热释电红外报警电路

【设计题目】热释电红外报警电路

【设计要求】

1、设计一热释电红外报警电路实现下述功能，当人靠近热释电红外传感器时电路开始报警并且人离开后电路依然延时报警一段时间，实现报警功能。

2、对设计的报警电路实现仿真与实际电路的制作。

【设计过程】

1.【设计方案及论证】

热释电红外传感器的原理特性：

热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器，能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出｡由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。热释电红外传感器由传感探测元､干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成｡热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制､接近开关､遥测等领域｡用它制作的防盗报警器具有如下特点:

●不需要用红外线或电磁波等发射源｡

●灵敏度高､控制范围大｡

●隐蔽性好,可流动安装｡

图1. 热释电红外传感器的结构示意图

方案一：将热释电红外传感器输出信号经过LM358集成运放进行一级放大，并把输出信号输入窗口比较器进行比较，比较器中通过加电阻用作参考电压。再次输出高低电平信号作为555定时器组成的脉冲单稳电路的触发信号。再通过这一信号控制报警电路，实现报警和延时功能。

方案二：利用热释电红外传感器专用处理芯片BISS0001制作，它是由运算放大器、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，只需加少量外围电路就能实现对热释电传感器输出信号进行放大比较以及延时处理，能方便的控制后续报警电路实现报警功能。

图2. 方案二的原理框图

比较方案一、二我们不难发现方案二中电路简单但是其中所用芯片BISS0001目前我们无法进行电路仿真因此不符合电路设计要求。综合考虑以上二种方案我们选择了方案一。方案电路图如下：

图3.设计方案电路图

2.【元器件选择及其参数计算】

3.

2.1元器件选择：

2.1.1电源部分：

由于本系统仅需5V直流电源所以我们选择实验室常用的三端稳压芯片7805制作5V直流电源。

2.1.2传感器部分：

传感器部分我们采用目前实验室常见的D203S热释电传感器，该类传感器输出信号峰值大于3500mv。

2.1.3集成运放部分：

该电路用到两个集成运算放大器，第一个作为普通的放大器，第二个作为电压比较器因此我们选用常见的双运放LM358。

2.1.4定时延时部分：

采用数字电路中常用的555定时器来实现电路的定时延时功能。

2.1.5声光报警部分：

声光报警部分部分采用蜂鸣器实现声音报警，用三极管8050作为开关管，用LED 实现光报警。

2.2参数计算：

2.2.1放大电路与比较器部分：

采用反相输入放大器，因为输入信号在几百毫伏左右，所以不需要太大的放大倍数。由反相放大器放大倍数1

5R R u u A i o -=-=可知当5R 为470K ，1R 为1K Ω时放大倍数为470倍，假设输入信号为100mv 则放大后信号理论值可达47V 由于电源电压为5V 故输出信号最大可达5V ，已经满足后续信号处理电路对信号幅值的要求。电压比较器的参考电压端设置10K Ω的可调电阻,用来根据实际电路调节参考电压幅度。

2.2.2定时延时电路：

延时电路是由555定时器组成的脉冲启动单稳电路，其中延时时间可由公式210C R 1.1T ⨯=求出，由于电路无需太长延时故K 500R 10=Ω、μ10C 2=f 时延时时间s 5.5T =。

2.2.3报警驱动电路：

因为三极管8050基极最大电流不超过80mA ，由公式I

U R =得R 最小为54Ω所以我们选择实验室常用电阻K 1R 12=Ω，LED 最大允许电流为20mA ，所以R 最小为165Ω,同样我们选取常用电阻K 1R 11=Ω。

4.【完整电路图】

图4.热释电红外报警器整体电路图

5.【软件仿真】

1、打开仿真软件按照电路图画出仿真电路图并设置信号源与示波器的参数。

图5.仿真电路图

2、打开仿真软件电源开始运行仿真输入输出信号如仿真示波器所示，此时

没有信号输入555定时器后表示报警功能的LED灯不亮。仿真情况如下图：

图6. 尚未输入信号仿真结果

3、闭合仿真软件的信号输入开关J1此时电压比较器输出为低电平，触发555延时电路红色LED灯亮，此时仿真时间为0.700S实际结果如下图：

图7. 按下按键输入信号时结果

4、打开开关J1观察电路延时情况结果如下图：

图8 延时中结果

5、灯延时结束报警指示LED灯灭此时仿真时间为6.111S，结果如下图所示：

图9. 延时后电路结果

由仿真结果可以读出延时在5.411S左右，理论值应为5.5S但由于人在操作完开关后才截屏处理致使时间与理论值不相等。

6.【结论】

由仿真结果可知电路能够实现对热释电传感器输出信号的处理并且能够有效的进行延时报警，此仿真结果也说明了设计方案的可性行，为进一步的实际电路的制作做好了准备。

【制作及调试】

1、电路制作

根据仿真结果，用altium designer summer09画图软件画出电路原理图和PCB 并制作PCB板，把先前准备好的元件焊接在PCB板上。PCB制版图如下：

2、电路调试

2.1、调试环境

PCB电路板、信号源、示波器、万用表、5V电源。

2.2、调试方法

1、测试PCB板电路连接：把万用表打到二极管测试档测试各焊点之间是否连接正常。

2、电阻测量：将万用表打到电阻档用表笔分别接触电阻两端，如果万用表显示数据与电阻标称值相差不大则电阻符合要求，如果测量值与标称值相差很大说明电阻已经损坏必须更换。

3、测试蜂鸣器：将蜂鸣器按正负极接到5V电源上，如果蜂蜜器响则正常否则已经损坏。

如果上述测试正常则接通电路调试

2.3、调试步骤

1、断开热释电传感器的输出脚并接上引线。

2、为了使测试方便直观便于检测在输入脚上接上信号源输出幅度为0.75V频率为100HZ的正弦波，并在放大器的输出端与点压比较器的输出端用示波器检测波