人体红外辐射检测电路课程设计

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1、 XX大学课程设计说明书 2013/2014 学年第 2 学期 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： XXXXXXXX 学 生 姓 名： XX 学 号： XXXXXXX 课程设计题目： 人体红外辐射检测电路设计 起 迄 日 期：201X年05月26日201X年06月06日课程设计地点： XX大学5院楼513、606 指 导 教 师： XXX 【目录】摘要1关键词1第一章 课题要求1.1课题背景21.2设计目的21.3设计内容和要求2第二章 方案分析2.1课题名称32.2主要功能32.3设计思路32.4实现原理32.5主要过程4第三章 电路设计3.1 Protel原理图43.2电气规则检测报告

2、53.3信号检测放大电路53.4信号延时电路53.5电压比较电路63.6电源供电电路7第四章 PCB设计4.1 PCB布线图84.2 PCB覆铜效果图94.3线路焊盘图10第五章 Multisim仿真Multisim仿真电路图：5.1信号检测放大电路115.2延时电路115.3电压比较电路125.4电源供电电路14第六章 主要元件介绍6.1元器件清单156.2主要元件介绍156.2.1 热释电红外传感器RE200B156.2.2 555定时器NE555176.2.3集成运放AD620 19第七章 结果分析结果分析19第八章 设计心得设计心得20第九章 附录 参考文献20 【摘要】红外辐射检测技

3、术在各领域都有广泛地应用，其中基于热释电传感器的人体热辐射检测电路，通过对人体红外辐射的检测，进一步实现了对人体的识别。本文中所设计的红外检测电路设计了包含：信号检测放大电路、延时电路、电压比较电路、电源供电电路四部分，分析了本检测电路的工作原理，并进行了仿真论证。所设计的电路性能可靠、成本低、进一步完善后可应用于防盗、报警、照明等诸多实用电路中。【关键词】 热释电传感器 红外检测 Multisim Protel【第一章】课题要求1.1课题背景随着社会的不断进步和科学技术不断发展，基于热释电传感器的人体红外检测电路价格低廉、制作简单、成本低，安装比较方便，性能比较稳定，灵敏度高、安全可靠等特点

4、，应用前景广阔。1.2 设计目的：本设计是在学习光纤传感技术、光电子技术的基础上，把光电器件应用于红外辐射检测技术中，设计基于热释电传感器的人体热辐射检测电路，是在光电信息综合应用方面开展的一次实践活动，以巩固所学知识、培养动手能力。1.3 设计内容和要求：1)、掌握光电转换器的工作原理、性能，根据实际设计选用相应的光电检测器件；2)、掌握自然界物体辐射红外光谱的原理，理解近红外波段、中红外波段和远红外波段的含义及其光谱特点；3)、掌握红外辐射检测电路设计的原理和组成，基于热释电红外传感器设计红外辐射检测电路，并在protel下画出相应原理图；4)、参考五篇相关论文。【第二章】方案分析2.1

5、课题名称 人体红外辐射检测电路设计2.2 主要功能（1）检测人体红外辐射（2）对检测到的红外波段范围进行区分（3）利用红、绿指示灯显示判断结果2.3 设计思路1、 利用热释电传感器感将红外辐射信号转换成电压信号2、 将脉冲电信号进行延时3、 利用电压比较电路对电信号所在范围进行判断4、 利用变压器和整流电路将220v交流电变成5V直流电为电路供电2.4 实现原理红外线是一种光线，是太阳光线中众多不可见光线中的一种，又称为红外热辐射(Infrared radiation)。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.751.50m之间;中红外线，波长为1.506.0m之间;远红外线，波长为6.0l

6、000m之间。任何高于绝对温度（-273K）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。人体都有恒定的体温，一般在37C左右，会发出10m左右特定波长的红外线。热释电红外线传感器是一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，该元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷。产生微弱的电压脉冲信号，由于脉冲信号不便于处理，利用运放电路对该

