1、- I -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。该设计采用红外线反射式电路结构，红外线发射器与接收器需安装在同一方向的同一平面内，使发射器与接收器成为一体化结构，并使用同一个电源供电。这种工作方式适应电路的长期待机、短时间工作的工作状态。通过已学的模拟电路相关知识及红外线感应灯控制开关电路知识，再利用由光敏电阻组成的光敏电路来控制感应灯开关的触发与否，将控制开关与节能灯组成楼道照明系统。利用红外感应技术和光学原理，通过控制电路来实现智能开关的，当人体进入感应范围内时，专用传感器探测到移动热源（人体红外线光谱）
2、的变化，就会自动把灯点亮，当人离开之后，在预先设定的延时时间后，灯便会自动熄灭。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能。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。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 红外辐射 探测区域 照明- II -ABSTRACTThis paper introduces the principle of the infrared sensor switch, the use of pyroelectric infrared
3、 sensor will receive the weak signal to be amplified, then drive the relay, made of piezoelectric infrared sensor switch. This design uses infrared light reflex circuit structure, infrared receiver transmitter and should be installed in the same direction, the same plane transmitter and receiver bec
4、ome integrated structure, and use the same power supply. This way of working right of the circuit to longterm and short-term work on standby working condition. Through the analong circuit design infrared sensor lamp control knowledge reusing switch circuit, by the photosensitive resistors light sens
5、or circuit to control induction lamp switch triggered or not, will control switch and energy-saving family lighting system.Using the infrared sensing technique and optical principle, through the control circuit to realize intelligent switch. When people enter induction range, special sensors to dete
6、ct human infrared spectroscopy , will be the lamp, and when people leave, after a predetermined time delay, lights will to the lamp, people from the light energy security, convenience. The design can be used as enterprises, hotels, shopping malls and residential corridors, stairs, elevators, bathroo
7、ms, warehouse, etc. The automatic switch, act as a “people to light from the light, people take the light from the off“ role, both new and convenient and conservation of electricity, in some places but also play a preventive role in deterring theft. The design of simple structure, itself does not se
8、nd any type of radiation, the device power consumption is very small, cheap, good for hiding, and wide application, it can be extended to achieve practical application. Key words: Infrared ray Sensor switch Infrared radiation Detecting area Lighting- III -目录摘 要 .IABSTRACT II目录 III第 1 章 前言 11.1 课题的背景
9、 11.2 红外线感应楼道照明系统的现状和发展 21.3 热释电红外传感器的楼道照明系统设计的目的 31.4 热释电红外传感器的楼道照明系统设计的意义 31.5 红外线感应灯控制系统的优点 4第 2 章 红外线感应楼道系统的总体设计 62.1 热释电红外感应开关简述及原理 62.2 红外线感应开关电路的控制方式 72.3 应用简述 .82.4 人体红外线楼道自动照明系统电路 92.4.1 BIS0001 的概述及原理 92.5 红外线遥控调光灯电路的设计及原理 152.6 红外控制和传统开关控制的比较 19第 3 章 光电器件 203.1 光敏电阻 203.1.1 光敏电阻的结构及工作原理 .
