热释电红外传感器的原理和应用

目 录

前 言 ............................................ 2 第一章 设计思路 ..................................... 2 第二章 热释电红外传感器的结构和原理 ...................... 3 2.1 热释电红外传感器的基本结构 ..................................................................... 3

2.2 热释电红外传感器的原理 ............................................................................. 4

2.2.1 热释电效应 ........................................................................................... 4 2.2.2 菲涅尔透镜的原理 ............................................................................... 6 2.3 热释电红外传感器的主要技术参数 ............................................................. 7 第三章 热释电红外传感器的相关电路 ....................... 7 3.1 发射电路（编码电路） ................................................................................. 7

3.1.1 BISS0001芯片 ......................................................................................... 7 3.1.2 编码集成电路VD5026 ........................................................................ 11 3.1.3 TWH8778的应用 .............................................................................. 12 3.1.4 无线电发射电路 ............................................................................... 12 3.2 接收电路 ..................................................................................................... 13

3.2.1 译码集成电路VD5027 ........................................................................ 13 第四章 热释电红外传感器的应用 ......................... 14 4.1 被动式红外报警器 ....................................................................................... 14

4.1.1 被动式红外报警器的结构 ................................................................. 14 4.1.2 被动式红外报警器的工作原理 ......................................................... 15 4.1.3 被动式红外报警器的的安装要求 ..................................................... 15 4.1.4被动式红外报警器的优缺点 .............................................................. 15 4.2 无线/有线人体热释电红外探测器 .............................................................. 16

4.2.1 被动式热释电红外探头的工作原理 ................................................. 16 4.2.2 被动式热释电红外探头的特性 ......................................................... 16 4.2.3 被动式热释电红外探头的特点 ......................................................... 17 设计总结 .......................................... 17 参考文献与资料 ..................................... 18

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前 言

热释电红外传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏探测原件。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。将这个信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如用于防盗防火报警系统，人体探测领域等。热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件，利用热释电效应工作，它是通过目标与背景的温差来探测目标的。其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度高且与波长无关，容易使用，探测面广，是一种可靠性很强的探测器。因此广泛应用于各类入侵报警器，自动开关、非接触测温、火焰报警器等，目前生产有单元、双元、四元、180°等传感器和带有PCB控制电路的传感器。常用的热释电探测器如：硫酸三甘钛（TGS）探测器、铌酸锶钡（SBN）探测器、钽酸锂（LiTaO3）探测器、锆钛酸铅（PZT）探测器等。热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。在电子防盗、人体探测器领域中，热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

第一章 设计思路

此论文以热释电红外传感器的原理和应用为主线，从热释电红外传感器的发展和普遍应用为切入点，引出热释电红外传感器的结构和具体原理，并详细它的

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相关电路，在阐述清楚热释电红外传感器的相关原理的基础上，具体介绍它的两种应用，即基于热释电红外传感器的报警系统和无线/有线人体热释电红外探测器。在介绍着两种应用的时候，本论文分别讲述了两种应用的结构原理，注意事项及其优缺点。

由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。

第二章 热释电红外传感器的结构和原理

2.1 热释电红外传感器的基本结构

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。

按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器的用途来分，有以下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为1～20μm；用于火焰探测的传感器，它的工作波长为4.35±0.15μm；用于人体探测的传感器，它的工作波长为7～15μm。

将高热电材料制成一定厚度的薄片并在其两面镀上金属电极，然后加电进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。双探测元的热释电红外传感器将两极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除闭环境温度和自身变化起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，因此传感器会输出探测信号电压。

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用来制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2～20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，在传感器的窗口上加装了一块干涉滤光片。这种滤光片除了允许某波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外。

热释电红外探测元的阻抗很高，因此必须采用变换元件对其输出的信号进行阻抗变换后才能作为控制信号输出。通常使用具有高输人阻抗的场效应管，将其接成源极跟随器，使其变成低输出阻抗的控制信号，与放大器的输人端相匹配。这和驻极体话筒中采用场效应管进行阻抗变换的作用很相似，其中电阻R是用来释放场效应管的栅极电荷，使其正常工作的。

热释电红外传感器有两种封装形式，金属封装形式和为塑料封装形式。

2.2 热释电红外传感器的原理 2.2.1 热释电效应

自然界的任何物体，只要其温度高于绝对零度（－273℃），总是不断地向外发出红外辐射，并以光的速度传播能量。物体向外辐射红外辐射的能量与物体的温度和红外辐射的波长有关。假定物体发射红外辐射的峰值波长为λm，它的温度为T，则辐射能量等于红外辐射的峰值波长λm与物体温度T的乘积。这一乘积为一常数，即λm•T＝2998≈3000（μm•K）。

