> 还有一则消息就是：我家门口楼道灯的开关打入住就坏了，一直是长
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还有一则消息就是：我家门口楼道灯的开关打入住就坏了，一直是长明灯，但上周回家发现。。。
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独自走天下
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那就是说以后咱们要都换声控灯了？现在声控不好用，得触摸一下才会亮，太不方便了。
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逐步的，不是一下子，没有这么多人手，是在旧的坏掉之后！那一个开关，一个至少十几块。。。
独自走天下
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是啊，我使劲跳它都不亮，后来我又触摸，它还是不亮………………
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必须得和皮肤接触才会亮，戴手套摸不行
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o ,也有道理，其实楼梯里用那样得，也有点浪费。
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我是真皮的！
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哈哈哈。。。那俺就不知道了，估计是灯坏掉了
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恩！我还带着朋友呢，然后跟他们说你看，现在换好开关了，结果左右都不亮！丢人！
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呵呵。。糗S了，咱们得楼老是有业主被糗得事情发生
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声控开关、声控灯、音乐闪灯控制方案电路板PCBA(图)
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企业基本资料
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公司名称：
联 系 人：张作培 经理
电话：86 769
联系地址：广东
石龙镇西湖徐棉四街18号3楼
产品详细介绍
【方案介绍】：1. 声控开关：如声控楼道灯，声控LED灯、电子蜡烛，声控小鸟。2. 音乐闪灯：LED灯随音乐的节奏闪亮，如音乐闪光手镯，音乐闪光腰带。3. 其它利用声音的有无/大小/频率作为控制源的方案，如声控点头娃娃等。【联系方式】：（此联系方式仅供产品业务咨询，非诚勿扰）：联系人：张‘R电话：QQ：阿里旺旺：buddywit网址：地址：东莞市石龙镇西湖徐棉四街18号3楼【我们能为您做的】：我们专业承接电子产品、机电控制类产品的方案设计、单片机开发、电路设计及后期生产测试一体化服务。举例如下：1. 电子玩具、电子礼品控制系统：如LED发光鞋带，音乐闪光腕带，发光抱枕，会运动和由声光控制的玩具等。我们用专用控制IC，成本可以做到最低！2. 工厂自动化设备控制系统：如全自动或半自动脚踏式出锡焊锡机，自动点胶机，自动手臂控制等，可承接工厂特殊要求订制。3. 电子工具控制系统：如可调恒温电烙铁，可调恒温热熔胶枪，936、937焊台电路板控制板，无刷电批，数显恒温胶枪，数显焊台，高频焊台等。4. 小家电控制电路板：比如香水喷雾器，自动感应皂液器，咖啡机，搅拌机，烤肉机等，各种小家电的成熟控制方案，极具成本优势。5. 传感检测控制系统：土壤湿度计，声控闪光控制板，烟雾传感、人体感应控制，各种温度检测、压力检测和控制等。6. 电机控制方案：步进电机，直流电机和交流电机的直接控制和变频控制方案，无刷电机控制7. 线性电源和开关电源板8. 微型针式打印机控制方案9. 人机界面：触摸按键、触摸屏控制系统，点阵LED，各类LCD液晶显示控制，红外无线RF摇控方案与无线蓝牙数据传输【关于我们】- 我们的技术：我们的工程师在外资企业从事电子产品研发多年，对产品的安规、性能可靠性设计经验丰富，能以成本最低，性能可靠的产品服务于客户。- 我们的服务：我们为您提供全程技术支持，资深研发工程师和专业项目经理为您确保产品高性价比和高效的产品开发进程。我们为你提供国际领先的产品设计理念和技术，增加你意想不到的创意和功能！- 我们的角色：是你成长道路上理想的技术合作伙伴！【已开发并量产的典型案例】：精密电子秤：优化软件算法和检测IC，实现精密测量。咖啡机：涉及精准温度控制，直流马达控制，马达转速和位置检测，以及各种传感器如红外，限位开关的检测控制彩色液晶显示面板：彩色液晶图片的显示与控制触摸按键控制面板：不同弧度表面触摸、成本最低的触摸按键控制方案。变频空调：压缩机变频马达控制，交流变频马达的控制离心机：交流离心高速马达的变频控制、交流调速控制自动焊锡机：步进电机控制，电气控制多功能剃须刀：无刷马达转速控制、锂电池充电管理、多重保护多功能数显烹饪机：可拷各类食品，精准温度、压力控制婴儿暖奶器：温度控制和定时、马达控制等功能自动茶壶：温度、马达控制和定时控制香水喷雾器：液晶显示，定时和马达控制，一周学习功能，亮度检测马桶和便斗洁净器：开关感应自动释放清洁剂清洁自动感应皂液器：红外感应和马达控制红外遥控灯具、RF遥控灯具：最低成本方案控制各类LED发光闪光玩具：闪光老鼠，发光抱枕，发光鞋带，闪光狗圈、发光手表、音乐闪光手腕带、闪光手套、电子蜡烛灯等，最优控制IC方案，成本最低。车载移动电源、车载手提电脑电源：DC/DC升压和降压设计，足功率设计，发热量最小多款焊锡机：数码管驱动、LCD显示驱动、温度检测与控制，马达定时控制可调恒温热熔胶枪：温度控制防静电报警器：接地检测、声光报警、电脑控制软件开发无线充电LED礼盒：无线充电技术
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环球经贸网运营中心：蓝点科技 &河北农业大学 2007 届毕业论文1 引言1.1 课题的背景与目的目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结 构、低廉的售价和方便的安装使用方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的 发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。特 别是电能的大量浪费，按照国标，优质灯泡在正常使用情况下，平
均寿命在壹千小时 左右，而普通灯泡则更短。如果走廊是夜间常明灯，每年除灯泡损耗费用外还要有一 百多度电的损耗，加上更换灯泡等人工费用，每年每个灯消耗近百元，这不仅浪费大 量能源，而且由于频繁更换灯泡造成维修工作量加大，有时有些场所走廊由于无人及 时维修管理，许多楼梯晚上漆黑一片，给人们生活带来许多不便，因此人们越来越关 注其他有效的照明灯开关方式高，国家的有关规范及标准也不断的加强，九九最新发 布的《住宅建筑设计规范》中明确规定， 住宅公共部分应设人工照明，除高层住宅 的电梯厅和应急照明外，均应采用节能自熄开关。 随着大量采用电子技术的家用电器面市, 住宅电子化出现。近几年楼宇智能化 （智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智 能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、 健康、环保的家居环境。）又飞速发展起来，其中实现自动照明系统可以减少电能浪 费成为实现现代化住宅的重要一笔。本课题从实际出发，准备对红外线楼道自动照明 系统进行探索随着现代化的发展,工业,农业,商业,教育等等行业的用电量都大幅度 增加,在这种情况下电能的浪费成为人们普遍关注的问题.1.2 照明开关的发展过程在远古时代,人类利用自然光源,太阳给了人类及所有生物生存的机会,但对于夜 晚人类却无能为力.接着聪明的人类发现了火,用火照明应该是人类照明史上的里程 碑.中外历史上蜡烛都起了重要作用,陪伴人类度过慢慢数千年,直到天才发明家爱迪 生在照明史上添上精彩的一笔.电灯无疑已经成为现代生活中不可或缺的商品.1河北农业大学 2007 届毕业论文目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体, a)控制开关直接在负载回路中。 b)当负载较大时，需相应增大控制开关的容量。 c)当开关离负载较远时，大截面电缆用量增加。 d)只能实现简单的开关功能 e)传统控制采用手动开关，必须一路一路地开或者关 f)传统控制对照明的管理是人为化的管理。传统照明单控电路特点：传统的照明系统结构简单、售价低廉和安装使用方便,一直是照明灯具市场的主 角,随着技术的进步,人民生活水平的提高,这种灯暴露出来许多不足:其一,由于是手 动开关,人们在一片漆黑中不得不摸索电灯开关,给人们生活带来很多不便.其二,电 能浪费严重,特别是在学校,工厂等集体生活的地方,照明灯经常在光线充足的白天也 工作,这不仅浪费电能,而且也造成灯泡常被烧坏,若不能及时修理又会产生其他不方 便.其三,电子技术,自动控制技术,传感器技术的快速发展使人们越来越倾向于照明 设备的自动控制.1.3 现代照明开关简述现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化， 已使传统的开关感受到产品 更新换代的威胁。目前传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体,但自从人 们发现了无线电波，就开始用无线电来遥控了。