biss0001被动式红外报警器G.docx

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biss0001被动式红外报警器G

大庆师范学院

自动检测技术课程设计报告

设计课题：

热释电报警器的制作

学生姓名：

学号:

学院：

物理与电子信息工程学院

专业：

班级：

日期：

2020年10月20日—2020年11月20日

指导教师：

齐凤河

前言

随着时期的不断进步，人们对自己所处环境的平安性提出了更高的要求，尤其是在家居平安方面，不能不时刻留意那些不速之客。

此刻很多小区都安装了智能报警系统，因此提高了小区的平安程度，有效保证了居民的人身财产平安。

由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中取得了普遍的应用。

另外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价钱低廉、技术性能稳固等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

目前国内利用的各类防盗、保安报警器大体都是以超声波、主动式红外发射、接收和微波等技术为基础。

而那个地址所设计的被动式红外报警器那么采纳了美国的传感元件——热释电红别传感器，这种热释电红别传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变成电压信号，同时，它还能辨别出运动的生物与其它非生物。

热释电红别传感器既可用于防盗报警装置，也能够用于自动操纵、接近开关、遥测等领域。

用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相较，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、操纵范围大

●隐蔽性好、可流动安装

设计方案

方案一

运用Biss0001和红别传感器信号处置器与热释电红别传感器作为要紧元器件进行设计。

方案二

运用多级运放LM741与红别传感器信号处置器与热释电红别传感器作为要紧元器件进行设计。

方案论证与选择

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处置集成电路。

它配以热释电红别传感器和少量外接元器件即可组成被动式热释电红外开关，故能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、风扇、烘干机和自动洗手池等装置，专门适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等灵敏区域，或用于平安区域的自动灯光、照明和报警系统。

BISS001的要紧功能如下：

1、为CMOS数模混合专用集成电路；2、具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配进行信号处置；3、带有双向鉴幅器，可有效抑制干扰；4、内设延迟时刻按时器和封锁时刻按时器；5、结构新颖，稳固靠得住，调解范围宽；6、内置参考电压，工作电压范围为2～6V。

相关于运用LM7451的多级运放，Biss0001的运用确实是对电路的简化与集成，有效成效好，利用方便，因此依照这些特点选择方案一。

1、被动式红外报警器的大体原理

热释电红外线传感器是80年代进展起来的一种新型高灵敏度探测元件。

热释电内部的热电元由高热电系数的材料做成，其极化随温度的转变而转变。

当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度

下降，表面电荷减少，相当于释放一部份电荷，故名热释电。

为了抑制因自身的温度而产生的干扰，它在工艺上将两个特点一致的热电元件反向串联或接成差动平稳电路的方式，因此能以非接触的形式检测出物体放出的红外线能量的转变，并将其转换为电信号输出。

热释电能以非接触的形式检测出人体辐射出来的红外线能量的转变，并将其转换为电压信号输出。

将那个电压信号加以放大，即可驱动各类操纵电路，如做电源开关操纵、防盗防火报警等。

热释电能够组成被动式红外报警系统。

该系统要紧由光学系统，热释电红别传感器，信号处置部份组成。

光学系统主若是一个菲涅尔透镜组成关于辐射到热释电红别传感器的红外辐射，能够通过安装在传感器前面的那个菲涅尔透镜将其聚焦后加在传感器的探测元上，同时产生交替转变的红外辐射的高灵敏区和盲区，以适应热释电警员要求信号不断转变的特性，从而使传感器输出电压信号。