10、203.1.2 光敏电阻的主要参数与基本特性 .233.1.3 光敏电阻的应用 .243.2 可控硅元件的工作原理及基本特征 243.2.1 可控硅简介 .243.2.2 工作原理 .283.2.3 基本伏安特性 .293.2.4 可控硅的触发导通 31第 4 章 热释电红外传感器的设计 324.1 传感器 324.1.1 元器件的选择 .324.1.2 热释电红外线传感器的基本结构和原理 .324.2 红外传感器的应用 394.2.1 光控电路原理 .394.2.2 红外传感器的应用 .394.3 热释电红外线传感器的优缺点 404.2.1CDS 传感器 .42第 5 章 基于红外线传感器的
11、智能照明系统的硬件设计 435.1 系统及工作流程设计 435.1.1 双元热释电红外传感器的工作原理 .455.1.2 信号处理电路设计 .465.2 电路原理图 .48- IV -5.3 电路的工作原理 49第 6 章 电路制作问题 516.1 整体电路制作问题 516.1.1 元件的散热问题 .516.1.2 电子电路的静电保护 .52第 7 章 结 论 53第 8 章 致谢 54参考文献 55xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 1 -第 1 章 前言1.1 课题的背景节能与环保已经成为当代产品开发的首要考虑因素和最大卖点。由于我国在新能源研发方面处于落后局面，目前市场上的普通船型开
12、关、拉线开关占据着灯具开关市场的主要位置。然而由于许多不可控因素的出现及人们日常习惯所限，造成了大量的电能的浪费。这种现象在我们的生活中随处可见。空无一人的教室十多盏日光灯依然亮着，非常安静的楼道内灯火通明，卫生间无人使用却不熄灭灯光全国每年因此而损耗的电能可以以亿度计量，同时因灯具使用时间的过长，也缩短了灯具的使用寿命，频繁的更换灯具也造成了人力、财力的大量浪费。所以通过这种直接和间接的损耗，每年电能的损失就达数亿元。近十年以来，随着我国建筑体系的不断发展，也对照明系统提出了更高的要求。随着大量采用电子技术的家用电器面市, 住宅电子化出现。近几年楼宇智能化（智能家居是以家为平台，兼备建筑、网
13、络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的家居环境）又飞速发展起来，其中实现自动照明系统可以减少电能浪费成为实现现代化住宅的重要一笔。本课题从实际出发，准备对红外线楼道自动照明系统进行探索，随着现代化的高速发展,工业、农业、商业、教育等行业的用电量都大幅度增加,在这种情况下电能的浪费成为人们普遍关注的问题。电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用于我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。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
14、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，xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 2 -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。它目前正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。因此，如何有效的减少照明用电的浪费和更好的管理照明系统已成为一个不可忽视问题。1.2 红外线感应楼道照明系统的现状和发展国内外研究综述智能照明系统的研究在国内外早就开始了，并投入市场，让人们尝试到它的魅力，但由于成本较高，
15、因此没有被广泛普及。而在我国，智能照明系统才刚刚起步，技术上有所欠缺，致使性能不稳定；另外成本较高，只有极少数人可以消费，但它的市场越来越大，国内外都在大力研究新型的智能照明系统以满足消费者的需求。我国照明缺乏独创产品，模仿产品居多，基础加工落后，只顾外表，轻视功能，产品的品种比较单一，性能较差。尤其是在智能方面，缺乏创新，与国外智能灯具在技术研究方面有着不小的差距。我国现阶段的照明系统一般采用主电源配电箱分成多路配电输出线，提供照明灯回路用电，由串接在照明灯回路中的开关面板直接接通或断开供电线来实现对灯的控制，灯只有开和关两种状态，无逻辑时序及亮、暗调光控制，因而无法形成各种灯光亮度组合的场
16、景及系统控制。全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展急需解决的问题。每年照明电能消耗约占全部电能消耗的12%15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可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，成为我国今后照明系统的发展方向。基于目前国内国际形势，尤其是能源紧缺，智能系统必是以后照明系统的发展方向。智能照明将会使人们xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 3 -利用起来更加便利，改善家庭环境。不仅为建筑照明系统提供多种艺术效果，而
17、且使灯具控制和维护变得更为简单，还具有可靠性高，安装布线容易等优点。1.3 热释电红外传感器的楼道照明系统设计的目的本课题是利用热释电红外传感器来设计一个楼道照明控制系统，通过本设计了解热释电红外感应楼道照明系统的工作原理，进而研究红外线感应楼道照明系统的设计方法。通过已学过的模拟电路的知识设计红外感应灯控制开关电路，再利用由光敏电阻组成的光敏电路来控制感应灯开关的触发与否，将控制开关与节能灯组成楼道照明系统。1.4 热释电红外传感器的楼道照明系统设计的意义现代化家居照明系统要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的家居照明系统中，一般都是综合布线，使用单开关来控制，灯具的寿命短，较费