物体的温度越高，它所发射的红外辐射的峰值波长越小，发出红外辐射的能量也越大。某些被称为“铁电体”的电介质材料，如钛酸铅、硫酸三甘钛、钽酸锂等，受到红外辐射后其温度会升高，这种现象称为红外辐射的热效应。通常,电介质的内部是没有载流子的，因此它没有导电能力。但是任何电介质毫无例外地都是由带电粒子组成的，即自由电子和原子核组成的。在外加电压的作用下，这些带电粒子也要发生移动，带正电荷的粒子趋向负极，带负电荷的粒子趋向正

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极。其结果是使电介质的一个表面带正电，另一个表面带负电，我们称这种现象为电极化。对于上述现象，某些铁电体电介质材料却是个例外，像上述的几种铁电体材料，当被极化后撤去外加电压时，这种极化现象仍然保留下来，这种现象被称为自发极化。自发极化的强度与温度相关，当温度升高时，极化强度降低。自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷保持平衡状态。在某些绝缘物质中，由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。将释放出的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号，利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

如果红外辐射持续下去，电介质的温度就会升到新的平衡状态，表面电荷也同时达到平衡。这时它就不再释放电荷，也就不再有信号输出了，如图1所示。因此，对于这类热释电红外传感器，只有在红外辐射强度不断变化，它的内部温度随之不断升降的过程中，传感器才有信号输出，而在稳定状态下，输出信号则为零。因此在应用这类传感器时，应设法使红外辐射不断变化，这样才能使传感器不断有信号输出。为了满足这一要求，通常在热释电传感器的使用中，总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。菲涅尔透镜下一节作重点介绍.

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图1 电介质的热释电效应

2.2.2 菲涅尔透镜的原理

菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区多段。

当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。

镜片主要有三种颜色：一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。二、白色主要用于适配外壳颜色。三、黑色用于防强光干扰。镜片还可以结合产

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品外观注色，使产品整体更美观。

2.3 热释电红外传感器的主要技术参数

(1) 响应度k

热释电红外传感器的响应度也称灵敏度，它的单位为V／W或μV／μW，它表明传感器的输出电压与输入的红外辐射功率之比。常用的热释电红外传感器，它的响应度一般为几百～几千伏／瓦。 (2) 响应波长范围

传感器的响应度k与人射红外辐射的波长λ有关，可用如图8所示曲线来表示，其中λp为峰值响应波长，响应度下降到峰值波长的一半时所对应的波长λ，c称为截止波长。 (3)噪声电压Vｎ

任何一种传感器都不同程度地存在着噪声电压，它是一种无法避免的、毫无规律的电压起伏。如果噪声电压过高，它的数值接近或已超过有用的信号电压，则该传感器就无法使用了。因此必须将传感器的噪声电压在一定的允许范围内。常见的热释电红外传感器的噪声电压的峰-峰值一般为几十至几百毫伏。 (4) 等效噪声功率NEP

若辐射到传感器上的红外辐射功率所产生的有用输出电压恰与传感器本身的噪声电压相等，此时的辐射功率称为等效噪声功率，即信噪比为1时所需要的输人功率。等效噪声功率仅是一个理论界限，并不意味着辐射功率大于NEP就可以检测出来。事实上，要检测出辐射信号的存在，辐射功率应是NEP的2～6倍。

(5) 探测度D

探测度的定义为等效噪声功率NEP的倒数，即D＝1／NEP。显然，D越大越好。实验发现，许多红外传感器的D和NEP均与探测元的有效面积A和放大器带宽Δƒ有关，故引人归一化探测度：D＝（AΔƒ） ／NPE（cm•Hz） •

第三章 热释电红外传感器的相关电路

3.1 发射电路（编码电路）

热释电红外控制集成发射电路的作用不仅仅是将热释电红外传感器输出的探测信号电压进行放大。该电路通过集成化制作技术，在电路内制作出具有各种功能的电路，因此使电路具有完全的控制功能。使用这种控制电路可使热释电红外控制电路结构简化，功能齐全，功耗降低，工作可靠，性能优良，组装方便.

3.1.1 BISS0001芯片

BISS0001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

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传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。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。它不仅能和热释电红外传感器的输出良好地匹配，而且也能和其他多种传感器进行匹配。它的内都是由运算放大器、电压比较器、与门电路、状态控制器、定时控制器、锁定时间控制器和禁止电路等组成。 BISS0001采用16脚标准型塑料封装结构。①脚（A）为触发方式控制端，当A＝1时，电路可重复触发；当A＝0时，电路不可重复触发。②脚（V0）为控制信号输出端，当有传感信号输人时，V0输出高电平。③脚（RX）和④脚（CX）为输出定时控制器T，的外接元件端，定时时间为：TX＝50×103RXCX。⑤脚（Ri）和⑥脚Ci）为锁定时间控制器Υi的外接元件，锁定时间Ti＝24RiCi。⑧脚（VRF）为参考电压及复位端，使用时一般接VDD，若按ⅤSS，可使定时器复位。⑨脚（Vc）为触发禁止端，当VC＜VR时禁止触发；当VC＞VR时，允许触发，VR＝0.2VDD.⑩脚（IB）为偏置电流设置端，由外接电阻RB接ⅤSS端，RB一般取1MΩ的电阻。12脚（OUT2）和13脚（IN2-）分别为第二级运放的输出端和反相输人端。14脚（IN1+）和15净（IN1-）分别为第一运放的同相和反相输入端。16脚（OUT1）为第一运放的输出端。11脚（VDD）和7脚（VSS）分别为电源正、负端。

