰值采样系统外需采样值量化[15]
着相关信号处理器性性断提高热释电红外传感器会广泛卫生间明种型号专集成电路配套外围电路更简单安装调试更方便工作更加稳定卫生间明更具性化着绿色明断发展卫生间明更济更满足需求参 考 文 献
[1] Keller H提高动红外报警器性（）[J]红外1987（4）：8123638
[2] 方佩敏热释电红外检测器应［J］线电2000（9）：418420
[3] 童诗白模拟电子技术第二版［M］ 北京：高等教育出版社1999
[4] 张广发电路噪声计算测量（）[M]长沙：国防科技学出版社19951732
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课程设计说明书
（2011 2012学年第学期）
课程名称 ： 电子系统应课程设计
题 目 ：
专业班级 ：
学生姓名 ：
学 号：
指导教师 ：
设计周数 ： 2周
设计成绩 ：
20XX年01月04日
1 概
11 文选题背景意义
着科学技术进步传感器技术日益发展渗透日常生活中红外传感器中较常见种广泛应机场宾馆等处动门动明控制保安防盗等方面常动明控制利体热释电红外传感器时造成红外线变化红外传感器接收转换成定电信号利该电信号实现明控制热释电红外传感器红外线变化作出反应物体运动敏感决定走廊楼道动明控制中具广泛应日常生活中红外动感应灯应相广泛家庭楼道区酒店航天等方常需红外动感应灯方仓库储藏室方等方红外感应灯仅仅应明起预警作[1]
常规环境参数中体感应难进行探测参数光敏电阻红外探测探测体方法早已法满足现代科技发展需红外探测红外测量复杂红外测量独立测量体探测受素影响红外探测气压强温度呈定规律函数关系常规方法进行体红外探测误差达5~10外体红外探测校准难题光敏电阻等传统方法做标定标定精度法保证体感应标定环境条件求十分严格环境影响体红外信号效检测出成值研究话题
目前言利热释电红外传感器运动物体探测原理走廊楼道动明控制系统已广泛应功：传感器探测控制明灯开启延时段时间控制明灯关闭实现动控制会造成电力浪费传统手动开关手动延时开关改进[2]
设计热释电红外传感器卫生间智化明系统具样效果声控开关更简便需意识发出动作实现动控制热释电红外传感器仅体释放特定波长红外光敏感误动作极作探测器需外界提供量探测器身发出形式量接收体发出红外线量变化完成非接触探测目红外线见光样环境发生变化情况效利资源节约量
热释电红外传感器卫生间智化明系统具优点：
（1）需红外线电磁波等发射源
（2）灵敏度高控制范围
（3）隐蔽性流动安装
12 课题分析
类设计点红外线信号放处理尤系统稳定性功夫运放作放电路已电子设计师常放倍数完全通反馈量进行调节[3]时外围电路非常简单性较作放传感器接收体红外信号时传感器易受热噪声影响[4]放器放倍数选择难点设计成功否关键选法关断控制明灯选检测体发出红外线信号外前级放倍数干扰较电路参数选择应配合起区分热噪声信号效体信号方面取决较器参考电压选择延时部分选择相说较简单前面部分工作般续电路较容易实现
热释电红外传感器检测体发射红外线检测区呈球形采担心角度问题敏感元件输出阻抗极高输出电压极微弱传感器部装场效应偏置厚膜电阻（RGRS）构成信号放阻抗变换电路红外传感器检测电路基础否续电路法工作基础述放电路进步信号放驱动控制电路热释电红外传感器身接收灵敏度较低般检测距离仅2米左右增加探测距离需红外探头前加菲涅尔透镜采菲涅尔透镜效检测距离达12米左右传感器灵敏度提高10倍
白天光情况卫生间需开启灯光明考虑阴天时光线特暗情况需明正种情况利光敏电阻组值光发生变化特性电路中样需时候动开启卫生间明灯实现卫生间智化明系统节智控制方式
13 智化明系统发展状况
世界济全球化区域济体化形式着信息行业计算机产业高速发展物质精神生活水迅速提高工作生活环境灵活性高效性舒适性求越越高传统工作居住环境受强力挑战智建筑智区智家居等应运生楼宇动化(BA)通信动化(CA)办公动化(OA)家庭动化(HA)等种动化系统断出现明求越越高传统明技术受时代强烈击现代明技术发生深刻变化智明技术出现迅速前发展致形成明技术发展重阶段
（1）传统控制方式明阶段
明控制分开关控制调光控制调光控制包括连续调光控制(控光源光通量连续变化)连续调光控制(控光源光通量干固定预设值间变化)发光原理划分明光源通常分热辐射光源气体放电光源典型光源分白炽灯荧光灯热辐射光源利电物体加热白炽程度发光光源气体放电光源利气体蒸气放电发光光源热辐射光源说实现开关控制实现调光控制需调节供光源供电电压调节光通量输出气体放电光源说实现调光控制非简单简单控制供光源供电电压类光源镇流器
220V工频电压整流器光源供电实现调光控制必须研制适应具体气体放电光源匹配镇流器通控制镇流器输出电压频率电压调节光源光通量输出
爱迪生发明第灯泡开始传统明控制方式产生种控制方式手动控制常见种利设置灯具配电回路中开关(配电回路中保护开关手动开关等)控制配电回路通断实现灯具开关控制二利设置灯具配电回路中手动旋钮（传统调光控制柜灯光控制台等）调节供电回路电气参数（电压电流频率等）实现灯光明暗调节调光控制〔原理图11示〕
图11 传统明控制方式原理图
传统方式明控制言简单效直观赖控制者力控制相分散法效理实时性动化程度太低
图12 动明控制方式
（2）动控制方式明阶段
