热释电红外自动节能灯电路设计.doc

热释电红外自动节能灯电路设计 一·课程设计背景 近几年，我国经济发展迅速，在各方面都取得了举世瞩目的成绩，人们过上了幸福快乐的日子，但是，在经济的发展却是以资源浪费为代价，所以，在物质文化初步满足的今天，人们越来越注重人与环境的和谐相处，节约资源，保护环境，成为这个时代人们的共同心声。电能是这个年代人类所依赖的能源，作为学生，从身边小事做起，在教室里，无论是人多人少，白天黑夜，灯在无人管理的情况下无时无刻不在亮着，造成了电能的极大浪费，故本文设计了一个很小的电路来实现节能功能。本次设计，通过对模拟和数字电子电路的学习和掌握，自己动手动脑来设计一个热释电红外自动节能灯，通过红外线传感器接收红外信号，并利用555延时器来满足人来灯亮，人走后延时灯灭的要求。 1 引言 此次课程设计我选择了热释电红外自动节能灯设计。此电路控制的灯在白天光线强的时候不会照明，当暮色降临相对光线昏暗的时候，一旦有人进入其红外传感作用区域，电灯就会自动点亮为行人照明，行人远去后，电灯就会自动熄灭，其功能充分体现了节能的特点及应用于生活中的实用性。本延时节能灯可以应用于楼道、卫生间等公共场所。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 红外感应器件将人体发出的红外线感应出电信号，然后将其放大，用放大过后的信号去控制电灯电路的通断。运动的人体发出红外线，Q74能将运动的人体发出的红外线转换成0.3至3Hz的电信号。然后用三极管和集成运放电路将其放大。将放大后的信号输入到电压比较器的输入端，使用双向晶闸管控制电灯的亮灭，使用555组成的当稳态触发器控制晶闸管的通断。 2.2 总体设计框图 总体设计框图如图1所示。 图1 总体设计框图 3 设计原理分析 3.1元件介绍 3.1.1热释电红外传感器 热释电红外传感器是20世纪90年代出现的新型传感器。专门用于检测人体辐射的红外能，用它可以做成主动式（检测静止或移动极慢的人体）和被动式（检测运动人体）的人体传感器，与各种电路配合广泛应用于生活。 热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。 本电路使用的热释电红外传感器是Q74，它由敏感元件、场效应管、阻抗变换器和滤光窗等组成，并在氨气环境下封装。其中敏感元件一般采用热释电材料，主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出20米范围内人的行动。 3.2电路原理图 电路原理图如图5所示。 3.3原理分析 热释电红外自动节能灯的电路由热释电红外传感器、运算放大器电路、双电压比较器、555时基电路、光电开关、可控硅、六部分工作电 路组成。热释电红外开关由热释电红外传感器（由于条件限制，测试时用信号源代替）、VT1、运放IC1，运放IC1和比较电路IC2组成。当有人走近时，传感器检测到行人发出的热红外辐射光谱，它能将移动着的红外光转换呈频率为（0.3～3Hz）的电信号，并经耦合电容器C1加至VT1放大级，预放后的信号加至运放IC1的同向端。IC1采用高增益、低噪声运算放大器CA3140，它与R8、C4及R7、C3等组成低频（0.2～8Hz）的电信号与IC2的5脚上的基准电压（由R10、D1及R11、RP1分压所得）进行比较，当信号足够强时，比较输出一个低跳变脉冲，对555触发器进行触发置位。在白天，光照强，RG呈低阻（亮阻几K～几十K），它与 R15、RP1、分压后，使VT2饱和导通，其饱和管压降仅为0.3V，故将555的4脚牢牢嵌在低电平，因而白天灯不会亮，节能省电；入夜后，光电开关闭合，RG呈高电阻（几M～几十M），它和R15，RP2的分压极大，调节RP2，使VT2的b极电位不高于0.6V，即使9013处于截至状态。555的4脚呈高电平，此时当人走近时，红外感应器感应产生的信号经放大 控制555电路的3端口输出高电平将双向可控硅SCR触发导通，电灯亮。一段时间后，555构成的单