而热释电红别传感器是被动式红外报警的核心器件，它能够将人体的红外信号转化为电信号，以供信号处置部份利用。

信号处置部份是对热释电传过来的信号进行滤波，放大和比较，为报警功能的实现打下基础。

二、要紧器件的原理特性

Biss0001的大体原理

图1为BIS0001红别传感器信号处置器的原理框图。

外界元件由利用者依照需要选择。

由图可见BISS0001是由运算放大器、电压比较器和状态操纵器、延迟时刻按时器、封锁时刻按时器及参考电压源等组成的数模混合专用集成电路。

可普遍应用于多种传感器和延时操纵器。

图1BISS0001原理框图

各引脚的概念和功能如下：

VDD—工作电源正端。

范围为3～5V

Vss—工作电源负端。

一样接0V

IB—运算放大器偏置电流设置端。

经RB接VSS端，RB取值为1M左右

1IN-—第一级运放放大器的反相输入端

1IN+—第一级运放放大器的同相输入端

1out—第一级运算放大器的输出端

2IN-—第二级运算放大器的反相输出端

2OUT—第二级运算放大器的输出端

Vc—触发禁止端。

当Vc＜VR时禁止触发；当VC＞VR时许诺触发。

VR≈。

VRF—参考电压及复位输入端。

一样接VDD。

接“0”时可使按时器复位。

A—可重复触发和不可重复触发操纵端。

当A=“1”时，许诺重复触发，当A=“0”时，不

可重复触发。

Vo—操纵信号输出端。

由Vs上跳边沿触发使Vo从低电平跳变到高电平常为有效触发。

在输

出延时刻Tx之外和无Vs上跳变时Vo为低电平状态。

RR1RC1—输出延迟时刻Tx的调剂端。

Tx≈49152R1C1。

RR2RC2—触发封销时刻Ti的调剂端。

Tx≈24R2C2。

咱们先以图2所示的不可重复触发工作方式下的各点波形，来讲明BISS0001的工作进程。

图2不可重复触发工作方式下各点的波形图3可重复触发工作方式下各点的波形

第一，由利用者依如实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处置电路，将信号放大。

然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位举高为VM（≈VDD）后，送到有比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。

由于VH≈VDD、VL≈VDD，因此，当VDD=5V时，可有效地抑制±1V的噪声干扰，提高系统的靠得住性。

COP3是一个条件比较器。

输入电压Vc＜VR（≈VDD）时，COP3输出为低电平封住了与门U2，禁止触发信号Vs向下级传递；而当VC＞VR时，COP3输出为高电平，打开与门U2，现在假设有触发信号Vs的上跳边沿来到，那么可启动延不时刻按时器，同时Vo端输出为高电平，进入延时周期。

当A端接“0”电平常，在Tx时刻内任何V2的转变都被忽略，直至Tx时刻终止，即所谓不可重复动身工作方式。

当Tx时刻终止时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时刻按时器而进入封锁周期Ti。

在Ti周期内，任何V2的转变都不能使Vo为有效状态。

这一功能的设置，可有效抑制负载切换进程中产生的各类干扰。

上面再以图3所示可重复触发工作方式下各点的波形，来讲明BISS0001在此状态下的工作进程。

在Vc=“0”、A=“0”期间，Vs不能触发Vo为有效状态。

在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并在Tx周期内一直维持有效状态。

在Tx时刻内，只要有Vs得上跳变，那么Vo将从Vs上跳变时刻算起继续延长一个Tx周期；假设Vs维持为“1”状态，那么Vo一直维持有效状态；假设Vs维持为“0”状态，那么在Tx周期终止后Vo恢复为无效状态，而且在封锁时刻Ti时刻内，任何Vs的转变都不能触发Vo为有效状态。

Biss0001的特点

1.CMOS数模混合专用集成电路。

2.具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处置。

3.双向鉴幅器，可有效抑制干扰。

4.内设延迟时刻按时器和封锁时刻按时器，结构新颖，稳固靠得住，调剂范围宽。

5.内置参考电压。

6.工作电压范围+3V～+5V。

7.采纳16脚DIP封装或SOP封装，见图4：

图4BISS0001外引线连接图

Biss0001的工作电压

极限参数（Vss=0V）

电源电压：

～6V

输入电压范围：

～+6V（VDD=6V）

各引出端最大电流：

±10mA（VDD=5V）

工作温度：

-10℃～+70℃

寄存温度：

-65℃～+150℃

电参数（TA=25℃Vss=0V）

图5

3热释电红别传感器

热释电红别传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红别传感器。

不同的是热释电红别传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷和钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的转变而转变。

为了抑制因自身温度转变而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特点一致的热电元反向串联或接成差动平稳电路方式，因此能以非接触式检测出物体放出的红外线能量转变，并将其转换为电信号输出。

热释电红别传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。

由于热电元输出的是电荷信号，并非能直接利用，因此需要用电阻将其转换为电压形式。

该电阻阻抗高达47kΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟从器，来完成阻抗变换。

热释电红别传感器由传感探测元、干与滤光片和场效应管匹配器三部份组成。

设计时应将高热电材料制成必然厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，如此便制成了热释电探测元。

由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

图是一个双探测元热释电红别传感器的结构示用意。

利历时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路，目的是排除因环境和自身转变引发的干扰。

它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部彼此抵消的原理来使传感器取得补偿。

关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。

图双探测元热释电红别传感器

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灵敏度，该传感器在窗口上加装了一块干与滤波片。

这种滤波片除许诺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。

4菲涅尔透镜

菲涅尔透镜（Fresnellens）多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干与及扰射和依照相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必需是表面光洁，纹理清楚，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大厚度薄及侦测距离远。