航空爱好者用无线电收发装置来操纵 模型飞机，舰模爱好者用无线电来操纵模型舰艇。声音、超声波、无线电波都可以用 作传递信号的媒体， 传递命令， 实现远距离操纵。 这些方法在一定程度上节省了电能。 针对问题，市场上的照明开关也是层出不穷，主要有声光控开关、触摸式延时开关、 红外开关，感应式开关等、经过多年的使用，就对其特点、价格、性能、市场品牌、 使用效果、安装、 寿命等进行了比较，其中触摸式、声光控在各方面表现非常一般， 而红外开关，感应式开关却表现优异。 走廊里的声控电灯是一种遥控装置。当人们走路的声音，说话的声音传到灯头上 的声控开关时，电路就被自动接通了。当然，声控开关旁边还要有个延时开关，就是 使电路只能接通几分钟，然后再自然地断掉。这样既可以省电，又可以延长电灯的寿 命。声控电灯，只有一个命令：接通！这很简单。但其品种多，市场较乱，价格从几 元到二十多元不等，由于声控本身感应元器件属于机械式，所以易受机械疲劳影响，2河北农业大学 2007 届毕业论文很难克服初装时灵敏度较好而后期灵敏度低形象。因此，声光控开关在使用的后期， 只有靠人为制造噪声才能触发，如想要灯亮需要大声咳嗽，或跺脚这显然打扰了别人 的安静， 特别是夜间往往影响睡觉的人。 另外声光控易响应于自然界所有较大声响 （如 雷声、汽车喇叭声、汽车经过时发动机声、装修房间的电钻声、开关防盗门声等）， 误动作较多。有的住户在房屋装修时就对开关有很大影响，人未住进就有开关损坏。 由于部分价低质劣的声光控开关混入市场，给用户造成电子开关都寿命短，都不可靠 的印象。而触摸式除了易受损坏，不安全外，还有传染病菌的弊病，很难在公关场所 应用，特别是在医院这样人员复杂的场所。因此要真正用好自熄开关，改善人们居住 条件，必须要在市场中寻求真正高效节电，方便照明，性能稳定，经久耐用，价格合 理的产品来实现人来灯亮，人离灯灭，白天不亮这一基本功能。 纵观照明控制技术的发展，从原始的开关控制到接触器继电器控制，发展到 PLC 控制；随着计算机及网络的飞速发展，照明控制也跟随着一起发展。在实际工程案例 中出现了集散型控制系统和现场总线控制系统，尤其是近几年，国内外陆续开发出专 业性强的智能型照明控制系统。例如：奇胜 C-BUS 智能照明控制系统，澳洲邦奇智能 照明，美国路创智能照明系统；还有些像索恩、飞利浦等专业照明公司也推出自己的 智能照明控制系统；国内也有很多智能照明的厂家，推出智能家居、智能小区、智能 办公室、智能楼宇等专业控制系统。 现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视察条件， 能利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境以满足人们和心 理和生理要求， 而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局 和控制方式变更要求。一个优秀的智能照明系统有仅可以提升照明环境的品质，还必 须做到充分利用和节约能源。1.4 热释电红外感应开关简述用热释电红外探头并对探头接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，可以 制成热释电人体感应开关。它可应用于电灯的节能自动开关、自动门、安全防护、防 盗等设备中。 人体会发射特定波长红外线. 用专门设计的传感器就可以针对性的检测 这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放 电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为 10μm 左右的红外辐射敏感，人体都有恒定的体温，一般在 37 度，会发射 10um 左右3河北农业大学 2007 届毕业论文的特定波长红外线，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个 互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对 两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号 输出。 一旦人侵入探测区域内， 人体红外辐射通过部分镜面聚焦， 并被热释电元接收， 但是两片热释电元接收到的热量不同， 热释电也不同， 不能抵消， 于是输出检测信号。 人体是一特定波长红外线的发射体， 由红外传感器检测到这种红外线的变化并予以放 大选频处理后，可以推动适当的负载，此乃人体红外自动开关。这一检测技术较之超 声、哑声、微波方式更为灵敏与准确。它要求 PIR 热释电人体红外传感器的信号放大 处理电路有很高的灵敏度并要能准确鉴别生物体与非生物体的运动， 使误动作率降到 最低。且体积小，自耗电微少。采用热释电红外传感器及专用单片集成电路构成的这 种开关能成为人到灯亮、人走灯灭。它安装方便，可直接替换面板式开关，无需改动 市电线路。2 照明系统总体设计2.1 照明系统的构成传统照明控制系统比如说,以前的工厂, 公司,学校等. 是人为控制的。 是以照明 配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离 控制。传统的照明电路只是为灯提供一定的电压使其发光,这种灯只,具有很大弊端, 特别是在一些集体工作地。而今出现的建筑物自控(BA)系统，是以电气触点来实现区 域控制、定时通断、中央监控等功能。2.2 人体红外线楼道自动照明系统电路该电路的主要元件是热释电红外传感器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作 温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、 感应灯、自动水阀、自动马达 控制等工业和生产领域 。BISS0001 是专为热释电红外传感器（PIR）配套设计的集 成电路，采用 CMOS 工艺制造，具有性能指标高、一致性好、功耗低、外围电路简单、4河北农业大学 2007 届毕业论文安装调试方便、工作可靠性高等优。图 2.2 红外感应开关电路外围电路元件说明： PIR 感应信号经滤波进入芯片内部进行放大，与基准电压比较,如果判断有触发， 运放输出高电平。这时候计时检测电路开始计时，计满一定内部时钟周期，跳变为高 （可避免误触发）。上图中，运算放大器 OP1 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 OP2 进行第二级放大，再经由电压比较器 COP1 和 COP2 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 Vo 经晶体管 T1 放大驱动继电器去接通负载。 上图中，R3 为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明 亮，R3 的电阻值会降低，使 9 脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号 Vs。SW1 是工作方式选择开关，当 SW1 与 1 端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当 SW1 与 2 端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间 Tx 由外部的 R9 和 C7 的大小调整，值为 Tx≈2；触发封锁时间 Ti 由外部的 R10 和 C6 的大 小调整，值为 Ti≈24xR10C6。3 热释电红外感应开关系统3.1 传感器5河北农业大学 2007 届毕业论文传感器简介：传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于 测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量 等信息转换成电信号输出的。 例如传声器(话筒)就是一种传感器， 它感受声音的强弱， 并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化，并把它转换成 相应的电信号。 3.1.1 传感器定义及发展传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转换， 因此在某些领域如生物医学工程等中，也称为换能器。 传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。在自动测 量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后把它转换成电信号，供显示仪 表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到 的被测量精确地转换成电信号，其他仪表和装置的精确度再高也无意义。 电子计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信 息，如果传感器的水平与电子计算机的水平不相适应，电子计算机便不能充分发挥应 有的作用和效益。因此，传感器是测量、控制系统中的一种关键装置。 3.1.2 传感器的选用原则现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及 测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器 确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在 很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 a)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行―个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多 方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可 供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条 件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为 接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产 还是进口，价格能否承受，还是自行研制。 