18、电。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域越来越重要。而在商品房的建设热潮中，各大楼盘和房地产也意识到了智能照明的重要性。使用智能照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势。红外智能节电开关由于触发的时候不需要人发出任何响声，而是人走过时身体向外界散发红外热量，最终控制灯具的开启；当人离开后，经过一定的时间的延时，灯自动熄灭。因为不同于声光控灯，不需要声音和开关控制，从而避免了升空噪音的干扰，同时因为它是感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能的效果。现在的公共场所照明，如公共走廊及楼梯间，应用最多的还是
19、几年xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 4 -前出现的声光控制延时灯具和开关，这种灯具和开关的出现，实现了人来灯亮，人走灯灭，目前已经成为公共场所照明开关的主流产品。当然，这种产品在某种程度上说确实达到了节能的效果，但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制，这种声光控灯具和开关自动控制的实现需要超过 60dB 声音的配合，这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。随着社会的发展和人们对生态环境的重视，这种声光控灯具和开关已远远不能满足人们的需要，这就要研究一种更加节能和环保的自动照明控制技术，以满足人们对高质量生活的需求。红外感应楼道照明系统是以成熟的红外感应技术
20、为平台，加入更多的高兴技术元素而形成的一种具有广阔市场前景的高科技产品，它的出现弥补了声光控技术的缺陷，它的自动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件的配合，而是人走过时身体向外界散发红外热量，最终实现它的自动控制功能。1.5 红外线感应灯控制系统的优点随着现代科技进步的不断发展，人们物质文化和精神生活水平迅速的提高，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
21、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：(1)改善工作环境，提高工作效率。xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 5 -(2)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（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）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。(3)提高管理水平，减少
22、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。（4）实现照明控制智能化。采用智能照明系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 6 -第 2 章 红外线感应楼道系统的总体设计2.1 热释电红外感应开关简述及原理任何温度超过绝对零度（-273 摄氏度）的物体都会发出电磁辐射。人体温度产生的辐射在光谱中属于红外线的范围。红外感应器，也称为活动探测
23、器，能对活动的人体热能辐射做出反应，自动开启和关闭电源。而人体各部分的温度存在差异，这就使得人体成为最方便的开关。任何发热物体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化上，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不不向输出信号。而传感器的低频响应（一般为 0.1Hz 10Hz）和对特定波长红外线（一般为 5m15m）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动缓慢的人体不敏感。它可以抗可见光和大部分红外线
24、的干扰。普通人体会发射 10m 左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否。当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为 10m 左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人进入探测区域内，人体红外辐xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 7 -射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，由于两片
25、热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，因此不能抵消，于是输出检测信号。人体是一特定波长红外线的发射体，由红外传感器检测到这种红外线的变化并予以放大选频处理后，可以推动适当的负载，即人体红外自动开关。这一检测技术较之超声、哑声、微波方式更为灵敏与准确。它要求 PIR 热释电人体红外传感器的信号放大处理电路有很高的灵敏度并要能准确鉴别生物体与非生物体的运动，使误动作率降到最小，且体积小，自耗电少。采用热释电红外传感器及专用单片集成电路构成的这种开关能达到人到灯亮、人走灯灭的效果。它安装方便，可直接替换面板式开关，无需改动线路。2.2 红外线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
26、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(1)红外光波谱红外光又称为红外线或红外辐射。红外光是一种电磁波，人眼看不见。通常，将电磁波波谱中间间隔为 0.76m 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 780nm 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 880nm 到 1700