种控制方式利数字控制技术遥控灯具开关通常控制中心发出信号通直接数字控制器（DDC）控制配电回路中交流接触器分合控制配电回路通断实现灯具开关控制采该种方式解决传统方式控制相分散法效理等问题实现明控制动化法实现调光控制功控制原理图12示
动明控制方式传统明控制方式相解决问题集中控制问题动化程度相提高DDC系统身固技术特点DDC明控制系统中表现出明显足仅法实现调光控制难实现灯光场景等预设置场景理等功DDC系统优点易根全局情况进行控制计算判断控制方式控制时间选择统调度安排足控制器身求高必须具足够处理力极高性系统务量增加时控制器效率性急剧降
集散控制系统(DCS )逐步取代DDC系统实现分散控制集中理功底层设备说然传统DDC技术唯现场总线技术应现场设备级理问题根性解决
（3）智控制系统明阶段
二十世纪网络化时代数字控制技术断提高网络化理正逐渐渗透种传统控制系统中进入二十世纪着民生活水断提高明求发生改变尤中高档建筑中明单纯满足视觉明暗效果更应具备种控制方案建筑物更加生动艺术性更强丰富视觉效果美感
二十世纪90年代初智建筑简单等楼宇设备动理建筑物中重场简单开关控制法满足求开始追求样化明控制方式环境体现出种艺术效果智明控制方式明动控制赖楼宇设备动理系统真正实现明控制独立时该方式仅具备开关灯控制光源进行调光控制集种明控制方式现代化数字控制技术网络技术身控制系统出现发展明控制维护理变更简单建筑明提供种艺术效果
智明控制系统越越广泛接受类产品生产商更层出穷正确明控制方式实现明艺术性舒适性效手段节约源效措施绿色明指明产品高效率长寿命节电节低噪音低谐波低电磁干扰明设计中合理正确选明控制方式仅济性实性良统实现绿色明重环节
131智化明系统发展动态
着明断发展明控制系统已传统控制方式发展智控制系统目前观国外研究开发智明控制系统通信介质总线型电力线载波型线网络型等网络拓扑结构分集中式分布式智化明系统赖信息技术发展民生活水文化水提高着微处理器网络技术普国外八十年代提出智化明基框架建筑物数字通信设施核心配置面商务户安防系统资源控制系统逐渐增加计算机网络相应设施出现商住融合概念九十年代互联网普电子商务应导致信息社会实阶段形成规模信息基础建设电子政务实施形成利数字社区建设良外部环境智化明仅坚实技术基础已进入规范性发展实阶段
(1)智化明系统进步加强网络功通完备网络实现社区机电设备家庭电器动化智化远程监控实现体化联动安防系统动化智化监控
(2)智明应现代数字技术包括现代传感技术信号处理技术电子技术计算机技术网络技术加快信息传播速度提高信息采集传播处理显示性增强安全性
(3)提高智系统集成程度实现信息资源充分享提高系统优化程度
着生活水提高居住区正着节环保生态化方发展智化系统作必备组成部分中担负着重作成智慧核心
132 红外传感器原理智化明系统中应状况
热释电红外传感器种检测动物发射红外线输出电信号传感器早1938年提出利热释电效应探测红外辐射未受重视直六十年代着激光红外技术半导体技术新型材料迅速发展生产成断降推动热释电效应研究热释电晶体应年伴着集成电路技术飞速发展该传感器特性深入研究相关专集成电路处理技术迅速增长热释电晶体已广泛红外光谱仪红外遥感热辐射探测器作红外激光种较理想探测器熟知楼道动开关防盗报警应外[5]更领域应前景：房间时会动停机空调机饮水机电视机判断观观众已睡觉动关机机构开启监视器动门铃应[6]结合摄影机数码相机动记录动物活动等等……设计员完全结合电路充分发挥思维开发出更加优秀新产品动化控制装置
14课题务研究容
141课题务
1）查阅红外线控制方面相关资料解方面发展状况
2）掌握热释电传感器工作原理方法
3）掌握运放电路组成放电路脉整型电路工作原理
4）考虑抗干扰措施
5）设计实现该系统
142研究容
课题研究红外传感器明领域中应关键技术体现智化明研究明电路中增加红外感应电路控制研究处理传感器输出信号利放电路传感器输出微弱信号放输出效控制信号保证电路工作设置适增益热释电传感器输出探测信号十分微弱种信号控制电路必须放60~70dB 放器必须限制定带宽防止噪声干扰热释电红外传感器噪声特性进行分析考虑抗干扰措施分析消环境温度造成探测误差 研究基红外传感器卫生间智化明系统气候防护实现智明节问题达高效环保目
15 文研究方法
复杂问题简单方面着手循序渐进突破复杂系统课题设计首先热释电红外传感器着手传感器作感受测量信息器件希够定规律输出信号需研究输出输入关系特性便理指导设计制造校准次确定总体设计方案分析智化明系统模块组成拟定系统总体设计框架然具体模块着手分析模块功基组成工作原理需模块进行细致入微分析遗留问题否整电路法正常工作步系统基框架组成具体实施定认真完成模块设计深入解基红外传感器般原理技术智明系统般组成关键技术红外技术传感器技术红外传感器技术明系统方面应基础电路整体工作原理行性进行综合分析考虑细节特殊情况系统具处理特殊情况功完善电路设计时应考虑方面素力求达系统工作稳定功强控制灵敏目外确定系统准确误执行定功元器件进行调试
16 文预期成果解决关键问题
161 预期成果
（1）设计出利单片红外热释电传感器系统进行体探测方法传感器检测信号放整形误差判延时处理等集体系统实现明灯开关控制
（2）通课题分析拟定设计方案步骤系统总体进行详细分析设计出种行方案掌握定设计方法
（3）基红外传感器卫生间智化明系统实现技术系列文档研究文
162 文解决关键问题