在考虑上述问题之后就能确定选用何种 类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 b)灵敏度的选择6河北农业大学 2007 届毕业论文通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度 高时， 与被测量变化对应的输出信号的值才比较大， 有利于信号处理。 但要注意的是， 传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影 响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂 扰信号。 传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高， 则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉 灵敏度越小越好。 c)频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围， 必须在允许频率范围内保持 不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有―定延迟，希望延迟时间越短越好。 传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械 系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。 在动态测量中，应根 据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差 d)线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内， 灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精 度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。 但 实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精 度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会 给测量带来极大的方便。 3.1.3 热释电红外传感器原理与应用人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫。其中红光的波长范围为 0.62～0.76μm；紫光的波长范围为 0.38～0.46μm。比 紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线。红外线简介，其波长 比可见光长的电磁波，波长在 1 毫米到 770 纳米之间，在光谱上位于红色光外侧。具 有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。透过云雾能力比可见光强。在 通讯、探测、医疗等方面有广泛的用途。 俗称红外光。热释电红外传感器是一种能 检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在 1938 年，有人提出过利用7河北农业大学 2007 届毕业论文热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的 迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广 泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想 的探测器。它正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。除了在我们熟知的搂道自 动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时 会自动停机的空调机、饮水机。电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的 机构。开启监视器或自动门铃上的应用。结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人 的活动等等…… 3.1.3.1 热释电人体红外线传感器的基本结构和原理最广义地来说， 传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器 件，红外传感器就是其中的一种。随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已 经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。人体热释电红 外传感器和应用介绍 一般人体都有恒定的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10UM 左右的红外 线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10UM 左右的红外线而进行工作的。人体 发射的 10UM 左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应 源通常采用热释电元件， 这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电 荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。热释电人体红 外线传感器 （以下简称： 传感器） 由敏感单元、 阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。 热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释 电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个 表面做成电极，在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 上产生电荷 ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压 ΔV。由于它的输出阻抗极高， 在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 会被空气中 的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感器无输出。当人体 进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生 ΔT，则有 ΔT 输出；若人体进入 检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或 者动物的活动传感。 由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于 2m，而 加上光学透镜后，其检测距离可大于 7m。8河北农业大学 2007 届毕业论文1)热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电 荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。 当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面 就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，图 3.1 表示了热释电效应形成 的原理。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）图 3.1 热释电效应的形成原理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 路见图 3.2 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。9河北农业大学 2007 届毕业论文图 3.2 热释电红外传感器的结构及内部电路对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不同。如，SD02 的敏感单元由 锆钛酸铅制成；P2288 由 LiTaO3 制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相 对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容 ，例 P1、P2。因为 这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极 化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反 串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。 