红外感应开关的设计.doc

摘 要本文介绍了红外线感应开关的原理，采用热释电红外探头将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，制成红外热释电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到暗光灯亮和人来灯亮的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。关键词：红外线 感应开关 暗光灯亮 节能目录摘 要I1绪论12红外感应开关原理22.1 红外线感应开关电路原理22.1.1光敏电阻式光控开关的原理及作用22.2 红外感应开关电路的控制方式32.2.1 红外光波谱32.2.2 红外收发系统42.3 红外控制和传统开关控制的比较52.3.1传统开关的缺陷52.3.2红外线感应开关的优势53方案的设计53.1 方案设计53.2 电路框图及其功能64结论75参考文献8 1绪论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。它目标正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。 以替代传统光源的节能环保光源。LED以其较之于传统照明光源所没有的优势，诸如较低的功率需求、较快的响应速度、绿色环保以及不断快速提高的发光效率等，成为目前我国今后照明系统发展的方向。基于目前国内国际形势，尤其是能源紧缺，智能照明必是以后照明系统的发展方向。智能照明将会使人们利用起来更加便利，改善家庭环境，不仅为建筑照明提供多种的艺术效果，而且使灯具控制和维护变得更为简单，而且具有可靠性高、安装布线容易。智能化已经成为当今建筑发展的主流技术，涵盖从空调系统、消防系统到安全防范系统以及完善的计算机网络和通信系统。但是长期以来，智能照明在国内一直被忽视，大多数建筑物仍然沿用传统的照明控制方式，部分智能大厦采用楼宇自控（BA）系统来监控照明，但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。相比之下，智能照明系统体现出强大的优越性，它在智能建筑中的应用越来越广泛。智能照明系统在智能建筑中的应用效果如下：a.改善工作环境，提高工作效率。b.可观的节能效果。智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术，能对大多数灯具进行智能调光。当室外光较强时，室内照度自动调暗，室外光较弱时，室内照度则自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。除此之外，智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式，通过智能化管理实现节能。c.提高管理水平，减少维护费用。智能照明控制系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理，不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去，而且将大大减少大楼的运行维护费用，并带来较大的投资回报。2红外感应开关原理2.1 红外线感应开关电路原理功能特点：基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载。人不离开且在活动，开关持续导通；人离开后，开关延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能。具有过零检测功能：无触点电子开关，延长负载使用寿命。应用光敏控制，开关自动测光，光线强时不感应。安装调试，因开关左右两侧比上下两侧的感应范围大，所以安装开关时，应使其正轴线与人的行走通道方向尽量相垂直，这样可以达到最佳感应效果。安装好开关后加电，当环境光线充足时，开关进入监控状态，用物体遮住环境光线使开关感应工作，人不离开且在活动，开关将持续工作；人离开后，开关自动延时关闭负载。安装好开关后加电，当环境光线不足时，开关直接进入监控状态，人不离开且在活动，开关将持续工作。红外光控灯电源开关电路由光敏电阻式光控开关电路，红外发射电路和红外接收、控制电路组成。2.1.1光敏电阻式光控开关的原理及作用当照度下降到设定值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端点位升高，使VT导通，VT的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现外电路的控制。将光控开关应用于红外线感应灯控制系统中可以提高节能。通过光敏电阻来分析环境的光强度，在光线较强时，不触发开关电路中的探头；当光线较弱时，自动触发开关电路来控制灯具，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。 