7、脉冲信号放大，并通过延时电路将脉冲信号延时，后将该信号接入到由运放组成的电压比较电路中，通过与事先设置的上限电压V1和下限电压V2比较，实现电压在所预先设定的电压范围内时红绿两个指示灯同时亮起，表示检测到得红外辐射为人体红外波段。2.5 主要过程 红外辐射热释电传感器电压脉冲信号延时电路电压信号电压比较电路指示灯【第三章】电路设计3.1 Protel原理图利用Protel设计如上电路图，整个电路分为四部分：信号检测放大电路、信号延时电路、电压比较电路、电源供电电路，并利用网络标号将三部分电路连接。3.2 电气规则检测报告3.3 信号检测放大电路 图中JP1代表热释电传感器RE200B，U1为运

8、算放大器AD620，JP1的2管脚为信号输出端，将其与运放的输入端3管脚相连，当热释电传感器接收到红外辐射刺激时，产生脉冲电压，通过JP1-3与U1-3，将信号传送至放大电路，该电路电阻值为R1=50，放大倍率为G，R1=49.4K/（G-1）,即G=1000，上图所示放大电路将信号放大1000倍。3.4 信号延时电路 信号延时电路主要由555定时器NE555组成，采用了单稳态的电路接法。3.5电压比较电路 电压比较电路主要由两个运放AR1、AR2构成，因为热释电脉冲电压微弱，在人体热辐射刺激下电压变化1mv左右，经放大电路放大后为1V左右，大致在1V到2V之间，所以将AR1的负输入端和AR2

9、的正输入端分别接入1V和2V电压，作为与输入电压进行比较的参考电压，当输入电压值高于2V时AR1输出端为高电平，AR2输出低电平，即只有LED-D1亮起，当输入电压低于1V时AR2输出端为高电平，AR1输出电压平，即只有LED-D2亮起，只有当输入电压在1V到2V之间时，AR1和AR2才同时输出高电平，即D1、D2同时亮起，表示所测热辐射在人体热辐射范围内。3.6电源供电电路 电源供电电路由两部分构成，一是由变压器构成的降压电路，即将220V交流电变成低压交流电，再通过桥式整流电路将该交流电压信号转换为5V的直流信号，为整个电路供电。【第4章】PCB设计【PCB图】： 利用Protel软件制作

10、如上图示PCB电路图，采用双面制板，整个电路板长约74mm、宽约62mm，经手动布线后，横向布线多在顶层采用红色连线，纵向布线多在底层采用蓝色连线，横纵交错，使电路相互隔离，各元件排列紧凑，连线密布，显示部分位于电路板中下部，左侧为热释电探测器部分，右上角为电源接入部分和电源指示灯。【效果图】： 利用软件的仿真功能，制作了如上图所示的效果图，上图展示了电路板的实际制作效果，白色轮廓为各元件的实际封装，铜色线路为电路板顶层的实际布线效果。【线路焊盘图】： 上图清晰的显示了各元件在电路板的位置及连线、焊盘布局情况，展示了双面板两侧所有线路的连接情况。【第5章】Multisim仿真【Multisim

11、仿真原理图】：1、信号检测放大电路：上图中V2=1mv模拟了人体红外辐射引起的热释电输出电压变化，经过运放电路放大后，运放输出电压约为1V，即实现了对输入信号的1000倍放大。2、延时电路： 示波器对输入、输出信号的显示结果：电压信号经放大器放大后接入上图所示延时电路，绿色波形代表输入信号，红色波形代表输出信号，由示波器显示可知，该延时电路实现了对信号的5倍延时。3、 电压比较电路 下图中V1、V2、V3三个电压分别代表了三个经放大、延时电路处理后的信号电压，V2模拟人体红外辐射产生的电压值，V1、V3分别模拟高于人体和低于人体红外辐射的物体。 当V1=0.9V接入电压比较电路，红灯亮起，即表

12、示该物体产生的红外辐射低于人体辐射。 当V3=2.1V接入电压比较电路，绿灯亮起，即表示该物体产生的红外辐射低于人体辐射。当V2=1.2V接入电压比较电路，红灯、绿灯同时亮起，表示该检测电路所检测的电压在预先设定的电压范围内，即说明热释电所测红外辐射在人体红外辐射范围内。4、 电源供电电路 220V交流电经变压器降压后再经整流电路，变化为5V直流电源。【第6章】主要元件介绍6.1元器件清单6.2主要元件介绍6.2.1热释电红外传感器RE200B实物图：内部结构示意图： 灵敏元面积 2.01.0mm2；视场 139126输出信号 2.5V (420k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz 带宽72