当传感 器没有检测到人体辐射出的红外线信号时， 由于 P1、P2 自身产生极化，在电容的两 端产生极性相反、 电量相等的正、 负电荷， 而这两个电容的极性是相反串联的， 所以， 正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。当人体静止在传感器的检测区 域内时，照射到 P1、P2 上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相 等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有信号输出。同理，在灯光或阳光下， 因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2 上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的， 且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为 0.1~10Hz），即传感 器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为 5~15um），因此，传感器对它们不敏感。 当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因 P1、P2 做在同一硅晶 片上的，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无 输出。从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线 的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化， 而温度的变化导致电信 号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器10河北农业大学 2007 届毕业论文的低频响应（一般为 0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为 5~15um）的响应决定 了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感， 而这种变化对 人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的 人体不敏感；它可以抵抗可见光和大部分红外线的干扰。 2) 滤光窗 它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，滤光窗能有效地滤除 7.0~14um 波长以外的红外线。例如，SCA02-1 对 7.5~14um 波长的红外线的穿透量为 70%，在 6.5um 处时下降为 65%，而在 5.0um 处时陡降为 0.1%；P2288 的响应波长为 6~14um，中心波长为 10um。 物体发射出的红外线辐射能， 最强波长和温度的关系满足λm*T=2989 （um.k） （其 中λm 为最大波长， 为绝对温度） 人体的正常体温为 36~37.5。 ， 309~310.5K， T 。 C 即 其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波长为 9.65um。 因此， 人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长 （7~14um） 的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、 灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。 综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。图 3.3 菲涅尔透镜工作原理图菲涅尔透镜根据菲涅耳原理制成，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器 (PIR) 灵敏度大大增加。菲涅耳透镜折射式和 反射式两种形式，其作用一是聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在 PIR 上；11河北农业大学 2007 届毕业论文二是将检测区内分为若干个明区和暗区， 使进入检测区的移动物体能以温度变化的形 式在 PIR 上产生变化热释红外信号，这样 PIR 就能产生变化电信号。不使用菲涅尔透 镜时传感器的探测半径不足 2 米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上 菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到 10 米。例如，一些传感器对远在 20 米处快速 行驶的汽车里的人体也能可靠地检测到。菲涅尔透镜采用塑料片制作而成。图 3 为它 的平面图。从图中可以看出，透镜在水平方向上分寸成 3 个部分，每一部分在竖直方 向上又等分成若干不同的区域。最上面部分的每一等份为一个透镜单元，它们由一个 个同心圆构成，同心圆圆心在透镜单元内。中间和下半部分的每一等份也为分别一个 透镜单元，同样由同心圆构成，但同心圆圆心不在透镜单元内。当光线通过这些透镜 单元后，就会形成明暗相间的可见区和盲区。由于每一个透镜单元只有一个很小的视 角，视角内为可见区，视角外为盲区。任何两个相邻透镜单元之间均以一个盲区和可 见区相间隔，它们断续而不重叠和交叉，如图 3.3 这样，当把透镜放在传感器正前方 的适当位置时，运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后 在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（可见区），使传感器表面 的温度不断发生变化，从而输出电信号。也可以这样理解，人体在检测区内活动时， 一离开一个透镜单元的视场，又会立即进入另一个透镜单元的视场， （因为相邻透镜 单元之间相隔很近），传感器上就出现随人体移动的盲区和可见区，导致传感器的温 度变化，而输出电信号。 菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为 5 厘米左 右，实际应用时，应根据实际情况或资料提供的说明调整菲涅尔透镜与传感器之间的 距离，一般把透镜固定在传感器正前方 1~5 厘米的地方。 菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但 对波长为 10um 左右的红外线来说却是透明的。 。12河北农业大学 2007 届毕业论文表 3.1 热释电人体红外线传感器 SCA02-1 的主要电参数项目 电源电压 参数 2.2~10.0V．条件源极电压0.3~2.0V25 C源极阻抗47KΩId=6~43uA电 平 衡10%Max）频率响应0.3~30Hz12db（Max）响应波长7.5~14um。平均大于70%工作温度-10~+50 C3.1.3.2热释电红外线传感器的优缺点 不同于主动式红外传感器，被动红外传感器本身不发任何类型的辐射，隐蔽性好，器件功耗很小，价格低廉。但是，被动式热释电传感器也有缺点，如： 1）信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰； 2）被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收； 3）易受射频辐射的干扰； 4）环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵； 5）被动红外探测器的主要检测的运动方向为横向运动方向，对径向方向运动的物体 检测能力比较差 抗干扰性能： 1）防小动物干扰 探测器安装在推荐地使用高度， 对探测范围内地面上地小动物， 一般不产生报警。 2）抗灯光干扰 探测器在正常灵敏度的范围内，受 3 米外 H4 卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。 红外线热释电传感器的安装要求： 红外线热释电人体传感器只能安装在室内， 其误报率与安装的位置和方式有极大 的关系.。正确的安装应满足下列条件：13河北农业大学 2007 届毕业论文1）红外线热释电传感器应离地面 2.0-2.2 米。 2）红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3）红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 4）红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误 报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地 方。 红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。 红外线热释 电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动 则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、 求得最佳检测灵敏度 极为重要的一环。 3.1.4 CDS 传感器 硫化镉（Cds）光敏电阻器，这是目前最常见的光敏电阻器。光敏电阻器是利用 半导体光致导电的原理制造的。这种光敏电阻器的基座是陶瓷片，上面涂有硫化镉多 晶体，再经烧结制成。光敏电阻器的表面还涂有防潮树脂。光敏电阻器的光谱特性曲 线与人眼对可见光的响应曲线比较接近。光敏电阻器的电阻值随光照强度而变化。