27、nm 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，升高了工作效率。xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 8 -(2)红外收发系统 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。 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，
28、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。 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。 红外遥控的基本原理主要介绍红外遥控的发射电路原理和红外接收、控制电路原理。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或可控硅组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再将所得到的电信号送达到后置放大器。 xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 9 -2.3 应用简述安装只需火线、零线。它能够智能探测光度和感应区域
29、内是否有人在活动，只有当环境温度低于感应器设置的光敏值，并有人在感应区域内活动时感应器才会启动其连接的负载。当人离开感应区域，感应器进入延时状态，待已设置的延时时间断过后，感应器自动关闭其连接的负载。2.4 人体红外线楼道自动照明系统电路该电路的主要元件是热释电红外传感器，因其抗干扰性好、探测灵敏度高、工作温度范围宽等优点被广泛应用于防盗报警、自动门、 感应灯、自动水阀、自动马达控制等工业和生产领域。BISS0001 是专为热释电红外传感器（PIR）配套设计的集成电路，采用 CMOS 工艺制造，具有性能指标高、一致性好、功耗低、外围电路简单、安装调试方便、工作可靠性高等优点。2.4.1 BIS
30、0001 的概述及原理BIS0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。（一）芯片特点：（1）CMOS 工艺制造；xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 10 -（2）数模混合；（3）具有独立的高输入阻抗运算放大器；（4）内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰；（5）内设延迟时间定时器和封锁时间定时器；（6）采用
31、 16 脚 DIP 封装。（二）管脚功能：（三）管脚说明：引脚 名称 I/O 功能说明1 A I 可重复触发和不可重复触发选择端。当 A 为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2 VO O 控制信号输出端。由 VS 的上跳变沿触发，使 Vo 输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间 Tx 之外和无VS 的上跳变时，Vo 保持低电平状态。3 RR1 输出延迟时间 Tx 的调节端xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 11 -4 RC1 输出延迟时间 Tx 的调节端5 RC2 触发封锁时间 Ti 的调节端6 RR2 触发封锁时间 Ti 的调节端7 VSS 工作电源负端8 VRF
32、 I 参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9 VC I 触发禁止端。当 VcVR 时允许触发(VR0.2VDD)10 IB 运算放大器偏置电流设置端11 VDD 工作电源正端12 2OUT O 第二级运算放大器的输出端13 2IN- I 第二级运算放大器的反相输入端14 1IN+ I 第一级运算放大器的同相输入端15 1IN- I 第一级运算放大器的反相输入端16 1OUT O 第一级运算放大器的输出端xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 12 -（四）工作原理简介：BIS0001 是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模
33、混合专用集成电路。1. 不可重复触发工作方式利用图 2-1 所示的不可重复触发工作方式下的波形来说明其工作过程图 2-1 不可重复触发工作方式波形利用图 1 所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程，下面以图 2-2 为其内部结构示意图：xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 13 -图 2-2 内部结构示意图首先，根据实际需要，利用运算放大器 OP1 组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器 OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为 VM(0.5VDD)后，将输出信号 V2 送到由比较器COP1 和 COP2 组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号 Vs。由于V
34、H0.7VDD、VL 0.3VDD ，所以，当 VDD=5V 时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3 是一个条件比较器。当输入电压 VcVR 时，COP3 输出为高电平，进入延时周期。 当 A 端接“0”电平时，在 Tx 时间内任何 V2 的变化都被忽略，直至 Tx 时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当 Tx 时间结束时，Vo 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期 Ti。在 Ti时间内，任何 V2 的变化都不能使 Vo 跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。2 可重复触发工作方式xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 14 -图