热释电红外传感器目前防盗报警火灾检测动门动水龙头动电梯动明非接触温度测量等领域应广泛传感器原：①测象身发射红外线必设光源②气2～26um3～5um8～14um3称气窗口特定波段红外线吸收甚少非常容易检测③中远红外线受见光影响分昼夜进行检测传感器卫生间明具优势采双元型热释电红外传感器具更优点谓双元件传感器中两反串联敏感元件特点：①入射量序射两元件时输出元件高倍②两元件逆串联时输入量会相互抵消防止太阳灯头等红外线引起误动作③防止环境温度变化引起检测误差④常PZT敏感元件具压电效应PZT敏感元件消振动引起检测误差
通热释电红外传感器优越性介绍知道智化明系统中选择热释电红外传感器明电路更简单实现动控制关键问题热释电红外传感器应智化明系统中分析较完整热释
电红外探测电路应包括：传感器高低通放器电压较器延时电路执行电路等单元[7]中放器传感器输出微弱信号放便测量信号值电压较器起鉴体进入检测区作时消环境温度变化产生干扰延时电路员充分时间离开卫生间
设计涉较关键性问题：光敏电阻接入电路中光敏电阻控制开关检测信号控制开关两者统起光敏电阻热释电红外传感器放器电压较器延时电路执行电路效结合起分析电路分析光敏电阻接入电路部分样达效控制作
2 智化明系统研究
21 智化明系统
着现代建筑科学技术断进步发展物质文化精神生活水迅速提高智化已成建筑发展流技术涵盖空调系统消防系统安全防范系统完善计算机网络通信系统长期智明国直忽视数建筑物然传统明控制方式部分智厦采楼宇控（BA）系统监控明实现简单区域明定时开关功相智明系统体现出强优越性智建筑中应越越广泛
智明系统智建筑中应效果：
（1）实现明控制智化
采智明控制系统明系统工作全动状态系统先设定干基状态进行工作状态会预先设定时间相互动切换例工作日结束系统动进入晚工作状态动极缓慢调暗区域灯光时系统移动探测功动生效区域灯动关闭区域灯光调合适亮度外通编程意改变区域光度适应种场合场景求智明度动调整工作合适水例窗户等然采光较场系统会利然光明调节合适水天气发生变化时系统动度调节合适水总什场天气变化系统均保证室度维持预先设定水
（2）改善工作环境提高工作效率
传统明系统中配传统镇流器日光灯100Hz频率闪动种频闪工作员头脑发胀眼睛疲劳降低工作效率智明系统中调光电子镇流器工作高频率（40~70kHz）仅克服频闪消起辉时亮度稳定提供健康舒适环境时提高工作效率
（3）观节效果
智明控制系统先进电力电子技术数灯具（包括白炽灯日光灯配特殊镇流器钠灯水银灯霓虹灯等）进行智调光室外光较强时室度动调暗室外光较弱时室度动调亮室度始终保持恒定值附够充分利然光实现节目外智明理系统采设置明工作状态等方式通智化理实现节
（4）提高理水减少维护费
智明控制系统普通明开关转换成智化理仅楼理者高素质理意识运明控制系统中减少楼运行维护费带较投资回报
22 采智明控制系统重性
智明控制系统适应种建筑结构布局灯具选配实现明样化控制现智明控制系统分中央集中控制系统分布式控制系统两种
现代化智办公楼仅足够工作明更应营造舒适视觉环境员工中工作保持心情舒畅提高办公效率国外关资料介绍办公明电量约占整楼耗13做明设计选择合理明方案配置先进控制系统加强明控制设计已成智办公楼重设计容仅效节约源降低户运行费提高楼理水准
办公楼功区域划分通常会办公区门厅会议室功厅等功区域明具特点办公区域明光源荧光灯白炽灯中荧光灯般明白炽灯局部明度水设计取决视觉作业需济条件状况办公区域工作时间白天考虑利窗外入射量然光进行度补偿仅节约源更维持室舒适视觉环境
完整办公楼智明控制系统说办公区办公楼组成部分采智明控制系统明系统工作全动状态通配置智时钟理器预先设置干基工作状态通常分白天晚清扫安全午饭等根预先设定时间段动种状态间进行转换：班时间时系统动灯开光度动调节预先设定水窗房间系统智利室外然光天气晴朗室灯动调暗天气阴暗室灯会动调亮始终保持室恒定亮度午餐时间灯动变换舒适柔灯光场景工作员够休息放松工作日结束时智时钟理器作系统动调暗区域灯光进入晚工作状态时智传感器动静探测功动生效系统处清扫状态时该区域灯保持基亮度清扫员扫该区域时智传感器动静探测功动生效点亮该区域灯清扫员扫完该区域离开延时数分钟灯关掉安全状态清扫状态工作原理相似智明控制系统保证办公区域公区域协调工作：办公区域员工加班时电梯厅走廊等公区域灯保持基亮度办公区域走完灯降低安全状态关掉避免必源浪费
智明控制系统介绍知道智明控制系统仅满足实现灯光效果求实现明高层次智理改善工作环境提高工作效率节约源延长灯具寿命减少户维护费着建筑明技术进步明建筑融体明已成建筑艺术部分家努力更更智明控制系统应智建筑设计中营造出艺术智化光环境赋建筑生命
基红外传感器卫生间智化明系统设计利动静探测功实现灯亮走灯灭动控制方式实现节约源提高工作效率延长灯具寿命减少户维护费种控制方式简单成低省复杂集成应芯片单独控制需中央集中控制面会介绍电路实现根光线明暗动调节电路功
23 智明控制系统优点
智明控制系统传统明控制系统相控制方式明方式理方式节方面等均少优点
首先控制方式明方式传统明控制采手动开关开关路路开关智明控制采调光模块通灯光调光场合产生灯光效果营造出舒适视觉氛围控制采低压二次信号控制控制方式功强范围广动化程度高次智明控制系统动化明控制智利光通网络需台计算机整楼明实现合理源理动化仅减少必耗电开支时降低户运行维护费节方面传统明控制节电20外智明控制系统中通系统设置电压限制避免降低电网电压浪涌电压灯具击起保护灯具延长灯具寿命作更值提智明控制系统开放式系统通标准网络接口方便BAS系统联接实现智楼计算机系统集成