在 暗光条件下它的电阻值可达 10MΩ，在强光下它的电阻值仅为数百欧姆或数千欧姆。 光敏电阻器的光照特性在多数情况下是非线性的，只有在微小区域内呈线性。光敏电 阻器的电阻值有较大的离散性。 光敏电阻器的灵敏度是指光敏电阻器不受光照时的电 阻值(暗阻)和受光照时的电阻值(亮阻)的相对变化值。在一般情况下，照度越低，单 位照度改变时的电阻值变化越大。即在低照度下光敏电阻器的灵敏度较高。 光敏电阻器是电路的关键元件，它对光线的强弱有敏感的反应，在本电路中要求 光敏电阻器受到光照时的阻值应小于 5kΩ，在暗光情况下阻值应大于 1MΩ，可选符 合要求的 MG41-22 光敏电阻器。3.23.2.1集成控制电路详解概述虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是利用特殊信号处理方法后，仍然使它 在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据 PIR 传感器的特性设计了 专用信号处理器，比如 HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、WELTREND WT8072,BISS0001。 图 3.4 阴影部分是 PIR 信号处理部分，有两个运算放大器、一个窗口比较器、一个稳14河北农业大学 2007 届毕业论文压器、一个系统振荡器和一个逻辑控制器。其它是依赖处理结果的控制部分，这里重 点介绍 PIR 信号处理部分，控制部分就简单略过。 由于 PIR 信号变化缓慢、幅值小，针对该特点，专用信号处理器一般分为三步 处理，具体处理步骤如下： a）滤波放大 普通 PIR 传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百微伏到几毫伏，为了后续电 路能作有效的处理，考虑到传感器的信噪比，通常取增益 72.5dB，通带 0.3Hz~7Hz。 同时，由于是处理模拟小信号，所以为了保证放大器的工作稳定可靠，电路中特别集 成了一个稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。 b）窗口比较器 经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值要求的信号后，再转换成一系 列数字脉冲信号。 c）噪声抑制数字信号处理 根据对人体运动特点以及传感器的特性的长期研究，用固定时间内计脉冲个数和 测脉冲宽度的方法来甄别有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（16kHz）。图 3.4 人体感应开关方框图图 3.5 人体感应开关信号处理过程15河北农业大学 2007 届毕业论文3.2.2运算放大器集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作 在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路 集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路 3.2.2.1 集成运放的性能指标1）开环差模电压放大倍数 Aod 它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。 2）最大输出电压 Uop-p 它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。 3）差模输入电阻 rid 它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈 好。 4）输出电阻 rO 它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。 5）共模抑制比 CMRR 它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR 越大 越好 3.2.2.2 集成运放的组成 它有四部分组成： 1）偏置电路:偏置电路是提供各级静态工作电流的; 2）输入级：其作用是提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入端,为了抑制零 漂，采用差动放大电路 3）中间级：其作用是提供较高的电压放大倍数;为了提高放大倍数，一般采用有源负 载的共射放大电路。 4） 输出级： 其作用是提供一定的电压变化和电流变化;为了提高电路驱动负载的能力， 一般采用互补对称输出级电路 3.2.3 振荡器振荡电路在测量,自动控制,通信,无线电广播和遥控等许多领域中有着广泛的应 用,甚至在收音机 电视机 和电子表等日常生活用品中也离不开它.振荡电路包括正 弦波振荡电路和非正弦波振荡电路,它们不需要输入信号便能产生各种周期性的波形,16河北农业大学 2007 届毕业论文如:正弦波,方波,三角波和锯齿波等.因为本课题涉及到系统时钟和定时电路,所以现 介绍一下非正弦波振荡电路:矩形波振荡电路 矩形波有两种,一种是输出电压处于高电平时时间 TH 和输出电压处于低电平的 时间 TL 不相等,另一种是二者相等.人们常把 TH= TL 的矩形波称为方波.下面介绍方 波发生电路. 方波发生电路的构成 我们可选择滞回比较器作为开关，用电阻与电容相串联的 RC 电路作为具有延迟 作用的反馈网络，构成如图 3.6 所示。它的右边是滞回比较器，起开关作用；他的左 边是 RC 电路，起反馈和延时作用。电 路 (起 反 馈 和延迟作用)滞 回 比 较 器 (其 开 关 作 用 )图 3.6 方波发生电路滞回比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定的状态。 设接通电源时刻电容两 端的电压 UC=0，滞回比较器的输出电压 U0=+UZ，则集成运放同相输入端此时的电位 为 U+ =R2/R2+R3 （+UZ） U0=+UZ 时电容充电， 而 使集成运放反向输入端的电位 U（它 等于 UC）由零逐渐上升。在 U-低于 U+以前，U0=+UZ 不变。当 U-上升到略高于 U+时， U0 从高电平跳变为低电平，即变为-UZ。 当 U0=-UZ 时，U+=R2/R2+R3（-UZ），同时电容经 R1 放电，使 U-逐渐下降。在 U高于 U+以前，U0=-UZ 不变，当 U-下降到略低于 U+时，U0 从-UZ 跳变为+UZ，又回到 初始状态。如此周而复始，产生振荡，输出方波。 振荡周期17河北农业大学 2007 届毕业论文由图可知，UC 的值从 T1 时刻的 R2/R2+R3（UZ）下降到 T2 时刻的-R2/R2+R3（UZ）所 需要的时间就是振荡周期的一半，即而 UC 的变化规律就是简单的 RC 充放电规律。不 难看出这里 RC 充放电的三要素是： 1）时间常数=R1C 2）在 T1 时刻 UC 的初始值是 R2/R2+R3（UZ） 3）若 T=∞，UC 的终了值是-UZ。 根据一阶 RC 电路的三要素法可得 UC=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ） 其中 ΔT=T-T1，且 T1≤T≤T2。 当 ΔT=T/2 时，UC=-R2/R2+R3（UZ），将这些条件代如上面的式，得 -R2/R2+R3（UZ=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ）解之 可得： T=2R1Cln(1+2R2/R3) 通常将矩形波为高电平的时间与周期时间之比称为占空比。方波的占空比为 50%。如果需要产生占空比小于或大于 50%的矩形波，可以利用电容充电的时间常数 与放电的时间常数不相等。利用二极管的单向导电性可以使电容充电与放电回路不 同，因而可使电容充电与放电的时间常数不同。 内部振荡器外接振荡电阻器引脚，个别需外接 RC 振荡元件，此时外接的电阻器 或电容器便可作为时间的调整元件。也有的集成电路将振荡元件全部集成在芯片内 部，不需要外接元器件，这时振荡频率就无法外调节。 3.2.4 电压比较器电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个 输入电压的大小关系)。电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口， 还可以用作波形产生和变换电路等。 注：电压比较器中的集成运放通常工作在非线性区。及满足如下关系： U-&U+ 时 UO=UOL U-&U+ 时 UO=UOH简单电压比较器： 我们把参考电压和输入信号分别接至集成运放的同相和反相 输入端，就组成了简单的电压比较器。18河北农业大学 2007 届毕业论文图 3.7 电压比较器及输出特性下面我们对它们进行分析一下（只对图 3.7（1）所示的电路进行分析） 它的传输特性如图 3.7(3)所示： 它表明：输入电压从低逐渐升高经过 UR 时，uo 将从高电平变为低电平。相反，当 输入电压从高逐渐到低时，uo 将从低电平变为高电平。 阈值电压： 我们将比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压 的值。它还被称为门限电压。简称为：阈值。用符号 UTH 表示简单的电压比较器结 构简单，灵敏多高，但是抗干能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比 较器有：滞回比较器和窗口比较器。下面着重介绍窗口比较器: 简单比较器和回滞比较器有一个共同的特点,即 U1 单方向变化时,U0 只跳变一次,因而 只能检查一个电平.如果要判断 U1 是否在某两个电平之间,则应采用窗口比较器. 电路构成 窗口比较器的主要特点是输入信号单方向变化(例如从足够低单调升 高到足够高)可使输出电压跳边两次。 他形似窗口,故具有这种传输特性的比较器,成为窗口比较器.