熱釋電傳感器課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告
總結(jié)報(bào)告 2009年3月4號(hào)，我們十人在共同的目標(biāo)——熱釋電傳感器設(shè)計(jì)下，組成了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，并在以后的四十天里，為我們共同的目標(biāo)一起努力。 第一部分 各周進(jìn)度報(bào)告 第三周，我們開(kāi)了第一次討論會(huì)，大家在認(rèn)真研讀老師給的設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上共同討論了我們?cè)O(shè)計(jì)的主要的功能，及它們的可實(shí)現(xiàn)、實(shí)用性。經(jīng)討論確定了大致的方向，決定在充分查詢資料后于11日最終確定設(shè)計(jì)功能，及組員的分工。經(jīng)過(guò)幾天的資料查詢，大家對(duì)HN911系列模塊有了深一步的了解，我們知道他具有從信號(hào)接收至控制輸出的全部功能。將它的輸出端上接單穩(wěn)態(tài)電路(555)可以驅(qū)動(dòng)繼電器，然后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)門的控制。然后利用經(jīng)延時(shí)電路處理的高平信號(hào)我們可以驅(qū)動(dòng)我們其他模塊的運(yùn)作。 然后，我們確定了基于熱釋電紅外傳感器設(shè)計(jì)的附加功能模塊： 感應(yīng)式照明模塊 有人經(jīng)過(guò)時(shí)照明燈打開(kāi)（由LED代替）。 計(jì)數(shù)功能 用于統(tǒng)計(jì)人流量，每有一個(gè)人經(jīng)過(guò)就計(jì)一次數(shù)，并有數(shù)碼管顯示人數(shù)。 歡迎／報(bào)警語(yǔ)音模塊 在密碼開(kāi)關(guān)控制下，我們的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)歡迎和報(bào)警兩種模式。在關(guān)門期間，密碼開(kāi)關(guān)打開(kāi)為報(bào)警功能，要是有人在門前移動(dòng)，儀器發(fā)出報(bào)警聲音并兩指示燈。在開(kāi)門期間，密碼開(kāi)關(guān)關(guān)閉為歡迎功能，有人來(lái)時(shí)，發(fā)出歡迎聲音。 在功能模塊的確定過(guò)程中，大家積極開(kāi)動(dòng)自己的思維，不斷提出意見(jiàn)，給出自己的想法，逐步完善了我們提出的功能模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)藍(lán)本。另外我們還對(duì)各模塊的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值及使用環(huán)境做了討論。 確定主要功能后，我們進(jìn)行了分工。HN911設(shè)計(jì)延時(shí)及計(jì)數(shù)模塊由張偉、周大進(jìn)、王小峰負(fù)責(zé)，密碼開(kāi)關(guān)功能由:卜興華、劉鵬負(fù)責(zé)，語(yǔ)音模塊由:張倫均、左雄、黃奎林負(fù)責(zé)，光路模塊由:周慶偉，張水兵負(fù)責(zé)。 第四周，在跟老師進(jìn)行交流后了解到HN911模塊由于集成度太高并不符合設(shè)計(jì)要。這周我們完成了元件的初步采購(gòu)，針對(duì)實(shí)際買到的元件我們經(jīng)過(guò)討論對(duì)設(shè)計(jì)原理圖進(jìn)行了調(diào)整，并進(jìn)行了各個(gè)模塊的調(diào)試。最主要的調(diào)整在對(duì)熱釋電傳感器基礎(chǔ)模塊的改動(dòng)，我們采用了自己搭建探測(cè)模塊的方法，這在一定程度上增加了我們調(diào)試的難度，但更鍛煉了我們的動(dòng)手能力。 在功能的初步確定及元件的采購(gòu)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)理論設(shè)計(jì)要與實(shí)踐相結(jié)合，充分考慮設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性及元器件的成本，是否能買到。在能買到的元件的基礎(chǔ)上應(yīng)及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)做出調(diào)整，完善各功能模塊。 