實(shí)訓(xùn)四

熱釋電紅外自動(dòng)節(jié)能燈控制電路的制作與調(diào)試

實(shí)訓(xùn)目的

了解熱釋電紅外傳感器、光敏電阻的工作原理。進(jìn)一步熟悉集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用，提高綜合應(yīng)用能力。學(xué)習(xí)制作電子小產(chǎn)品方法，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。練習(xí)編制產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)。

主要內(nèi)容與基本要求

掌握熱釋電紅外自動(dòng)節(jié)能燈控制電路的工作原理計(jì)算電路有關(guān)參數(shù)：A1、A2的電壓放大倍數(shù)；各比較點(diǎn)電壓；延時(shí)時(shí)間。制作并調(diào)試熱釋電紅外自動(dòng)節(jié)能燈控制電路。編寫(xiě)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)。將電路改成具有其他功能的監(jiān)測(cè)控制電路，畫(huà)出電路原理圖。

工作機(jī)

理

熱釋電人體紅外傳感系統(tǒng)是由熱釋電人體紅外傳感器、匹配溫度放大器、比較器及光學(xué)系統(tǒng)等組成。利用熱釋電紅外傳感器，可以制作一種自動(dòng)節(jié)能燈控制電路，當(dāng)有人臨近時(shí)，系統(tǒng)接收到人體的熱釋電而使燈點(diǎn)亮；人離開(kāi)后，燈就熄滅。該控制電路的應(yīng)用不但節(jié)電，且工作可靠方便，大大延長(zhǎng)了燈的使用壽命。該控制電路還可用于防盜報(bào)警、自動(dòng)門鈴及其他需要感應(yīng)人體存在的自動(dòng)控制裝置中。熱釋電紅外傳感器的工作原理

很多物體都能輻射紅外線，但不同的物體所輻射的紅外線的波長(zhǎng)各不相同，人體輻射紅外線最強(qiáng)波長(zhǎng)范圍在9.4μm左右。熱釋電傳感器正是利用鋯酸鉛（PZT）材料制成的敏感元件來(lái)感知紅外線溫度的變化，并輸出微弱的電信號(hào)。傳感器的表面具有紅外濾光片，選出7.5~14μm波長(zhǎng)的紅外線信號(hào)，即只感應(yīng)人體輻射的紅外線，而排除其他物體輻射的紅外線的干擾。熱釋電傳感器輸出的信號(hào)強(qiáng)度是與紅外線輻射強(qiáng)度的變化成正比，因此它只對(duì)運(yùn)動(dòng)中的人體敏感（靜止不動(dòng)的人體其紅外線輻射是恒定的）。

菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)

熱釋電紅外傳感器能夠感應(yīng)探測(cè)紅外線的距離只有1m左右，只有當(dāng)紅外源靠得很近時(shí)方能發(fā)揮其作用。為此，要更好地利用熱釋電紅外傳感器的特點(diǎn)，就需要配備一套合適的光學(xué)系統(tǒng)——菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)。配備菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)后，探測(cè)距離可以遠(yuǎn)達(dá)15m。與傳感器配套的光學(xué)系統(tǒng)有三種：透射式、入射式和折射式。目前市場(chǎng)上以透射式為主。光學(xué)系統(tǒng)把監(jiān)測(cè)空間輻射來(lái)的紅外線聚焦到傳感器，傳感器感應(yīng)的是紅外輻射變化值的大小，而不是絕對(duì)紅外線能量的大小，菲涅耳光學(xué)系統(tǒng)能滿足這些條件。菲涅耳光學(xué)鏡利用光滑的棱鏡或柱狀鏡，使監(jiān)測(cè)空間割裂為一系列交替的狹小紅外“感應(yīng)區(qū)”和“空區(qū)”，人在其間移動(dòng)，就會(huì)使其中有些感應(yīng)區(qū)內(nèi)的紅外線時(shí)有時(shí)無(wú)，傳感器即能接收到紅外能量的變化值，從而大大提高了接收的靈敏度，達(dá)到較大范圍監(jiān)測(cè)的目的?？刂齐娐芳肮ぷ髟砀鶕?jù)上述原理，將傳感器用作感應(yīng)人的到來(lái)，并發(fā)送控制信號(hào)使照明燈自動(dòng)點(diǎn)亮，人走后燈自動(dòng)熄滅。電路包括：傳感器、兩級(jí)放大器、電壓比較器、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路、晶閘管控制驅(qū)動(dòng)電路及電源電路等部分。（如下圖）控制電路的工作電源直接從市電獲得，經(jīng)C16、R18阻容降壓后，由VD2整流，VZ穩(wěn)壓，并由C14、C15濾波，可得到約9V的直流電壓，再經(jīng)7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，提供給電路+5V的穩(wěn)定工作電壓。電路中R5、C4、C5為電源去耦電路，防止傳感器BH因電壓波動(dòng)而輸出錯(cuò)誤信號(hào)。熱釋電紅外自動(dòng)節(jié)能燈控制電路