将他与反相简单电 压比较器,同相简单电压比较器比较,我们发现,可用两个阀值不同的简单比较器构成 窗口比较器,阀值小的简单比较器采用反相输入接法,阀值大的简单比较器采用同相输 入接法,再用具有单向导电性的二极管将两个简单比较器的输出引到同一点,作为窗口 比较器的输出端.。 3.2.5 集成电路芯片BISS0001 热释电红外控制集成电路采用标准的 DIP16 脚塑封结构，内部由系统 时钟、两级运放、电压比较器、检测器、计时器、过零检测器及输出控制电路等组成。 BISS0001 是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外 传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器。广泛用于安防、自控 等领域能。特点:19河北农业大学 2007 届毕业论文a）灵敏度高，内置两级增益可调运放电路及温度补偿电路，这种电路能抑制如热气 团流所产生的红外干扰，误报率低，探测距离达 10ｍ以上。 b）控制时间可调。 c）有两种输出信号，可驱动双向可控硅或继电器。 d）内置稳压器输出 3.1Ｖ基准电压直接驱动 PIR。 e）外接 CDS 传感器，白天抑制输出。 f）工作电压 4.0-5.5V，工作电流 1ｍＡ。 g）对于交流供电的控制电路设计有过零检测控制，使被控负载的接通与断开均处于 交流电的过零点，这不仅可以减弱对负载的电流冲击，同时也消除了开关器件对电源 的干扰，降低对电源的污染。 h）外接 RC 振荡元件，便于调整输出控制的时间长短。图 3.8 管脚图20河北农业大学 2007 届毕业论文表 3.2 管脚说明引脚名称I/O功能说明 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，不可重复触发1AI2V0O控制信号输出端。由VS的上跳前前沿触发，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3RR1--输出延迟时间Tx的调节端4RC1--输出延迟时间Tx的调节端5RC2--触发封锁时间Ti的调节端6RR2--触发封锁时间Ti的调节端7VSS--工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定 时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR≈0.2VDD10IB--运算放大器偏置电流设置端11VDD--工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端21河北农业大学 2007 届毕业论文工作原理: BISS0001 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。 以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 不可 重复触发工作方式下的波形。图 3.9 不可重复触发方式3.3 可控硅3.3.1 单向可控硅简介可控硅是一种无触点可控开关,它将半导体器件的应用从弱电领域扩展到强电领 域,在自动控制电路如调光,调温,调速,调频中都有广泛应用. 可控硅是硅晶体闸流管的俗称,简称晶闸管.可控硅常用的类型有:单向型,双向型. 单向可控硅由 P 型和 N 型半导体四层交替叠合而成.他有三个电极:阳极 A(从外层 P 型半导体引出),阴极 K(从外层 N 型半导体引出),门级 G(从内层 P 型半导体引出)导 通。 让门极相对阴极成正极性，使产生门极电流，闸流管立即导通。当门极电压达 到阀值电压VGT，并导致门极电流达到阀值IGT，经过很短时间tgt（称作门极控制 导通时间）负载电流从正极流向阴极。假如门极电流由很窄的脉冲构成，比方说1 μs，它的峰值应增大，以保证触发。当负载电流达到闸流管的闩锁电流值IL 时， 即使断开门极电流，负载电流将维持不变。只要有足够的电流继续流动，闸流管将 继续在没有门极电流的条件下导通。这种状态称作闩锁状态。注意，VGT，IGT 和 IL 参数的值都是25℃下的数据。在低温下这些值将增大，所以驱动电路必须提供足22河北农业大学 2007 届毕业论文够的电压、电流振幅和持续时间，按可能遇到的、最低的运行温度考虑。灵敏的门 极控制闸流管， 如BT150， 容易在高温下因阳极至阴极的漏电而导通。 假如结温Tj 高 于Tjmax ,将达到一种状态，此时漏电流足以触发灵敏的闸流管门极。闸流管将丧失 维持截止状态的能力，没有门极电流触发已处于导通。要避免这种自发导通，可采 用下列解决办法中的一种或几种： 1）确保温度不超过Tjmax。 2）采用门极灵敏度较低的闸流管，如BT151，或在门极和阴极间串入1kΩ或阻值更 小的电阻，降低已有闸流管的灵敏度。 3）若由于电路要求，不能选用低灵敏度的闸流管，可在截止周期采用较小的门极反 向偏流。这措施能增大IL。应用负门极电流时，特别要注意降低门极的功率耗散。 截止（换向） 要断开闸流管的电流，需把负载电流降到维持电流IH 之下，并历经必要时间， 让所有的载流子撤出结。在直流电路中可用“强迫换向”，而在交流电路中则在导 通半周终点实现。 （负载电路使负载电流降到零， 导致闸流管断开， 称作强迫换向。 ） 然后，闸流管将回复至完全截止的状态。假如负载电流不能维持在IH 之下足够长的 时间， 在阳极和阴极之间电压再度上升之前，闸流管不能回复至完全截止的状态。它可能 在没有外部门极电流作用的情况下，回到导通状态。注意，IH 亦在室温下定义，和 IL 一样，温度高时其值减小。所以，为保证成功的切换，电路应充许有足够时间， 让负载电流降到IH 之下，并考虑可能遇到的最高运行温度。3.3.2 双向可控硅结构如图 3.10，由 NPNPN 五层半导体叠合而成。它实质上也可看成是由一个控 制极的两只反向并联的单向可控硅构成。它有三个电极：控制极 G、主电极 T1 和 T2 ，T1 和 T2 无阴阳极之分。 符号如图 5： 工作特点：双向可控硅的主电极 T1 、T2 无论加正向还是反向电压，其控制极 G 的 触发信号无论是正向还是反向，它都能被触发导通。23河北农业大学 2007 届毕业论文图 3.10 双向可控硅工作原理图导通：和闸流管不同，双向可控硅可以用门极和MT1 间的正向或负向电流触发。 （VGT，IGT 和IL 的选择原则和闸流管相同，见规则1）因而能在四个“象限”触 发，如图3.11 所示。图3.11 双向可控硅触发象限在负载电流过零时，门极用直流或单极脉冲触发，优先采用负的门极电流，理由如 下。若运行在3+象限，由于双向可控硅的内部结构，门极离主载流区域较远，导致 下列后果： 在负载电流过零时，门极用直流或单极脉冲触发，优先采用负的门极电流，理 由如下。若运行在3+象限，由于双向可控硅的内部结构，门极离主载流区域较远， 导致下列后果： 1）高IGT -& 需要高峰值IG。 2）由IG 触发到负载电流开始流动，两者之间迟后时间较长C& 要求IG 维持较长时24河北农业大学 2007 届毕业论文间。 3） 低得多的dIT/dt 承受能力―& 若控制负载具有高dI/dt 值 （例如白炽灯的冷灯丝） ， 门极可能发生强烈退化。 4）高IL 值（1-工况亦如此）―&对于很小的负载，若在电源半周起始点导通，可能 需要较长时间的IG，才能让负载电流达到较高的IL。在标准的AC 相位控制电路中， 如灯具调光器和家用电器转速控制，门极和MT2 的极性始终不变。这表明，工况总 是在1+和3-象限，这里双向可控硅的切换参数相同。这导致对称的双向可控硅切换， 门极此时最灵敏。 这是从双向可控硅的V/I 特性图导出的代号。正的MT2相应正电流进入MT2，相 反也是（见图3.12）。实际上，工作只能存在1 和3 象限中。上标+和-分别表示门极 输入或输出电流。图 3.12 双向可控硅 V/I 特性曲线本为零时，V1 才截止。当电源为负半周时，重复上述过程。如此循环，电热毯的温 度就逐渐升高。调节 RP，改变 C3 充电快慢，即可改变 V1 的导通角，也即改变了 RL 的通电时间，因而实现了调温。 （ND 指示灯、LC1 高频滤波、R2C2 保护电路）。4 电路制作4.1 PCB 制作PCB 是英文(Printed Circuit Board)印制线路板的简称通常把在绝缘材上按预定25河北农业大学 2007 届毕业论文设计制成印制线路印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路,而在绝缘基材 上提供元器件之间电气连接的导电图形称为印制线路,这样就把印制电路或印制线路 的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板PCB .几乎我们能见到的电子 设备都离不开它,小到电子手表,计算器,通用电脑,大到计算机,通迅电子设备,军用武器 系统,只要有集成电路等电子元器件,它们之间电气互连都要用到PCB .它提供集成电 路等各种电子元器件固定装配的机械支撑,实现集成电路等各种电子元器件之间的布 线和电气连接或电绝缘,提供所要求的电气特性,如特性阻抗等.同时为自动锡焊提供 阻焊图形;为元器件插装,检查维修提供识别字符和图形.随着电于技术的飞速发展， PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大．因此，有必要在自行 设计电路时对PCB加以了解。 4.1.1 PCB简介家用电器上的印制电路板.它所用的基材是由纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用 于双面及多层)预浸酚醛或环氧树脂,表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成.这 种线路板覆铜簿板材,我们就称它为刚性板.再制成印制线路板,我们就称它为刚性印 制线路板.单面有印制线路图形我们称单面印制线路板,双面有印制线路图形.再通过 孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板.