24 基红外热释传感器智明控制系统设计方法步骤
热释电红外传感器智化明控制系统核心器件设计热释电红外传感器手明电路编制信号处理电路完成设计般分：
第步：编制明回路负载清单
系统中传感器首先体运动信号采集部处理送外部信号处理电路处理处理信号作明电路控制信号整电路传感器放电路滤波电路电压较器延时电路组成次应核条明回路处理先序做简单排列明回路划分作适调整优化系统方案更适合场景配置需该系统隐蔽安装元器件集成块电路板减系统体积模块组合构成优美明艺术环境
第二步：明控制求选择控制面板相关控制部件
体感应传感器：该装置适酒店型会议室会客室卫生间等场体感应器动检测该空间体温度：室时动开灯时动关灯方便避免浪费源目前已广泛
需短时间定期明场
通控制方式达：
（1）系统节：通合理测控手段解决建筑物总体量需求输送供衡节约运行开支20％－40％左右
（2）设备节：满足系统总体求种设备工作低耗状态
（3）理节：通提供设备运行种数理者准确掌握系统运行状况理工作提供性化服务设施设备控保护功提高相应减少运行维护员数量进步减少开支
（4）寿命延长：通系统运行合理策略缩短设备运行时间减轻负荷降低设备维护更换费效延长设备寿命
第二步：明回路性选择相关元器件
系统采双元型热释电红外传感器利结构具单型器件特点实现体运动方判断单型热释电红外传感器唯敏感元件环境温度变化体运动会产生样反应信号双元型热释电红外传感器具两完全相敏感元件极化方反相串联联中敏感元件检测红外线表面蒸红外反射膜作补偿噪声
第四步：选择附件
传感器体运动敏感静止动时传感器输出进入卫生间分钟停留时间明灯开启必须延时段时间电路采555定时器接成单稳态触发器实现延时功适应光时光控制方式特点采光敏电阻控制555定时器等工作状态间切换
第五步：编制系统设备配置表
元件电压工作考虑器件允许通电流耗散功率采稳压电压稳定定数值采电阻分压限流作电压电流限定适合器件工作范围
3 光电器件介绍
31 光敏电阻
311 光敏电阻结构工作原理
光敏电阻称光导 半导体材料制成光电器件光敏电阻没极性 电阻器件制作光敏电阻材料般金属硫化物金属硒化物通常采涂敷喷涂等方法陶瓷基片涂半导体薄膜烧结成
光敏电阻结构：底板均匀涂层薄薄半导体物质称光导层半导体两端装金属电极引出线端相连接通引出线端接入电路防止周围介质影响半导体光敏层覆盖层漆膜漆膜成分应光敏层敏感波长范围透射率提高灵敏度光敏电阻电极般采梳状图案光敏电阻结构光敏电阻电极光敏电阻接线图光敏电阻工作原理光电效应光射征半导体材料中价带电子吸收光子量跃迁导带激发出电子空穴增强导电性阻值降低光停止电子空穴复合阻值恢复亮电阻暗电阻价带电电子跃迁导带入射光子量满足刚发生光电效应界波长
312 光敏电阻参数基特性
参数
(1) 暗电阻 亮电阻光电流
暗电阻：光敏电阻受光射时阻值称暗电阻 时流电流称暗电流
亮电阻：光敏电阻受光射时电阻称亮电阻时流电流称亮电流
光电流：亮电流暗电流差称光电流
(2) 光谱范围：应定敏感程度波长响应区间
(3) 响应时间：光敏电阻停止光电流降原值63需时间（负载）般低20ms
基特性：光特性 光电灵敏度 光谱特性
光特性：定外加电压光敏电阻光电流光强度间关系材料光特性绝数光敏电阻光特性非线性图硫化镉光敏电阻光特性光敏电阻宜作测量元件动控制中光电开关
光电灵敏度：单位光通量入射时光敏电阻输出光电流单位外加电压光电灵敏度称相灵敏度
光谱特性：光敏电阻入射光光谱具选择作光敏电阻波长入射光灵敏度光敏电阻相光敏灵敏度入射波长关系称光敏电阻光谱特性称光谱响应应波长光敏电阻灵敏度材料光敏电阻光谱响应曲线硫化镉光敏电阻光谱响应峰值见光区域常作度计探头硫化铅光敏电阻响应红外中红外区 常做火焰探测器探头
频率特性：光敏电阻光电流着光强改变立刻变化光敏电阻产生光电流定惰性种惰性通常时间常数表示 数光敏电阻时间常数较
温度特性：光敏电阻温度变化影响光敏电阻光谱响应 温度变化时影响光敏电阻光谱响应灵敏度暗电阻尤响应红外区硫化铅光敏电阻受温度影响更硫化铅光敏电阻低温恒温条件
见光光敏电阻 温度影响
光敏电阻优缺点：光敏电阻具光谱特性允许光电流灵敏度高寿命长体积等优点应广泛外许光敏电阻红外线敏感适宜红外线光谱区工作光敏电阻缺点型号相光敏电阻参数参差齐光特性非线性适宜测量求线性场合常作开关式光电信号传感元件
313 光敏电阻应
常光敏电阻器硫化镉光敏电阻器半导体材料制成光敏电阻器阻值入射光线（见光）强弱变化变化黑暗条件阻值（暗阻）达1~10MΩ强光条件（100LX）阻值（亮阻）仅百数千欧姆光敏电阻器光敏感性（光谱特性）眼见光（04~076um）响应接眼感受光会引起阻值变化
电路采MG42型CdS光敏电阻CdS光敏电阻属半导体光敏器件产品受强化老练实验具灵敏度高反应速度快光谱特性等特点外高温湿恶劣环境保持高度稳定性性适合卫生间潮湿环境MG42型光敏电阻型号相具：工作电压额定功率较低特点亮暗电阻适合明电路需设计时选择型号
32 控硅元件工作原理基特性
321 工作原理
控硅P1N1P2N2四层三端结构元件三PN结分析原理时作PNPNPN组成等效图解图31示
图31 控硅等效图解图
