2、 熱釋電紅外傳感器應(yīng)用-自動(dòng)門

　　2.1 自動(dòng)門設(shè)計(jì)原理

　　在自動(dòng)門領(lǐng)域中，被動(dòng)式人體熱釋電紅外線感應(yīng)開關(guān)的應(yīng)用非常廣泛，因其性能穩(wěn)定且能長期穩(wěn)定可靠工作而受到廣大用戶的歡迎，這種開關(guān)主要由人體熱釋電紅外線傳感器、信號(hào)處理電路、控制及執(zhí)行電路、電源電路等幾部分組成。

　　熱釋電紅外自動(dòng)門主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號(hào)濾波和放大、信號(hào)處理和自動(dòng)門電路等幾部分組成。菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元要求信號(hào)不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用；信號(hào)處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

　　在該探測技術(shù)中，所謂“被動(dòng)”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動(dòng)紅外自動(dòng)門的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)人體在探測區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。圖6所示是該報(bào)警器的工作電路原理圖。

　　當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時(shí)，電路中的傳感器將輸出電壓信號(hào)，然后使該信號(hào)先通過一個(gè)由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0．16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號(hào)電壓十分微弱（通常僅有1mV左右），而且是一個(gè)變化的信號(hào)，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動(dòng)速度決定，通常為0．1～10Hz左右），所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)運(yùn)用集成運(yùn)算放大器LM324來進(jìn)行兩級(jí)放大，以使其獲得足夠的增益。當(dāng)傳感器探測到人體輻射的紅外線信號(hào)并經(jīng)放大后送給窗口比較器時(shí)，若信號(hào)幅度超過窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號(hào)；無異常情況時(shí)則輸出低電平信號(hào)。在該比較器中，R9、R10、R11用做參考電壓，兩個(gè)運(yùn)算放大器用做比較，兩個(gè)二極管的主要作用是使輸出更穩(wěn)定。窗口比較器的上下限電壓即參考電壓分別為3.8V和1。2V。將這個(gè)高低電平變化的信號(hào)上升沿信號(hào)作為單穩(wěn)電路HEF4538B的觸發(fā)信號(hào)，并讓其輸出一個(gè)脈寬大約為10s的高電平信號(hào)。再用這一脈寬信號(hào)作為報(bào)警電路KD9561的輸入控制信號(hào)，來使電路產(chǎn)生10s的報(bào)警信號(hào)，最后用三極管VT1和VT2再一次對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，以便有足夠大的電流來驅(qū)動(dòng)喇叭使其連續(xù)發(fā)出10s的報(bào)警聲。

　　前兩個(gè)LM324是兩級(jí)放大器。傳感器檢測到人體紅外線后產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)很微弱，電路中設(shè)置了諸多旁路電容都是為了抑制干擾，避免誤動(dòng)作。后兩個(gè)LM324是上、下限電壓比較器。只有傳感器感應(yīng)產(chǎn)生的交變信號(hào)經(jīng)放大達(dá)到足夠電平才能使其輸出為高電平，以控制后面繼電器K1是否得電。K1得電，此時(shí)將進(jìn)入自動(dòng)門控制部分。K1得電則KA2得電吸合，KA2常開閉合自鎖，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，門就慢慢打開。當(dāng)接觸到行程開關(guān)QS1后，之前動(dòng)作的觸點(diǎn)復(fù)位，電機(jī)停止，門也不動(dòng)了，一直處于開啟狀態(tài)。同時(shí)行程開關(guān)的常開觸點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器KT得電延時(shí)5S。5S后KT常開閉合， KA得電，KA3常開閉合自鎖，電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，直到碰到行程開關(guān)QS2，門已關(guān)上，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)。以上為電路運(yùn)行的所有過程。

　　2.2 安裝：

　　元件選擇與參數(shù)確定：

　　這次設(shè)計(jì)中主要選擇LM324作為主要芯片，因是這兩塊芯片在以前學(xué)過的書本中都有所接觸，運(yùn)用起來相對(duì)比較熟悉。LM324是一個(gè)具有兩極放大的比較器。而在自動(dòng)門控制電路中，我使用了繼電器、時(shí)間繼電器、行程開關(guān)等一些強(qiáng)電器件來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的正常工作。

　　3.結(jié) 論

　　隨著相關(guān)信號(hào)處理器性能和可靠性的不斷提高，熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制裝置中，既可作為紅外激光的一種較理想的探測器，又可適用于防盜報(bào)警、自動(dòng)門等紅外領(lǐng)域。