集成運(yùn)放A3組成電壓比較器。“10”端加了由R12、R13分壓設(shè)置的3V基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓還是運(yùn)放A4的觸發(fā)電壓，“9”端接收A2的輸出信號(hào)，并由R11和RG分壓后獲得。RG采用光敏電阻，白天RG在光照作用下，阻值≥10kΩ，使“9”端電壓≤3V，比較器A3輸出高電位，VD1二極管反偏，使A4組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器無(wú)觸發(fā)信號(hào)，A4輸出高電平，此時(shí)三極管V1、V3導(dǎo)通，V2截止。晶閘管VT無(wú)觸發(fā)信號(hào)，照明燈ZD不亮；夜晚無(wú)光照時(shí)，RG阻值≥1MΩ，人體感應(yīng)信號(hào)經(jīng)監(jiān)測(cè)放大后，使電壓比較器A3的“9”端電壓高于“10”端，A3輸出低電壓，VD1導(dǎo)通，C13放電，A4輸出低電壓，從而使V1、V3截止，V2導(dǎo)通，觸發(fā)晶閘管VT，燈ZD亮。人走后，接收不到紅外線的變化，電容C13通過(guò)RP可調(diào)電阻充電，延遲一段時(shí)間，當(dāng)C13上電壓充到3V時(shí)，A4輸出變?yōu)楦唠娖剑瑹粝?。元器件的選擇

熱釋電紅外傳感器可選用雙元件型，如型號(hào)為RS03傳感器。A1~A4為集成4運(yùn)放，可以選用LM324或TL084等通用型運(yùn)放。RG光敏電阻可以選用MG-45系列中任一種。VZ穩(wěn)壓管需選擇0.5W/9V規(guī)格的即可。R19、C16是降壓元件，其可靠性一定要強(qiáng)，否則將由于它的損壞而導(dǎo)致大面積的電路損壞。R19選用100Ω/0.5W的金屬膜電阻，C16選用0.33μF/630V的電容。晶閘管VT是該電路的控制器件，其參數(shù)的選取取決于負(fù)載的功率，一般功率為60W的燈泡，則選擇1A/400V的雙向晶閘管即可。其余各元器件按電路中所標(biāo)注參數(shù)選配。調(diào)試要點(diǎn)

先不接220V交流電源，而用+8~+9V的直流電源直接加在C15兩端，注意電壓的極性不能接反。在晶閘管的觸發(fā)端和電源正極之間臨時(shí)接一只調(diào)試觀察用的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的正極接正電源，負(fù)極接觸發(fā)端。電路正常時(shí)，有人體接近，發(fā)光二極管會(huì)亮，人離開(kāi)后延時(shí)一段時(shí)間發(fā)光二極管會(huì)熄滅。電源

斷開(kāi)C13電容，接通+8V電源，幾秒鐘時(shí)間后，電路進(jìn)入工作狀態(tài)，若不是這樣，則測(cè)C12兩端電壓是否為+5V，檢查電路中元件有無(wú)接錯(cuò)，或電路中有虛焊等現(xiàn)象。只能控制開(kāi)，不能關(guān)，檢查電解電容極性是否接反。若燈雖亮，但較暗，可適當(dāng)減小R16電阻。C13電容漏電也會(huì)出現(xiàn)燈關(guān)不掉的現(xiàn)象。關(guān)燈延時(shí)時(shí)間可調(diào)節(jié)RP可調(diào)電阻來(lái)控制，時(shí)間調(diào)定后，測(cè)量RP的阻值并換用固定電阻代替。調(diào)