光控开关电路和红外发射电路图如下：图2.1 光控开关电路 图2.2 红外发射电路图2.2 红外感应开关电路的控制方式 以下主要介绍红外线及其控制的基本原理。红外光发射及红外发收系统的组成，红外遥控系统的基本结构和控制方式。2.2.1 红外光波谱通常，将电磁波波谱中间间隔为0.76到1000m的波普段称为红外光谱区。一般把红外光谱分为即近红外、中红外、中远红外和远红外区四个区域。采用近红外光作为红外遥控的光源，其原因主要如下：一般的接收用的光电二极管、光敏三极管大都采用硅半导体材料制作而成，这类管子对波长为780到1550nm的红外光的探测灵敏度最高。红外光发射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs等半导体材料制作的红外发光二极管，发射波长在880到1700nm范围内，这与硅光电接收器件的相应波长相匹配，使探测灵敏度高，提高了工作效率。2.2.2 红外收发系统a. 驱动方式红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光，投入到实践当中。驱动方式除直流电流驱动方式外，发光二极管还有交流电流驱动方式和脉动电流驱动方式等。在红外遥控系统中，通常采用脉动电流驱动方式，即脉冲式红外光发射方式，而不采用恒定直流驱动方式，即平均发射方式，b. 红外接收系统的组成红外光遥控接收系统主要由红外发射电路和红外接收电路组成。在红外发射电路中，脉冲信号由波形发生器产生，经驱动级放大后驱动红外发光二极管，使红外发光二极管发射出一列等幅的红外光脉冲信号。c红外遥控系统的控制方式红外光遥控系统分为单通道红外遥控开关方式、单通道步进式红外遥控方式、双光束红外遥控方式、多通道红外遥控方式。 2.3 红外控制和传统开关控制的比较2.3.1传统开关的缺陷没有简单的方法实现全开全关的操作，离家前还得检查一遍是否所有的灯已经关闭，非常麻烦。双控开关布线复杂，更无法实现三控和多控。在装修好的房子里增加灯和开关，就会破坏装修，房间越大就越不方便。关灯原理不合乎节能的要求。因力，由于关灯不方便，造成关灯不及时而浪费电。没有调光功能，有的时候灯太亮却无法调暗，刺激人眼，而且费电，只有更换灯泡才能解决问题。 2.3.2红外线感应开关的优势集中控制和多种操作功能：在任何一个地方的终端均可控制不同地方的灯；或者是在不同地方的终端可以控制同一盏灯。开灯时，灯光由暗逐渐变亮，关灯时，灯光由亮渐渐变暗，避免亮度的突然变化刺激人眼，给人眼一个缓冲，保护眼睛。而且避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击，保护灯泡，延长使用寿命。3方案的设计3.1 方案设计采用一种单光束、单通道的控制方式,此方式是最简洁的红外线遥控方式。执行机件可以是继电器或可控硅器件，达到控制对象开、关的目的。下图给出了单通道红外遥控开关电路的组成。 图3.1 单通道红外遥控开关电路3.2 电路框图及其功能红外发射电路和红外接收、控制电路两部分组成了红外光开关电路。红外发射电路主要以一只时基集成电路555为核心。红外接收、控制电路包括红外光电转换器、施密特触发器、双稳态触发器和可控硅触发电路。 图3.2 电路设计框图及其功能当无外光照时，光电三极管呈高阻态；当有外光照时，光电三极管呈低阻态，使D触发器的状态变化一次，使VS导通（或截止），实现对灯或其他负载的控制。当开关接通又断开时，555输出振荡脉冲驱动发出红外光指令信号，此时红外接收、控制电路接收到指令信号，D触发器的状态变化一次，使双向晶闸管导通，使电灯电源导通，灯正常工作。 当开关再次闭合又断开时，同样的过程使D触发器的状态再次变化一次，使灯的电源断开，灯停止工作。4结论按照该流程设计电路若要设计出一个性能不错的电路，现在谈论结果尚为时过早，理论与实践并不是一味的互相吻合，它们往往会存在误差甚至让你无从琢磨和下手，这就需要我们用实践去证明它，只有如此，才能发现错误并有所收获，这正是我们为此而疯狂的目的。当然，虽说事物本身具有相对性和绝对性，但仅此实验我们不能抱以绝对上的观念去看待，否则，即使设计的电路再怎么样，若照样还是一头雾水，不能分清实践与理论之间的差别，那么做此实验的意义就荡然无存了。本实验电路还需要加以改进，这将在后续的实践中去实现它。 5参考文献1 江月松 阎平 刘振玉.光电技术与实验M.北京：北京理工大学出版社，20002 康华光. 电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20033贾伯年，俞朴，宋爱国传感器技术M.东南大学出版社，20074栾桂冬，张金铎，金欢阳传感器及其应用M.西安电子科技大学出版社，20025杨永才，何国兴，马军山光电信息技术M.东华大学出版社，2009