13、.5db增益)平衡度 20%；工作电压 2.2-15V工作电流 8.5-24A (VD=10V,Rs=47k,25)源极电压 0.4-1.1V (VD=10V,Rs=47k,25)工作温度 -20- +70；保存温度 -35- +80热释电传感器的内部结构由敏感元件、场效应管，高阻值电阻，滤光窗，菲涅尔透镜等构成。热释电体是一种具有强烈自发极化效应的电介质材料如锆钛酸铅（PZT）陶瓷、钽酸锂（LiTaO3）单晶体等，这类介质的表面平时靠捕获大气中的浮游电荷保持平衡，当受到热辐射而产生温度变时，介质内部极化状态随之发生变化，由于内外层电荷变化速度发生“失步”现象，使得介质表面出现热释电效应。热释

14、电传感器采用的干涉滤波片的厚度一般为814 m，而人体辐射红外线的波长大约在10 m左右，因此，传感器能够探测到是否有入进入了探测区域。由于热释电传感器的输出阻抗极高，而输出电信号微弱，故在其内部装设FET及偏置电阻，以进行信号放大及阻抗匹配。 对于传感器感受到的红外信号，热释电传感器通过安装在前端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。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许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。热释电元件的等效电阻高达1010，为了获得最佳噪声系数，必须进行

15、阻抗匹配，前置极一般采用高输入阻抗，低噪声JFET与其匹配。制作时，热释电体、输入电阻器、第一级JFET通常封装于一个管壳内，成为一个不可分割的整体。等效电路如下图所示。第一级JFET输出信号的信噪比由热释电红外传感器决定。同时，为了使热释电红外传感器只对红外光谱中某一段红外辐射敏感，必须在热释电体前设置滤光片。当热释电红外传感器作为入侵防盗报警使用时，主要是使热释电红外传感器波长在0.220m范围内几乎是稳定不变的，在传感器的设计中，热释电体表贴上波长为710m的滤光片，这样可以避免太阳光的辐射和其他的红外辐射的干扰，从而减少虚报。6.2.2 555定时器NE555 555定时器是一种模拟和

16、数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。（1）实物图引脚排列如下图所示：（2） 555定时器内部电路图：（3）各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用

17、时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：高触发端TH。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，（4）555时基电路的功能表如下表示。清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能00导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零6.2.3 集成运放AD620 AD620是一个低成本，高精度的仪表放大器，使用方便，仅需使

18、用一个外部电阻即可设置增益。其放大倍数为1-10000，为精度考虑，在放大5000的时候最为准确。（1）实物图引脚排列如下图所示： （2）各管脚功能：P1与P8脚接外部增益设置电阻；P2与P3脚是输入端；P6脚是输出端；P4与P7脚接5V电源；P5是输入参考电压400mv 【第七章】结果分析 本次课程设计，通过对电路的原理分析和仿真论证，证明该电路可以利用热释电传感器实现对热辐射的探测，将红外辐射信号转换为电压信号，并能将微弱的电压信号进行放大，将短暂的脉冲信号进行延时， 并利用电压比较电路对采集到的电压信号进行大致的范围判断，从而实现了对人体红外辐射的探测和识别。【第八章】设计心得心得体会：

19、通过本次课程设计，更深入的了解了热释电传感器，555定时器，集成运放AD620等器件的运用，理解光电转换的原理以及自然界物体红外光谱的一些知识，学到了很多以前没有了解过的知识，让我更加清楚的了解到理论知识与实践能力的差别，培养了我的独立思考能力，发现问题和解决问题的能力，同时发现了自己的不足之处，有待进一步学习，在未来的学习过程中应更好的适应和提高自己。【第九章】附录参考文献：1、郝晓剑，李仰军.光电探测技术与应用. 北京：国防工业出版社, 20092、陈汝全 电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社, 20043、王庆友 光电技术. 北京：电子工业出版社，20134、韩焱，张艳花，王康

20、谊.数字电子技术基础. 北京：电子工业出版社, 20095、江月宋 光电技术实验. 北京：航空航天出版社, 20121. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9

21、. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪

22、的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集

23、终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力

24、检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于

25、单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于

26、单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片

27、机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表

28、的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系

29、统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！