35、 2-3 可重复触发工作方式波形图以上图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。 可重复触发工作方式下的波形在 Vc=“0”、A=“0”期间，信号 Vs 不能触发 Vo 为有效状态。在 Vc=“1”、A=“1”时， Vs 可重复触发 Vo 为有效状态，并可促使 Vo 在 Tx 周期内一直保持有效状态。 在 Tx 时间内，只要 Vs 发生上跳变，则 Vo 将从 Vs 上跳变时刻起继续延长一个 Tx 周期；若 Vs 保持为“1”状态，则 Vo 一直保持有效状态；若 Vs 保持为“0”状态，则在 Tx 周期结束后 Vo 恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti 时间内，任何 Vs 的变化
36、都不能触发 Vo 为有效状态。（五）BIS0001 的热释电红外开关应用电路图：xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 15 -图 2-4 BIS0001 的热释电红外开关应用电路图上图中，运算放大器 OP1 将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由 C3 耦合给运算放大器 OP2 进行第二级放大，再经由电压比较器COP1 和 COP2 构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号 Vs 去启动延迟时间定时器，输出信号 Vo 经晶体管 T1 放大驱动继电器去接通负载。上图中，R3 为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3 的电阻值会降低，使 9 脚的输入保持为低电
37、平，从而封锁触发信号 Vs。SW1 是工作方式选择开关，当 SW1 与 1 端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当 SW1 与 2 端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间 Tx 由外部的 R9 和 C7 的大小调整，值为 Tx24576xR9C7 ；触发封锁时间 Ti 由外部的 R10 和 C6 的大小调整，值为 Ti24xR10C6。2.5 红外线遥控调光灯电路的设计及原理本电路采用 KA2184 红外线接收专用集成电路制作的红外线遥控调光灯电路如图 2-2 所示。红外线发射由驱动脉冲发生器由 NE555 组成。NE555 时机集成电路产生的 40kHz 的脉冲经放大晶体管
38、 VT 放大后，由xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 16 -SE303 红外线发射管向外发射。图 a 发射器电xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 17 -图 b 接收器电路图 2-5 红外线遥控调光灯电路原理图红外线遥控接收电路由 KA2184 组成。当红外线接收管接收到发射器发出的遥控信号后，经 KA2184 处理后由 7 脚输出低电平。这一低电平直接加到 VT 的基极，使其导通，它的集电极输出的电流在 R4 上端形成一个高电平输出。这一高电平通过 R6 加至 IS7232 调光电路的辅助输入端 6 脚，作为调光的控制信号。xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 18 -IS723
39、2 集成调光电路的 6 脚输入触发信号后，它的 8 脚就会连续输出控制双向晶闸管导通角的控制脉冲，使双向晶闸管的导通角在 410-1590 之间变化。随着双向晶闸管导通程度的变化，电灯也由暗变亮或由亮变暗，从而实现了对电灯的调光。在调光过程中，当需要电灯由暗变亮时，可按住遥控器的发射按键使之不断发送控制信号。这是可以看到电灯在逐渐变亮，当达到所需亮度时立即松开发射按键，这时电灯的亮度便停留在这个状态。如果再继续按下去，电灯又会由亮变暗，直至熄灭。需要注意的是，IS7232 是一种 PMOS 型集成电路，因此它的电源极性与常用的 CMOS 电路相反，及它的场电源端应当接电源的负极，而瑰端则应该接
40、电源的正极。本例电路电源仍采用交流供电、电容降压、二极管半波整流。与其它电容降压的供电电路不同的是，该电源的降压电容器 C6 并联了一只 220tH的电感器，该电感器的作用是用来吸收 IS7232 所产生的谐波，防止其通过电源线干扰其他用电器。本例电路图如图 6 所示采用红外线反射式电路结构，红外线发射器与接收器需安装在同一方向的同一平面内，是发射器与接收器成为一体化结构，并使用同一个电源供电。这种工作方式适应电路的长期待机、短时工作的工作状态。电路中 IC1(NE555)时基集成电路组成的多谢振荡器作为红外线发射管的驱动电路。多谢振荡电路的振荡频率由 R1、R2 、R3 与 C1 的值决定。
41、通常用于红外线的发射的驱动频率为 38-40kHz，电路中采用可调电阻器 R1 将其频率调整在这样范围内，并与接收电路的频率相一致，使接收电路呈最佳接收状态。多谢振荡器的振荡频率可由公式 f=1.443/(R1+R2+2R3)*C1 来计算。当红外线接收管 PH302 接收到红外线反射信号后输入 KA2184，通过电路内对输入信号的放大与解调后，由 7 脚输出低电平。这一低电平通过 R8 驱动 PNP 型晶体管，使其导通，发射极输出低电平，这一低电xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 19 -平又作为下一级单稳态触发器的触发信号。图 2-6 采用 KA2184 的红外感应式延时照明灯电路原理