阳极A加正电压时BG1BG2均处放状态时果控制极G输入正触发信号BG2便基流ib2流BG2放集电极电流ic2β2ib2BG2集电极直接BG1基极相连ib1ic2时电流ic2BG1放BG1集电极电流ic1β1ib1β1β2ib2电流流回BG2基极表成正反馈ib2断增正馈循环结果两子电流剧增控硅饱导通
BG1BG2构成正反馈作旦控硅导通控制极G电流消失控硅然够维持导通状态触发信号起触发作没关断功种控硅关断
控硅导通关断两种工作状态具开关特性种特性需定条件转化条件见表31
表31 控硅导通关断条件
状态
条件
说明
关断导通
1阳极电位高阴极电位
2控制极足够正电压电流
两者缺
维持导通
1阳极电位高阴极电位
2阳极电流维持电流
两者缺
导通关断
1阳极电位低阴极电位
2阳极电流维持电流
条件
322 基伏安特性
控硅基伏安特性见图32
图32 控硅基伏安特性
（1）反特性
控制极开路阳极加反电压时（见图33）J2结正偏J1J2结反偏时流反饱电流电压进步提高J1结雪崩击穿电压接差J3结击穿电流迅速增加图32特性开始弯曲特性OR段示弯曲处电压URO反转折电压时控硅会发生永久性反击穿
图33 阳极加反电压
（2）正特性
控制极开路阳极加正电压时（见图34）J1J3结正偏J2结反偏普通PN结反特性相似流电流正阻断状态电压增加图32特性发生弯曲特性OA段示弯曲处UBO：正转折电压
图34 阳极加正电压
电压升高J2结雪崩击穿电压J2结发生雪崩倍增效应结区产生量电子空穴电子时入N1区空穴时入P2区进入N1区电子P1区通J1结注入N1区空穴复合样进入P2区空穴N2区通J3结注入P2区电子复合雪崩击穿进入N1区电子进入P2区空穴全部复合掉样N1区电子积累P2区空穴积累结果P2区电位升高N1区电位降J2结变成正偏电流稍增加电压便迅速降出现谓负阻特性见图32虚线AB段
时J1J2J3三结均处正偏控硅便进入正导电状态通态时特性普通PN结正特性相似见图32中BC段
323 控硅触发导通
控制极G加入正电压时（见图35）J3正偏P2区空穴时入N2区N2区电子进入P2区形成触发电流IGT控硅部正反馈作（见图2）基础加IGT作控硅提前导通导致图32伏安特性OA段左移IGT越特性左移越快
图35 阳极控制极均加正电压
利控硅触发导通性实现明灯控制相开关作单控硅具触发实现锁功电路选单控硅工作电流（1A）高工作电压（400V）完全满足电路需控制极电流10uA～30uA间触发灵敏度高
33 菲涅尔透镜应
谓菲涅尔透镜种塑料制成特殊设计光学透镜组热释电元件配合提高传感器灵敏度扩监视范围实验证明传感器加菲涅尔透镜检测距离原2米增加10米透镜工作原理移动物体体发射红外线进入透镜监视范围会产生交
盲区高敏感区传感器晶片两反串联热释电元件轮流感受运动物体体红外辐射光脉形式断改变热释电元件温度输出串脉信号体静止动站热释电元件前会输出提高热释电红外传感器抗干扰性[9]
菲涅尔透镜作探测空间红外线效集中传感器通分布镜片心圆窄带（视窗）实现红外线聚集相凸透镜作部分选择透镜窄带设计透镜材质考虑透镜参数：光通量透镜心度厚度均匀性透镜光轴外形心度透率焦距误差等菲涅尔透镜窄带（视窗）设计般均匀分排面较边较少般中间密集两侧疏脸部膝部手臂红外辐射较强正着边透镜边较少体部红外辐射较弱二防止面动物红外辐射干扰材质般机玻璃
4 红外热释传感器智化明系统中应研究
41 红外辐射基知识
红外辐射物理质热辐射物体(固体气体液体)部分子转动振动产生类震动物体受热引起绝零度时（27316℃）切物体分子停止运动
般常温物体红外辐射发射源火焰汽车动植物体红外辐射源发射红外波长已
红外线电磁波样具反射折射散射干涉吸收等性质特点热效应实践证明温度愈低物体辐射红外线波长愈长体温度37℃左右发射红外波长9～10um（属远红外区）加热400～700℃物体发射红外线波长3～5um（属中红外区）热释电红外传感器根物体表面温度发出波段红外光进行温度检测[8]
42 红外传感器
421定义分类
红外传感器（称红外探测器）红外辐射转化电光敏红外传感器红外探测器件关键部件性坏直接影响系统性优劣选择合适性良红外传感器红外探测器十分重红外传感器件分热释电型红外光敏器件量子型红外光敏器件两者区：前者先红外光转变探测元身温度变化利热电效应产生相应电信号种方式较宽红外波长响应范围价格较便宜灵敏度低响应速度慢者受红外光时器件电阻值两端电动势会产生变化直接产生电信号种方式灵敏度高响应速度快红外波长响应范围较窄价格较高需低温条件中热释电型探测器热探测器中探测率高频率响应宽种探测器倍受重视发展快
422 热释电效应
晶体受热时晶体两端会产生数量相等符号相反电荷种热变化产生电极化现象称热释电效应通常晶体发极化产生束缚电荷空气中附着晶体表面电子中发极化电矩表现出温度变化时晶体结构中正负电荷重心相移位发极化发生变化晶体表面会产生电荷耗电荷耗状况正极化程度图412表示热释电效应形成原理
41 热释电效应形成原理
热释电传感器正利热释电效应制成产生热释电效应晶体称热释电体热释电元件常材料单晶(LiTaO3 等)压电陶瓷（PZT等）高分子薄膜（PVFZ等）[10]
423 热释电红外传感器结构
结构双元型红外线传感器：敏感元件场效应高阻抗变换滤光
42 热释电红外传感器结构