在各個(gè)模塊設(shè)計(jì)和元件都到位的情況下我們開(kāi)始了調(diào)試工作，這其中真可謂是困難重重 啊，不過(guò)經(jīng)過(guò)大家的共同努力我們還是實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能的調(diào)試工作。 第六周，在各個(gè)模塊的調(diào)試基本完成后我們展開(kāi)了最后的工作——焊接，這一部分由周大進(jìn)同學(xué)帶領(lǐng)進(jìn)行。在第三周的設(shè)計(jì)過(guò)程中我們就考慮到模塊與傳感器銜接的問(wèn)題，在最后的模塊確定時(shí)，我們就要求每一個(gè)模塊的控制信號(hào)都必須與我們傳感器部分的輸出信號(hào)相匹配，這在一定程度上減小了我們各模塊集成時(shí)的難度。 調(diào)試及焊接過(guò)程中的體會(huì)，遇到的問(wèn)題和具體的解決方案將在在各個(gè)模塊的介紹中詳細(xì)介紹。 第二部分 功能模塊原理圖及功能介紹 1.熱釋電傳感器探測(cè)模塊 (1).PIR工作原理 ①熱釋電效應(yīng) 若某些強(qiáng)介電質(zhì)物質(zhì)的表面發(fā)生變化,隨著溫度的上升或下降,在這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化,這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng),是熱電效應(yīng)的一種。 在鈦酸鋇一類的晶體上,上下表面設(shè)置電極,在上表面加以黑色膜,若有紅外線間歇地照射,其表面溫度上升ΔT,其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化,引起自發(fā)極化電荷ΔP,設(shè)元件的電容為C,則元件兩電極的電壓為ΔP/C。 另外,需指出的是,熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷不是永存的,只要它出現(xiàn),很快會(huì)被空氣中的單個(gè)離子所結(jié)合。因此,用熱釋電效應(yīng)制成的紅外傳感器,往往在它的元件前面加機(jī)械式的周期遮光裝置,以使此電荷周期地出現(xiàn),只有測(cè)移動(dòng)物體時(shí)可不用。 �、跓後岆妭鞲衅鞯臉�(gòu)造 熱釋電紅外傳感器由以下幾部分構(gòu)成:①具有熱釋電效應(yīng)的陶瓷材料;②構(gòu)成電路的鋁基板、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET);③限制入射紅外波長(zhǎng)的窗口材料;④外殼TO-5型管帽和管座。圖1及圖2分別為熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)圖及電路圖,電容的電流發(fā)生器輸出阻抗高,而且輸出電壓信號(hào)又極其微弱,故在管內(nèi)的敏感元件FET上加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。它的等效電路是一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)放大器及厚膜電阻,以達(dá)到阻抗變換的目的。在管殼的頂部設(shè)有濾光鏡(TO-5封裝),而樹(shù)脂封裝的則設(shè)在側(cè)面。 1·內(nèi)接線 2·氧化膜 3·PZT 4·元件 5·鋁件 6·電極 7·接腳 8·FET 9·空洞 熱釋電紅外傳感器電路圖 (2)主模塊電路結(jié)構(gòu) 主電路采用的是BISS00001驅(qū)動(dòng)芯片,它的功能是對(duì)PIR感應(yīng)到的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，使PIR感受到的微小信號(hào)轉(zhuǎn)化成我們所需要的數(shù)字信號(hào).得到所需要的數(shù)字信號(hào)后,我們?cè)倮肂JT的開(kāi)關(guān)特性,控制其它的功能模塊。 BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。下面是它的功能引腳圖： 通過(guò)對(duì)BISS0001的了解,我們?cè)O(shè)計(jì)主模塊的電路圖： 在第一次主模塊電路的調(diào)試過(guò)程中,我們遇到了許多的困難，最初搭出來(lái)的電路沒(méi)有反應(yīng),要么就是沒(méi)有規(guī)律的反應(yīng)。