菲涅尔透镜如图。

图菲涅尔透镜实物图

菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸面镜，成效较好，但本钱比一般的凸面镜低很多。

多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、等。

菲涅尔透镜作用有两个：

一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为假设干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度转变的形式在PIR上产生转变热释红外信号。

5被动式红外报警器的系统方案

被动式红外报警器要紧由光学系统、热释电红别传感器、信号滤波和放大、信号处置和报警电路等几部份组成。

其结构框图如下图。

图中，菲涅尔透镜能够将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替转变的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断转变的特性；热释电红别传感器是报警器设计中的核心器件，它能够把人体的红外信号转换为电信号以供信号处置部份利用；信号处置主若是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。

图所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红别传感器相结合利历时的工作原理示用意。

待

测

目

标

光学系统

（菲涅尔透镜）

热释电红

外传感器

信号处理

报警电路

图系统框图

图人体通过传感器时产生的信号

6被动式红外报警器的系统设计

在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量转变来完成探测目的。

被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引发的红外辐射转变，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。

热释电连接

热释电的连接图如图。

图热释电连接图

完整电路图

将各部份连接起来，完整电路图如图。

图完整原理图

热释电红外语言告警器的电路如下图。

电路由热释电红别传感器、信号处置电路及语言告警电路三部份组成。

当人进入警戒区域时，热释电红别传感器（PIR）即接收到频率为～8Hz的人体红外信号，并将其转换为电信号，经电阻R二、电容C2及C4组成的低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，送至IC1的{14}脚，经内部二级放大后的信号，在IC1内又经双向幅度辨别后，通过逻辑操纵电路由IC1的2脚输出高电平，其时刻由延时电路中的R1二、C12决定。

延不时刻应大于或等于语言电路IC2（或IC3）的放音时刻。

IC12脚输出的高电平，经电阻R13送至语言发声电路IC2（或IC3），为其提供工作电源，使语言发声电路工作，推动扬声器发出相应的语言告警声。

图中，IC二、V一、V2及扬声器BL1，组成告警电路，人一旦走进警戒区域，当即发出事前制定的声音警告;假设想发出其他声音，IC3、V3及扬声器BL2等（虚线部份），组成第二部份告警电路，同发作声音。

电路中各电阻、电容、晶体管及扬声器的参数已标在图中。

当热释电红外语言告警器用于“有电危险，请勿靠近”告警时，图中IC3（虚线部份）不采纳;而用于“抓贼呀”防盗告警时，那么IC2部份不选用。

7结论

将设计电路板接入+6V电压，用手接近热释电传感器，电路板所接入的蜂鸣器发出报警声；按下复位开关，蜂鸣器停止报警，发光二极管熄灭。

重复上述动作，功能不变。

通过量次测试，该系统工作情形稳固。

本次热释电红别传感器监控报警系统的设计，由于设施条件的限制，和重点对费用本钱的考虑，因此，尽可能的使结构简单化、本钱低廉化，从而达到大体功能的实现。

鉴于对结构、本钱的考虑，致使本设计不尽完善，仅能对1～2m左右内的人体热源检测报警。

要紧由于利用的热释传感器的限制和信号处置电路结构的简单化造成。

因此，如采纳现有较先进的热释电传感器，报警的成效将大大改善。

此热释电红外报警器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。

正确的安装应知足以下条件：

（１）报警器应离地面～米。

（２）报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度转变比较灵敏的地址。

（３）报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。

（４）报警器不要直对窗口，不然窗外的热气流扰动和人员走动会引发误报，有条件的话最好把窗帘拉上。

另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地址。

参考文献

[1].高吉祥主编.模拟电子技术.电子工业出版社，2007

[2].邱关源主编.电路（上下册｝，第四版.高等教育出版社

[3].王世昌主编.电子线路辅导和题选.上海科学技术文献出版社

[4].马西秦主编.自动检测技术第三版，机械工业出版社

[5].姚福安主编.电子电路设计与实践，山东科学技术出版社

附录A设计仪器

一、红外光电检测创新设计平台1台

二、示波器1台

3、万用表1台

附录B元器件列表

Biss0001

1片

热释电传感器

1个

菲涅尔透镜

1个

独石电容：

104/103

2/6个

电解电容：

47uF

3个

电解电容：

uF

1个

扬声器

1个

电阻

若干