窗等敏感元件：2极性相反热释电单元抵抗见光部分红外线干扰运动体敏感场效应高阻抗变换：阻抗变换信号放滤光窗：块玻璃镀层滤光薄膜阳光电 灯光抗干扰仅体发出红外线(波长7~14um)敏感然界高 273K物体产生红外光谱温度应红外线波长体恒定体温般37度发出10微米左右特定波长红外线菲涅尔透镜：增热释电传感器探测距离组透镜视场相邻视场连续相隔盲区体具透镜传感器监控范围移动时形成断交变化盲区亮区敏感单元温度断变化[11]热释电红外传感器中两关键性元件热释电红外敏感单元(PIR)波长
7~14um间红外信号变化转变电信号然界中白光信号具抑制作外元件菲涅尔透镜折射式反射式作两：聚焦作红外信号折射（反射）PIR二警戒区分干明区暗区进入警戒区移动物体温度变化形式PIR产生变化热释红外信号样PIR产生变化电信号实验证明传感器加光学透镜(称菲涅尔透镜)检测距离2m加光学透镜检测距离7m
424 热释电红外传感器工作原理特性
热释电传感器温度敏感传感器陶瓷氧化物压电晶体元件组成元件两表面做成电极探测器警戒区体移动时热释电红外感应器感应背景温度体进警戒区通菲涅尔透镜热释电红外感应器感应体温度背景温度差异信号ΔT热释电效应会两电极产生电荷ΔQ两电极间产生微弱电压ΔV输出阻抗极高传感器中场效应进行阻抗变换热释电效应产生电荷ΔQ会空气中离子结合消失环境温度稳定变时ΔT0传感器输出体进入检测区体温度环境温度差产生ΔTΔQ输出体进入检测区动温度没变化传感器没输出[12]种传感器检测体者动物活动传感红外探测器红外探测基概念感应移动物体背景物体温度差异
体恒定体温般37度会发出特定波长10um左右红外线动式红外探头探测体发射10um左右红外线进行工作体发射10UM左右红外线通菲泥尔滤光片增强聚集红外感应源红外感应源通常采热释电元件种元件接收体红外辐射温度发生变化时会失电荷衡外释放电荷续电路检测处理输出控制信号
（1）种探头探测体辐射目标热释电元件波长10UM左右红外辐射必须非常敏感
（2）仅仅体红外辐射敏感辐射面通常覆盖特殊菲尼尔滤光片环境干扰受明显控制作
（3）动红外探头传感器包含两互相串联联热释电元制成两电极化方正相反环境背景辐射两热释元件具相作产生释电效应相互抵消探测器信号输出
（4）旦侵入探测区域体红外辐射通部分镜面聚焦热释电元接收两片热释电元接收热量热释电抵消信号处理报警
（5）菲尼尔滤光片根性求具焦距（感应距离）产生监控视场视场越控制越严密
43 红外传感器性参数
（1）电压响应率r
（调制）红外辐射射传感器敏感面时传感器输出电压输入红外辐射功率做传感器电压响应率记作r
r U0 P
式中 r — 响应率(VW)U0 — 输出电压(V)P — 红外辐射功率(W)
（2）响应波长范围
响应波长范围（称光谱响应）表示传感器电压响应率入射红外辐射波长间关系热电传感器电压响应率波长关响应率曲线条行横坐标直线光子传感器电压响应率条波长变化变化曲线般响应率值应波长称峰值波长响应率降响应值半应波长称截止波长表示着红外传感器波长范围
（3）噪声等效功率
投射红外传感器敏感面红外辐射功率产生输出电压正等传感器身噪声电压辐射功率做噪声等效功率(NEP)噪声等效功率信噪红外传感器探测辐射功率
（4）探测率
探测率噪声等效功率倒数
D1NEP
红外传感器探测率越高表明传感器探测辐射功率越传感器越灵敏
（5）时间常数
时间常数表示红外传感器输出信号红外辐射变化速率输出信号滞红外辐射时间称传感器时间常数
电路应选灵敏度高响应速度快热释电红外传感器传感器时间常数越越电压响应率应较高响应波长应体辐射红外波长范围根热释电红外传感器性参数值时应配合菲涅尔透镜
44 红外传感器应
441 光控电路原理
利光敏元件光强度变化阻抗发生变化特点控制电信号强弱传感器变化电信号传递触发器电信号强度达定程度触发触发器导通工作光控明电路功实现外界光强度降低定程度时明电路导通工作方案言种样设计时必须考虑方案行性稳定性元器件灵敏度尤光敏元件必须选择灵敏度高样电路功较容易实现设计光控电路时量电路结构简化电路功强功实现稳定[13]
442 红外传感器应
热释电红外传感器输出信号变化缓慢幅值针该特点专信号处理器般分三步处理具体处理步骤：
（1）滤波放
普通PIR传感器输出信号幅值般约百微伏毫伏续电路作效处理考虑传感器信噪通常取增益725dB通带03Hz～7Hz时处理模拟信号保证放器工作稳定电路中特集成稳压器传感器放器较器供电
（2）窗口较器
放信号通窗口较器检出满足幅值求信号转换成系列数字脉信号
（3）噪声抑制数字信号处理
根体运动特点传感器特性长期研究固定时间计脉数测脉宽度方法甄效体信号里系统振荡器提供时钟源（16kHz）
述三步处理准确判断体信号根具体应场合实现定控制[14]
热释电红外传感器特点反应速度快灵敏度高准确度高测量范围广方便尤进行非接触式测量卫生间明领域诸优点
电路采P228型红外传感器P228正利锆钛酸铅（PZT）材料制成敏感元件感知红外线温度变化输出微弱电信号P228采红外滤光片选取75~14um波长红外线信号效选取体辐射红外线排物体干扰红外线P228利场效应阻抗变换效引出信号P228双元型中敏感元称做基体元件身温度变化时产生电信号相互抵消P228性参数符合电路求明电路中
P228时应握特点：
(1)工作电压范围2．2～10V尤4—5V电压工作
(2)工作水视角<900垂直方视角<1000
(3)红外线敏感波长25～14um
(4)P228输出电信号频率01～10Hz幅值电仅01mV左右
(5)P228传感器宜置环境温度变化方工作