后來(lái)在進(jìn)行了無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)后,我們找到了許多問(wèn)題所在,比如說(shuō)電路搭錯(cuò)了，元件損壞等原因.再吸取多次失敗的教訓(xùn)后,我們較早的搭出了主電路。 在主電路的焊接過(guò)程中,由于沒(méi)有注意到保護(hù)元件，在主電路焊接完成后,發(fā)現(xiàn)電路并不能正常的工作,剛開(kāi)始懷疑是電路接錯(cuò)或者是芯片被燒壞了，后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查,原來(lái)是PIR探頭在焊接的`過(guò)程中,不小心給燒壞了。于是在第一次的焊接經(jīng)驗(yàn)上,我們焊接了第二塊主模板電路,并取得了成功。 2. 計(jì)數(shù)器模塊 本功能模塊可用于計(jì)算通過(guò)該傳感器的人數(shù)有多少，可以廣泛運(yùn)用于圖書館的人流量、商場(chǎng)的客流量、高速公路上的車流量、野外動(dòng)物的考察等多個(gè)領(lǐng)域。 本功能模塊基于熱釋電紅外傳感模塊，由計(jì)數(shù)器以及顯示器三個(gè)部分共同構(gòu)成。當(dāng)有人通過(guò)時(shí)，熱釋電紅外傳感器輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、穩(wěn)壓、恒溫的處理后（在此不再重復(fù)其原理），到達(dá)我們的計(jì)數(shù)器（如下圖：IC2~IC6為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161）。此時(shí)計(jì)數(shù)器由于得到信號(hào)的輸入，記下一位數(shù)。計(jì)數(shù)器再通過(guò)譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器（如下圖：IC3~IC7為CD451）的作用，與二極管組成的顯示器（LND1）連接，顯示器上便會(huì)出現(xiàn)此次計(jì)數(shù)的數(shù)字。此后，若再有信號(hào)輸入，計(jì)數(shù)器便會(huì)再計(jì)數(shù)一次，顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)字。當(dāng)IC2每計(jì)數(shù)十次，便從IC2的CO端輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，IC4便計(jì)數(shù)一次。IC4每計(jì)數(shù)十次，便從其自身CO端口輸出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，IC6便計(jì)數(shù)一次。由此可以組成一個(gè)百位的計(jì)數(shù)器。在我們的設(shè)計(jì)中，我們將IC2 的清零端,加以利用，使我們的模塊有了清零功能。 在認(rèn)識(shí)了計(jì)數(shù)器的工作原理后，我們開(kāi)始設(shè)計(jì)電路,由于時(shí)間所限，如果設(shè)計(jì)兩位的計(jì)數(shù)器,在焊接時(shí)就會(huì)帶來(lái)不便,而且會(huì)影響我們整個(gè)課題的進(jìn)程,所以我們就設(shè)計(jì)了只有一位的計(jì)數(shù)電路,如下圖所示： 我們?cè)谡{(diào)試計(jì)數(shù)器過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在有一個(gè)高電平接入時(shí)，計(jì)數(shù)器有時(shí)會(huì)發(fā)生跳變，原因是TTL芯片引腳懸空是默認(rèn)為低電平，但作為輸入端是必須接高電平或接地，否則會(huì)有噪聲干擾，可通過(guò)接入上/下拉電阻屏蔽干擾。另外若輸入信號(hào)存在毛刺，也會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器的跳變，目前只是想通過(guò)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器的不可重復(fù)觸發(fā)加以解決。 用555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器，具有可調(diào)的觸發(fā)電平，通過(guò)改變控制電壓的大小我們可以屏蔽一部分毛刺信號(hào)的干擾。通過(guò)調(diào)試，我們找到了合適的控制電壓，在7.2V時(shí)可以屏蔽干擾實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的計(jì)數(shù)。 