智能红外自动门控制系统毕业设计说明书

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红外线传感器系接受检知对象物所发出的红外线，因此是被动型，由于不是主动型，所以并不需要校对投光器、受光器之光轴等烦琐的作业。热电效果系温度变化而产生的，这将在稍后说明之，因此只接受因温度变化之能量(Energy)，而热电型红外线传感器将电压微分而输出之。

如果红外辐射持续下去，电介质的温度就会升到新的平衡状态，表面电荷也同时达到平衡。这时它就不再释放电荷，也就不再有信号输出了，如下图2.4所示。因此，对于这类热释电红外传感器，只有在红外辐射强度不断变化，它的内部温度随之不断升降的过程中，传感器才有信号输出，而在稳定状态下，输出信号则为零。因此在应用这类传感器时，应设法使红外辐射不断变化，这样才能使传感器不断有信号输出。为了满足这一要求，通常在热释电传感器的使用中，总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。

图 2.4 热释电效应的形成原理

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）。热释红外线传感器内部结构与电路如下图 2.5 所示。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下图所示。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

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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[10]。

图 2.5 热释电红外线传感器的结构及内部电路

图2.5是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。

制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0．2～20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外[11]。 2.4 BISS0001芯片介绍和典型电路

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽

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灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。它不仅能和热释电红外传感器的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。它的内都是由运算放大器、电压比较器、与门电路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止电路等组成。

BISS0001采用16脚标准型塑料封装结构。①脚（A）为触发方式控制端，当A＝1时，电路可重复触发；当A＝0时，电路不可重复触发。②脚（V0）为控制信号输出端，当有传感信号输入时，V0输出高电平。③脚（RX）和④脚（CX）为输出定时控制器T，的外接元件端，定时时间为：TX＝50×103RXCX。⑤脚（Ri）和⑥脚Ci）为锁定时间控制器Υi的外接元件，锁定时间Ti＝24RiCi。⑧脚（VRF）为参考电压及复位端，使用时一般接VDD，若按ⅤSS，可使定时器复位。⑨脚（Vc）为触发禁止端，当VC＜VR时禁止触发；当VC＞VR时，允许触发，VR＝0.2VDD.⑩脚（IB）为偏置电流设置端，由外接电阻RB接ⅤSS端，RB一般取1MΩ的电阻。12脚（OUT2）和13脚（IN2-）分别为第二级运放的输出端和反相输人端。14脚（IN1+）和15净（IN1-）分别为第一运放的同相和反相输入端。16脚（OUT1）为第一运放的输出端。11脚（VDD）和7脚（VSS）分别为电源正、负端[12]。 2.4.1 BISS0001芯片介绍 BISS0001的内部电路

图 2.6 热释红外传感器处理芯片BISS0001的内部电路

上图中，运算放大器OPl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01：'2进行第二级放大，再经由电压比较器COPl和ODP2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

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VO经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。 BISS0001的特点*CMOS工艺，公耗低

*数模混合

*具有独立的高输入阻抗运算放大器 *内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 *内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 *采用16脚DIP封装 * 内置参考电源

*工作电压范围宽（3V～5V)

BISS001管脚图

图2.7 BISS001管脚图 表2.1 BISS001管脚说明

引脚 名称 1 2 A VO I/O I O 能说明 可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触。 控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，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。 3 4 5 RR1 RC1 RC2 -- -- -- 输出延迟时间Tx的调节端 输出延迟时间Tx的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 第12页 共39页