5基红外传感器智化明系统硬件设计
51 系统工作流程设计
整明控制系统光学系统热释电红外传感器信号滤波放信号处理执行电路等部分组成光学系统中菲涅尔透镜体辐射红外线聚焦热释电红外探测元时产生交变化红外辐射高灵敏区盲区适应热释电探测元求信号断变化特性热释电红外探测器卫生间智化明系统中核心器件体红外信号转变电信号供信号处理部分信号处理传感器输出微弱信号进行放滤波较延时明功实现基础
511 双元热释电红外传感器工作原理分析
图51 传感器工作原理示意图
反串联型传感器中两红外敏感元件形状相互位置关系图51(a)表示（假设a检测元件b噪声补偿元件）现假设体传感器前着两敏感元件反串联方左右根体敏感元件相位置传感器信号产生作出分析图51(b)示体刚刚进入传感器视野时候体两敏感元件距离角度造成入射两敏感元件量变化速率具体a>b传感器输出信号应a信号设符号＋图51(c)示体运动传感器视野中央位置附时两敏感元件说离开接产生信号符号两元件反串联传感器输出信号应二者信号反迭加结果值元件单独产生信号符号－图51(d)示体运动离开传感器视野时两敏感元件量变化情况b>a传感器输出信号应该bb说体离开串联方式a相反符号＋传感器输出信号波形连续根分析出传感器输出波形致图51(e)示波形第二正峰值低第正峰值敏感元件b噪声补偿元件蒸红外反射膜产生输出信号较果体运动方相反分析类似进行结果恰相反
图51(f)示样根面分析体运动通传感器输出信号波形检测出
512 信号处理电路设计
通前面双元型传感器体运动判断工作原理分析已知道传感器输出信号波形判断出体运动传感器输出信号显然直接作明系统控制信号传感器输出信号必须专门信号处理电路传感器输出信号规波形转变成适合控制明灯信号
（1）放电路
电路芯片IC1廉价四运放LM324中两运放组成带通放器放电路R2R3IC1aR6R7IC1b组成两级低频带通高增益放器增益取值应够传感器输出信号电压放便处理10～45 V宜第级放器增益AV1R3R2第二级放器增益：AV2R7R6总放增益：AV AV1× AV2选择适电阻值增益设置适值
（2）电压较器
电压较器起体进入检测区作时消环境温度变化产生干扰传感器探测体辐射红外线信号放送窗口较器时信号幅度超窗口较器限系统输出低电信号异常情况时输出高电信号LM324外两运放组成电压较检测窗口较器中两电阻两二极作参考电压分压器中点电压设定电源电压（6V）半3V两二极分
图51 热释电控制动节灯
压限电压分设定36V24V静态时第级放器输出干扰信号电压
幅度24～36V范围
（3）延时电路
延时电路IC2单时基电路NE555延时时间T11RC选择适参数控制延时时间作两：离开检测区提供段延时时间二进入检测区提供关断检测器需时间延时电路工作输出高电控硅导通明灯接通电源亮
52 电路原理图
电路原理图51示
53 电路工作原理
热释电控制动节灯电路中信号放器两部分组成第部分lCla lClb 组成两级低频带通高增益放器第二部分lClc lCld 组成双限电压较器
电路采信号电压较器称双限式电压较器称窗口较器双限电压较器lClb~lCld 组成中lClc 作限较 lCld 作限较限较器参考电压加lClc 相输入端限较器参考电压加lCld 反相输入端限较器两参考电压通R5 R8 VDl VD2 分压取R5 1MR81MVDl VD2 压降固定O 6~0 7V设压降06V 分压器中点电压(lClb 反相端电压)等电源电压(6V) 半3V该电压作带通放器lClb输出正弦信号电压中点VDl 端电压作限较器lClc 参考电压加相端数值等36V (3V+0 6V) VD2 端电压作限较器lC1 d 参考电压加反相端数值等24V (3V06V)
电压较器工作原理知相输入端电压高反相输入端电压时较器输出高电相输入端电压低反相输入端电压时较器输出低电带通放器输出电压中点设3V 双限电庄较器门限电压分设36V 24V静态时lCla 输出干扰信号电压幅度2 4~3 6V 范围时较器lClclCld 均输出高电隔离二极VD3 VD4 反偏置截止
传感信号输入时带通放器lCla 输出控制信号信号正半周信号电压幅度36V 时lClc 输出低电信号负半周信号电压幅度低24V 时lCld 输出低电样保证信号正负半周电压较器触发信号输出抑制干扰信号
NE555 Rll C7 组成脉启动单稳态触发电路方面触发双晶闸VS方面组成单稳态延时电路电灯离开时延时段时间动关闭该单稳态触发器低电负脉触发翻转lClclCld 输出低电时 lC2 触发翻转输出端③脚输出高电该高电通R14 双晶闸VS 触发导通电灯亮lC2 翻转电源Rll C7 充电充电时间T 1 lRl1C7 延时60s 电路翻转lC2 ③脚变低电VS 关断电灯灭
热释电控制动节灯电路中调电阻R12 R13 光敏电阻RG lC2 ④脚组成光控电路电路仅夜间起控制作白天RG 阻值变④脚R12
R13+RG 分压中处低电lC2 置强复位状态电路处等状态夜晚lC2 触发翻转③脚输出高电通VD5 加④脚④脚致灯亮RG 射影响电路工作
电阻R9 RI0 作IC2 ②脚偏置电路静态时②脚偏置高电单稳态电路保持稳态
6基红外热释传感器智化明系统环境防护
电子设备环境种样环境素电子设备性稳定功实现工作等诸方面重影响提高电子设备抗环境力合理进行环境防护设计关重