但是在快要焊接的時(shí)候,我們又重新在面包板上調(diào)試了計(jì)數(shù)器,和上次不同的是,我們的主模塊已經(jīng)焊接出來(lái),這時(shí)的輸出信號(hào)比我們之前調(diào)試用的信號(hào)穩(wěn)定,所以在不用555濾波的情況下,我們的計(jì)數(shù)器也能夠正常的計(jì)數(shù),所以就省去了555濾波電路。 3. 密碼鎖模塊 我們用到的主要芯片是GAL20V8B,通過(guò)對(duì)可編程邏輯器件的學(xué)習(xí)，我們?cè)O(shè)計(jì)程序, 編寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的并行密碼鎖，右圖為芯片的功能引腳圖，其中1腳是時(shí)鐘輸入,2、4、6、腳是密碼設(shè)置, 3、5、7是密碼輸入,12腳為接地端,16、17、15、18、19腳為輸出,當(dāng)密碼設(shè)置同密碼輸入完全相同時(shí),芯片15腳輸出一個(gè)高電平,當(dāng)密碼設(shè)置同學(xué)密碼輸入不同時(shí),15腳為低電平。 在電路調(diào)試過(guò)程所遇到的問(wèn)題: 當(dāng)程序在電腦上仿真完全正確后,我們將程序?qū)懭胄酒?可是在實(shí)際的調(diào)試電路中,我們卻沒(méi)能得到所想的結(jié)果和功能,后來(lái)我們發(fā)現(xiàn),我們的時(shí)鐘不標(biāo)準(zhǔn),可是無(wú)論我們是用高頻的晶振,還是用低頻的555電路,都不能使芯片正常的工作,所以在后面的電路的設(shè)計(jì)中,我們沒(méi)有用到時(shí)序. 下圖為密碼鎖的電路結(jié)構(gòu)圖,由于GAL對(duì)工作電源要求比較高，所以我們采用了一個(gè)9V的直流電源進(jìn)行穩(wěn)壓后對(duì)芯片進(jìn)行供電，密碼設(shè)置和密碼輸入分別采用3個(gè)電平開(kāi)關(guān),當(dāng)開(kāi)關(guān)彈起為地電平接電源負(fù)極，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)為高電平接電源正極,V0為密碼信號(hào)的輸出。 4. 歡迎/報(bào)警語(yǔ)音模塊 我們采用的語(yǔ)音報(bào)警芯片是CK9561(四音報(bào)警)，該芯片內(nèi)部集成了四種報(bào)警聲，它的特點(diǎn)是需要的電壓低，電路連接簡(jiǎn)單,我們利用芯片報(bào)警聲中的兩種，以區(qū)分我們的語(yǔ)音模式,一個(gè)為正常的歡迎模式，另一個(gè)為報(bào)警模式,而模式的切換則由密碼控制，下面分別是CK9561的功能電路圖和我們語(yǔ)音模塊的控制電路圖： 在左圖中,開(kāi)關(guān)S1的閉合和斷開(kāi),可以產(chǎn)生其中的兩種報(bào)警聲,我們將S1換成一個(gè)BJT作為自動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)密碼鎖模塊送來(lái)一個(gè)高電平的時(shí)候，使S1閉合，語(yǔ)音芯片切換到報(bào)警模式,當(dāng)密碼鎖模塊送來(lái)的是低電平時(shí),則為正常的歡迎模式，而芯片主電源則由PIR信號(hào)的控制,當(dāng)PIR感受到有移動(dòng)的人體后,通過(guò)BISS0001的處理的,輸出的高電平使BJT導(dǎo)通，將主電源接入語(yǔ)音芯片電路，達(dá)到人來(lái)鈴響的目的。 第三部分 成本計(jì)算 第一次采購(gòu)基本元器件 ——90元 第二次補(bǔ)購(gòu)熱釋電探頭、芯片等——20元 元器件總額為110元。 最后焊接在板子上的元件包括:PIR探頭1個(gè),透鏡1個(gè),BISS0001芯片1塊,穩(wěn)壓管1個(gè),7400、4LS161、74LS248、共陰極數(shù)碼管各1個(gè),LED燈1個(gè),電位器3個(gè),電平開(kāi)關(guān)7個(gè),單刀雙擲開(kāi)關(guān)1個(gè),103電容4個(gè),104電容1個(gè),9013三極管4個(gè),10uF電容1個(gè),47uF電容1個(gè),電阻若干,9V電源1個(gè),七號(hào)電池7節(jié),揚(yáng)聲器1個(gè),電路焊接板1塊。 總計(jì)40元。【熱釋電傳感器課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告】相關(guān)文章：
1.霍爾傳感器原理