我们就称其为双面板.如果用一块双面作 内层,二块单面作外层或二块双面作内层,二块单面作外层的印制线路板通过定位系统 及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板,就成为四 层,六层印制电路板了,也称为多层印制线路板.现在已有超过100 层的实用印制线路 板了. 为进一认识PCB 我们有必要了解一下单面双面印制线路板的制作工艺,加深对它的 了解: 单面刚性印制板:单面覆铜板 化检查修板 蚀刻铜 下料 刷洗 干燥 网印线路抗蚀刻图形 刷洗干燥 固去抗蚀印料干燥钻网印及冲压定位孔网印 电气阻焊图形常用绿油UV 固化 开短路测试 4.1.2 刷洗干燥网印字符标记图形UV 固化预热冲孔及外形 成品出厂.预涂助焊防氧化剂干燥检验包装PCB 制作原则在进行 PCB 设计时．必须遵守 PCB 设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要26河北农业大学 2007 届毕业论文求。4.1.2.1 PCB 设计的一般原则：要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计 质量好、造价低的 PCB．应遵循以下一般原则： a）布局 首先，要考虑 PCB 尺寸大小。PCB 尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声 能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定 PCB 尺 寸后．再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进 行布局。 在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则： 1)尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干 扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。 2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引 出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 3)重量超过 15g 的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量 多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。 热敏元件应远离发热元件。 4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机 的结构要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其 位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。 根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： 1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽 可能保持一致的方向。 2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧 凑地排列在 PCB 上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 3)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件 平行排列。这样，不但美观．而且装焊容易．易于批量生产。 4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于 2mm。电路板的最佳形状为27河北农业大学 2007 届毕业论文矩形。长宽比为 3：2 成 4：3。电路板面尺寸大于 200x150mm 时．应考虑电路板所 受的机械强度。 b）布线 布线的原则如下； (1) 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。 (2) (2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电 流值决定。 (3) 当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1~15mm 时．通过 2A 的电流，温度不会高于 3 ℃，因此导线宽度为 1.5mm 可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选 0.02~0.3mm 导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线。 导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路， 尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至 5~8mm。 (3) 印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此 外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。 必须用大面积铜箔时，最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生 的挥发性气体。 3.焊盘 焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径 D 一般不 小于(d+1.2)mm，其中 d 为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取 (d+1.0)mm。4.1.2.2 PCB 及电路抗干扰措施 印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就 PCB 抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。 a）电源线设计 根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。 同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强 抗噪声能力。28河北农业大学 2007 届毕业论文b）地段设计 地线设计的原则是: 1)数字地与模拟地分开。 若线路板上既有逻辑电路又有线性电路， 应使它 们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难 时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短 而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 2)接地线应尽量加粗。 若接地线用很纫的线条， 则接地电位随电流的变化 而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印 制板上的允许电流。如有可能，接地线应在 2~3mm 以上。 3)接地线构成闭环路。 只由数字电路组成的印制板， 其接地电路布成团环 路大多能提高抗噪声能力。 4.2 整体电路制作问题4.2.1 元件的散热问题热阻 Rth 是限制热流自结散出的热阻。热阻和电阻是相似的概念。如同电阻公 式 R=V/I， 有相应的热阻公式 Rth =T/P， 这里 T 是温升， K 以 （Kelvin） 为单位； 是 P 功率耗散，以 W 为单位；因此 Rth 的单位为 K/W。对于垂直安装在大气中的器件， 热阻决定于结至环境热阻 Rth j-a 。 散热器尺寸计算 对给定的双向可控硅和负载电流，要计算需要的散热器热阻，首先要根据下列公 式确定双向可控硅的功率耗散：P=Vo × IT(AVE) + RS × IT(RMS)2拐点电压Vo 和斜 率电阻RS 可从SC03 手册的VT 图取得。若数据没有直接列出，可通过作图取得。 对最大VT 曲线作一切线，切线和VT 轴线的交点给出Vo 值，切线斜率（VT/IT）给 出RS。应用前面的热阻公式： Rth j-a=T/P在最高环境温度下，结温Tj 升至最高允许 结温Tjmax，由此得出结温最大允许提升值。这提供温升T。根据选定的安装方法， SC03 手册提供Rth j-mb 和Rth mb-h 数据。应用前面的热阻公式Rth j-a= Rth j-mb + Rthmb-h+ Rth h-a ，可最后求得散热器热阻Rth h-a 。29河北农业大学 2007 届毕业论文热阻抗 前面的热阻计算只适用于稳定状态，即过程时间大于1 秒。这条件下，热量才有 足够的时间从结传送到散热器。对持续时间短于1 秒的电流脉冲或瞬间过程，散热器 的效果大为减弱。热量只在器件内部扩散，很少传到散热器。对于这种瞬间过程，结 的温升决定于结至安装基面的热阻抗Zth j-mb 。 随着电流脉冲持续时间减小， j-mb Zth 下降，因为芯片加热减少。假如持续时间增大，接近1 秒，Zth j-mb增大至稳定状态 的热阻值Rth j-mb。手册SC03 提供每种器件的Zth j-mb 曲线，适用于持续时间低至 10μs 的双向或单向的电流。 4.2.2 电子电路的静电保护静电放电(ESD)是大家熟知的电磁兼容问题,它可引起电子设备失灵或使其损坏. 当半导体器件单独放置或装入电路模块时,即使没有加电,也可能找成这些器件的永久 性损坏.对静电放电敏感的元件被称为静电放电敏感元件(ESDS). 