电子设备系统工作运输储存程中受种环境素影响导致性降低失效甚损坏必须采取防护措施电子设备处环境包括气候环境机械环境电磁环境生物化学环境核辐射环境等卫生间智化明系统受气候环境影响
气候环境指温度湿度气压风力砂尘雨雪日辐射等种然气候素气候素中温度(高温低温循环变化)电子设备影响严重许实例表明设备障率温度升高呈指数关系增加保证电子元件器件整机允许温度范围工作应采取种效热控制措施
61 智化明系统气候防护措施
电子设备高湿环境中工作时设备金属材料非金属材料会产生腐蚀老化霉烂现象影响设备工作性应采取抵御生物化学环境影响防护措施（中防腐蚀防潮湿防霉菌）
(1)防腐蚀
卫生间电子设备腐蚀气腐蚀非金属材料潮湿环境条件受霉菌侵蚀会机械强度降低物理性电学性改变严重时霉烂脆裂腐蚀会导致系列良果：金属零件部件电气性机械性发生变化开关连接器接触良紧固件强度减弱元器件参数发生变化等外腐蚀产物造成电气短路绝缘材料漏电等许障
防腐蚀容包括方面
(a)选择耐蚀材料：设备工作环境求根设备接触介质选取耐蚀材料外选耐蚀材料时宜选非金属材料尤工程塑料相互接触金属构件应注意间电位差（通常应低05伏）低金属材料介质中腐蚀电位进行设计
(b)采耐蚀覆盖层
(c)设计合理构件：设计构件时应量避免存机械应力热应力滞留水水汽空间防造成金属表面电化学均匀性加快金属腐蚀
(2)防潮
工作潮湿带电子设备受潮湿空气侵蚀会元件材料表面凝聚层水膜渗透材料部造成材料表面电导率增加体积电阻率降低介质损耗加产生电气短路漏电击穿等障时潮湿气候引起覆盖层起泡脱落失保护作卫生间气候较潮湿特注意电子设备防潮措施防潮方法两种
(a)密封：电子器件封闭外界空气水腐蚀介质接触密封时应特注意转动件接插件连接导线等处密封设计外应消设备部引起腐蚀素密封元件器件预先干燥设备部抽成真空充填惰性气体(氮气氩气)采化学干燥剂排设备中湿空气处理组件防潮防腐外防振缓
(b)涂覆浸渍防潮涂料：电子设备零件部件（线圈绕组变压器等）喷涂浸渍环氧绝缘清漆环氧聚酰胺绝缘清漆机硅改性聚氨酯绝缘漆等种防潮绝缘漆
(3)防霉
卫生间霉菌生长繁殖提供利环境霉菌种机机材料表面滋生繁殖卫生间潮湿气候(相湿度65％)合适温度（20～30℃）霉菌生长利条件霉菌身分泌酶机材料中摄取营养成分结构材料物理性电性遭破坏霉菌新陈
代谢程中分泌二氧化碳酸性物质会引起金属腐蚀降低材料绝缘性卫生间电子设备电性旦遭破坏器件法正常工作外电子设备组件结构件长霉碍设备美观装饰体健康定影响
防霉方法
(a)控制环境条件：设备密封加入干燥剂保持设备部空气干燥清洁
(b)防霉材料：设计设备构件时根工作环境求选择具防霉特性材料热固性塑料热塑性塑料氯丁橡胶云母制品等
(c)应防霉剂：需防霉电子元件组件整机喷涂浸渍防霉剂供浸渍漆酸性硫柳汞(C9H10O2Hg)供塑料电缆灌胶熔性8羟基奎林酮供电线电缆保护层环烷酸酮等
卫生间较潮湿安装电灯电线时格外心灯具开关带安全防护功接头插销暴露外
62卫生间明通风防护
卫生间然采光外必须辅适灯光明灯光效果宜明亮柔宜直接射顶部应设置光源般采防水防雾灯具购买三合带灯浴霸洗手台正面镜子方应安装镜前灯灯泡必须基密封起免溅水触电电线电器设备选设置应符合电器安全规程规定电灯开关插座采防水型浴室里明灯具电器安装定注意安装事项安装安全设置良明卫生间显干净舒适
卫生间较潮湿空间窗户采光功重重点通风透气浴室门窗应密封保持室热量私密性卫生间应量采室外空气直接交流辅助换气设备通风般机械通风助专换气扇调节选择三合带换气功浴霸温湿环境细菌滋生安乐窝短时间浴室重新回干爽清洁状态效抑制细菌必手段理想方法采空气流足够通风换气室迅速干燥避免卫生间滋生细菌
7结展
71 总结
文设计种体感应动灯制作具电路简单制作容易成低廉工作应场合广泛等许优点外电路控硅继电器代装置改制成防盗报警器动门铃动控制装置
电路适简易场合电路中存足处延时时间旦确定需求时更改通分析种切实行改进方案—运动计数法
该运动计数法采热释电红外传感器中双元型(称偶型)器件作探头利继信号处理电路传感器信号进行处理实现物体运动方判断进实现进出门数(次)计数通较进出门数(次)作出室否判断进门数(次)出门数(次)表明室控制明进门数(次)等出门数(次)表明室控制停止明
样系统达理想节效果带便捷明方式
72 热释电红外传感器卫生间智化明系统中应前景
热释电红外传感器价格低廉技术性稳定体探测器领域中受广户专业士欢迎抗干扰性强防动物电磁干扰等易产生误报信号卫生间智化明助手
热释电传感器性稳定十分容易改变中心波长广泛种开关型控制电路中果定量测量电路中应考虑精度问题例温度测量电路单纯性采菲涅尔透镜需套聚焦峰值采样系统外需采样值量化[15]
着相关信号处理器性性断提高热释电红外传感器会广泛卫生间明种型号专集成电路配套外围电路更简单安装调试更方便工作更加稳定卫生间明更具性化着绿色明断发展卫生间明更济更满足需求参 考 文 献
[1] Keller H提高动红外报警器性（）[J]红外1987（4）：8123638
[2] 方佩敏热释电红外检测器应［J］线电2000（9）：418420
[3] 童诗白模拟电子技术第二版［M］ 北京：高等教育出版社1999
[4] 张广发电路噪声计算测量（）[M]长沙：国防科技学出版社19951732
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