42、图IC3 是一个由 555 时基集成电路组成的脉冲启动型单稳态触发器平时电路处于稳定态，2 脚为高电平，3 脚输出低电平。当有负脉冲或低电平加至它的 2 脚后，电路立即翻转，3 脚变为高电平，这一高电平使继电器 K 通电吸合，将照明灯的电源电路接通，照明灯 EL 亮。当 IC3 的3 脚输出高电平时，电路进入暂稳态，同时由电源通过电阻器 R11 向电容器 C8 充电。电容器 C8 的充电过程便是该暂稳态的暂稳时间，当 C8充电电压达到电源电压 2VDD/3(6 脚的翻转电压)时，电路翻转，单稳态xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 20 -电路的暂稳过程结束，3 脚变为低电平。继电器 K 失
43、电后释放，断开照明灯的电源，照明灯 EL 灭。电路中，电灯开启后需要保持多长时间，可以通过电路中的电容器C8 的电容量和电阻器 R11 的电阻值来确定.一般情况下，这种单稳态电路的最大延时时间可达 3 分钟。在 IC3 的 4 脚与地之间接有 光敏电阻器RL，它的作用是使电路不能再白天被触发，只有在夜间或光线较暗时才能被触发。它是利用光敏电阻器在白天的亮阻远小于夜间的暗阻这一原理，将 555 时基集成电路的强复位端 4 脚在白天置于低电平，使电路保持复位状态而不能被触发翻转。而在夜间，由于 RL 的电阻值变大，使4 脚恢复高电平，将电路的复位解除，电路进入正常控制工作状态。本电路采用发射、接收
44、一体化固定安装，电路处于长期待机、短期工作的状态，因此采用交流供电方式。交流电源经降压电容器 C11 降压、桥式整流 VD2-VD5、C10 滤波以及 VS1 稳压后向工作电路供电。电路中的 R9 为 9V 电源与 5V 电源之间的隔离电阻器。2.6 红外控制和传统开关控制的比较传统开关的缺陷：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
45、人眼，而且费电，只有更换灯泡才能解决问题。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，xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 21 -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。第 3 章 光电器件3.1 光敏电阻3.1.1 光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件，光敏电阻没有极性，是一个电阻器件。制作光敏电阻的材料一般是金属硫化物，通常采用涂敷
46、、喷涂等方法，早陶瓷基片上涂上半导体薄膜，经烧结而成。光敏电阻(光导管) 在黑暗的环境下，它的阻值很高；当受到光照并且光辐射能量足够大时，光导材料禁带中的电子受到能量大于其禁带宽度 Eg 的光子激发，由价带越过禁带而跃迁到导带，使其导带的电子和价带的空穴增加，电阻率变小。图 3-1 光敏电阻工作原理图光敏电阻的工作原理和结构：当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度 Eg，即xx 理工大学毕业设计（论文）说
47、明书- 22 -式中 和 入射光的频率和波长。一种光电导体，存在一个照射光的波长限 C，只有波长小于 C 的光照射在光电导体上，才能产生电子在能级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。光敏电阻的结构如图 3-2 所示。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极一般采用硫状图案，结构见下图。图 3-2 金属封装的硫化镉光敏电阻结构图它是在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。这种硫状电极，由于在间距很近
48、的电极之间有可能采用大的灵敏面积，所以提高了光敏电阻的灵敏度。图（c）是光敏电阻的代表符号。xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 23 -a b c图 3-3 CDS 光敏电阻的结构和符号:引脚说明：1-光导层；2-玻璃窗口；3-金属外壳；4-电极；5-陶瓷基座；6-黑色绝缘玻璃；7-电阻引线。光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响，因此要将导光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻连接到外电路中，在外加电压的作用下，用光照射就能改变电路中电流的大小，其连线电路如图所示。光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜，因此应用比
49、较广泛。xx 理工大学毕业设计（论文）说明书- 24 -3.1.2 光敏电阻的主要参数与基本特性（1）光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电流暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时在给定电压下流过的电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流。光电流：亮电流与暗电流之差。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过 1M,甚至高达100M，而亮电阻则在几千欧以下，暗电阻与亮电阻之比在 102106 之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。 （2）光敏电阻的光照特性在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系。不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。（3）光敏电阻的光谱特性光谱特性与光敏电阻的材料有关。硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。（4）光敏电阻的