如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度,就会对元 件造成损坏.这是 MOS 器件出现故障的最主要的原因.氧化层越薄,则元件对静电放电 的敏感性也越大.故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象.对双极性元 件,损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域,因此会产生泄 露严重的路径. 另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点(1415 度)时所引起的.静电放 电脉冲的能量可以产生局部地方发热,因此出现这种机理的故障.即使电压低于介质的 击穿电压,也会发生这种故障.一个典型的例子是,NPN 型三极管发射极与基级间的击 穿会使电流增益急剧降低. 电荷也可以通过感应产生,这是带电体使其附近的另一物体上的电荷发生分离的 结果。器件受到静电放电的影响后,也可能不立即出现功能性的损坏.这些受到潜在损 坏的元件通常被称为”跛脚”,一旦加以使用,将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态 表现出更大的敏感性。 要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏,这一点非常重要.人体有感觉的 静电放电电压在 3000 --- 5000V 之间,然而,元件发生损坏时的电压仅几百伏.本设计中 用到 IC 器件所以焊接时需用防静电手套。4.3 整体电路测试与元件列表30河北农业大学 2007 届毕业论文4.3.1元件的焊接由于 PCB 板制作复杂，现采用简易电路板焊接电路，在电子制作过程中，焊接 工作是必不可少的。它不但要求将元件固定在电路板上，而且要求焊点必须牢固、圆 滑，所以焊接技术的好坏直接影响到电子制作的成功与否经过实际动手，发现在焊接 过程中应注意以下几点：1. 电烙铁的选择1 电烙铁的功率应由焊接点的大小决定，焊点的面积大，焊点的散热速度也快，所以 选用的电烙铁功率也应该大些。 一般电烙铁的功率有 20W 25W 30W 35W 50W 等等。 在制作过程中选用 30W 左右的功率比较合适。 2. 焊锡和助焊剂 选用低熔点的焊锡丝和没有腐蚀性的助焊剂，比如松香，不宜采用工业焊锡和有腐蚀 性的酸性焊油，最好采用含有松香的焊锡丝，使用起来非常方便。 3. 焊接方法2. 元件必须清洁和镀锡，电子元件保存在空气中，由于氧化的作用，元件引脚上附有一层氧化膜，同时还有其它污垢，焊接前可用小刀刮掉氧化膜，并且立即涂上 一层焊锡（俗称搪锡），然后再进行焊接。经过上述处理后元件容易焊牢，不容 易出现虚焊现象。3. 焊接的温度和焊接的时间焊接时应使电烙铁的温度高于焊锡的温度，但也不能太高，以烙铁头接触松香刚刚冒 烟为好。 焊接时间太短， 焊点的温度过低， 焊点融化不充分， 焊点粗糙容易造成虚焊， 反之焊接时间过长，焊锡容易流淌，并且容易使元件过热损坏元件。 4. 焊接后的检查 焊接结束后必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发 现，可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动，如发现摇动应立即补焊。 4.3.2 元件及电路测试1．电位器的检测。检查电位器时，首先要转动旋柄，看看旋柄转动是否平滑，开关 是否灵活，开关通、断时“喀哒”声是否清脆，并听一听电位器内部接触点和电阻体 摩擦的声音，如有“沙沙”声，说明质量不好。用万用表测试时，先根据被测电位器 阻值的大小，选择好万用表的合适电阻挡位，然后可按下述方法进行检测。31河北农业大学 2007 届毕业论文A ?用万用表的欧姆挡测“1”、“2”两端，其读数应为电位器的标称阻值，如 万用表的指针不动或阻值相差很多，则表明该电位器已损坏。 B ?检测电位器的活动臂与电阻片的接触是否良好。用万用表的欧姆档测“1”、 “2”(或“2”、“3”)两端，将电位器的转轴按逆时针方向旋至接近“关”的位置， 这时电阻值越小越好。再顺时针慢慢旋转轴柄，电阻值应逐渐增大，表头中的指针应 平稳移动。当轴柄旋至极端位置“3”时，阻值应接近电位器的标称值。如万用表的 指针在电位器的轴柄转动过程中有跳动现象，说明活动触点有接触不良的故障。 2. 光敏电阻的检测。 A ?用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值 接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电 阻已烧穿损坏，不能再继续使用。B ?将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用 表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小。此值越小说明光敏电阻性能越好。若 此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。C ?将光敏 电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受 光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位 置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。32河北农业大学 2007 届毕业论文结论现代化的生活离不开电能的使用,但目前电能的浪费已成为人们普遍关注的问题, 随着电子技术和自动化水平的不断提高,以及各种高准确度,高性能传感器的应用,自 动节能灯具成为人们理想的选择.人体红外线自动感应灯与其他自动控制灯(如,声控, 光控等)相比,具有许多显著的优点:可以避免自然界的声音引起误操作,也可避免白天 亮灯造成的浪费.所以人体红外线自动控制灯必将成为自动照明系统的主流. 我这次毕业设计的电路以集成电路芯片 BISS0001 为中心控制器件,外围电路配有 红外线传感器和光敏电阻可以自动检测人体释放的红外线,并对检测的信号处理和放 大以控制电灯的亮灭,又有 CDS 传感器白天抑制输出. 本课题还涉及到许多模拟,数字 电路和电子线路的知识,成为我大学几年的一次总复习. 通过本次毕业设计，我学到了许多课本上学不到的知识，将自己学到的理论知识 与实际相结合。但由于是初次自己设计电路,在整个过程中也存不少问题,碰到问题是 件麻烦的事,但解决问题本身又是充满乐趣的.33河北农业大学 2007 届毕业论文参 考 文 献1. 集成运算放大器应用精粹 肖景和 人民邮电出版社 2006 年 5 月 2. 肖景和、 赵健 .红外线热释电与超声波遥控电路. 人民邮电出版社 2003,9 第一版 3. 何书森、陈晶、何华斌 .使用模拟电路原理与设计速成. 福建科学技术出版社 2002 第一版 4. 杨崇志 .特殊新型元器件手册. 辽宁科学技术出版社 2001 5. 胡明 .电子器件特论. 北京理工大学出版社 2001 6. 中国集成电路大全编委会 .中国集成电路大全――TTL 集成电路. 国防工业出版 7. 谢云、 易波、 刘冰茹、 王春茹 .现代电子技术实践课程辅导. 机械工业出版社 2003 8. 童诗白、华成英 .模拟电子技术基础. 高等教育出版社 2001 第三版 9 10 11 12 阎石 .数字电子技术基础. 高等教育出版社，2001 第四版 余成波 胡新语 赵勇 传感器与自动检测技术，2004 单丹萍 应耿宾电路设计快速入门，2004 刘舒祺, 施国梁，基于热释电红外传感器的报警系统， 国外电子元器件, 200513 陈有卿， 新颖集成电路制作精选， 北京:人民邮电出版社, 2005 14 李冰,姜 波,汪滨瑜， BZSS0001在热释电红外开关上的应用， 应用技术, 2006 15 陌尘编码解码芯片PT2262 /PT2272作原理， 电子制作, 2004 16 Tiina Havana. 2003 April. Communication in the Software Vulnerability Reporting Process. M.A. thesis, University of Jyvaskyla.，2002 17 M.Morris Mano.Digital Design (Third Education).Beijing:Higher Educationg Press,2002. 18 Daniel E. Geer, Jr. (Editor), Mary Ann Davidson, Marc Donner, Lynda McGhie, and Adam Shostack，2000 19 Analog Devices Inc．CMOS 125 MHz Complete DDS Synthesizer Data Sheet．1996 20 Menozzi G.Eurimus approved 19 projects for total amount of Euro 89 million.MSTnews.2000.534河北农业大学 2007 届毕业论文致谢本研究及学位论文是在我的导师李文山安老师指导下完成的。 从课题的选择到项 目的最终完成，老师都始终给予我不懈的支持。两年多来，老师在学业和思想上给我 莫大的支持和鼓励，他不拘一格的思维方式深深地感染和激励着我，在此谨向李老师 致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢所有教过我的亲爱的老师们，由 于你们谆谆教诲，辛苦的授课，我才能顺利完成学业，谢谢你们。最后我要感谢和我 一起度过两年时光的同学们，谢谢你们在四年对我的关怀和支持，给我的大学生活画 上个完美句号。谢谢大家！35
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