A VO RR1 RC1 RC2 RR2 VSS VFF/RESET

图2 BISS0001的管脚图

（1）BISS0001的特点 ①CMOS工艺 ②数模混合

③具有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16脚DIP封装 （2）BISS0001的内部框图

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图3 BISS0001内部框图

（3）BISS001的管脚说明如表1所示： 引脚 1 2 名称 A Vo I/O A O 功能说明 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。 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。在输出延时时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。 输出延时时间Tx的调节端 输出延时时间Tx的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 工作电源负端 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 触发终止端。当VcVR时允许触发（VR≈0.2VDD） 运算放大器偏置电流设置端 工作电源正端 第二级运算放大器的输出端 第二级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的同相输入端 第一级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的输出端

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 RR1 RC1 RC2 RR2 VSS VRF VC IB VDD 2OUT 2IN- 1IN+ 1IN- 1OUT RR1 RC1 RC2 -- -- I I -- -- O I I I O 表1：BISS001的管脚说明 （4）BISS0001的参数如表2： 符号

参数 测试条件 9

参数范围 单位

Vm Vt/Vo Iout Topr Tstg 电源电压 输入/输出电压 最大输出电流 工作温度 贮存温度 -- -- Vm=5.0V -- -- -0.3 ~ 6.0 VSS-0.3~VDD+0.3 10 -20~+70 -40~+125 V V mA 摄氏度 摄氏度 表2：BISS0001的参数 （5）BISS0001的工作原理

BISS0001 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混合专用集成电路。

我们以以图4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。 不可重复触发工作方式下的波形。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VH≈0.7VDD、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。

图4 BISS0001不可重复触发工作方式下的波形

以图5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的变化都不能触发Vo为有效状态。

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图5 BISS0001可重复触发工作方式下的波形

3.1.2 编码集成电路VD5026

VD5026是CMOS大规模数字集成电路,是一种8位编码发射器。它的第1~8脚是编码的输入端，每个输入端可以有3种状态，即“0”、“1”或“开路”，其中“0”表示为低电平，“1”表示为高电平，因此8个脚可以组成38=6561个不同的编码。如果需要更多的编码，可将输入端改为4态连接方式，这时第1脚是第4种状态的公共连接脚，第2脚~第8脚与第1脚连接时为第4种状态。所以第2脚~第8脚都可以有4种状态，即“0”、“1”、“开路”、“接1脚”。在这种情况下可以组成47=16384个编码。第10脚~第13脚也可作为编码地址线，与第1~第8脚联合起来组成12位编码地址线，这时编码数可高达411=4194304个。本文要介绍的是VD5026与VD5027配合应用，VD5026的第10~第13脚用作数据输入线，根据需要这几个脚可以置“0”或置“1”。第14脚是发射指令端，当此脚接地时，VD5026输出端则发出一组编码脉冲。第15脚、第16脚是一个内置振荡器，外接几十到几百千欧的电阻即可产生振荡，振荡频率为fosc=1600/R（KHz），式中R为外接电阻，单位为千欧。第17脚是编码输出端，第18脚、第9脚分别是电源的正、负极。脚管封装图如图6所示：

图6 VD5026脚管封装图

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表3 VD5026/VD5027的电气特性参数

该编码集成电路工作电压范围较宽，其电气特性参数如表3，可以在2-6V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。

3.1.3 TWH8778的应用

TWH8778的电路图如图7所示，其⑤脚为控制端，当该脚的电压大子开启电压(约1.6V)时，电子开关闭合，①、②脚接通。

图7 TWH8778的电路图

3.1.4 无线电发射电路

无线电发射电路采用集成化微行发射组件，该电路体积小，功能全，工作电源电压为6-12V，工作频率为100-400MHz其应用电路如图8所示。

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图8发射电路

FD400在使用中，1脚接电源正端，2脚接地，3、4脚间接微调电容，用来调节发射频率，调节范围为100-400MHz。5脚为编码调制信号输入端。6、7脚间接振荡电感器，仅一匝，配合谐振。8脚接发射天线，此时发射距离为500m，若接入一段5-10m的天线，发射距离可达700m。

当热释电红外传感器接收到人体红外辐射后，BISS0001的输出端2脚输出高电平，将电子开关TWNH8778接通。编码电路和无线电发射电路得到工作电源，接收电路码电路VD5026将预置好的编码由17脚输出，由5脚输入发射电路FD400，通过内部调制，从输出端8脚输出，由天线向外发射。

3.2 接收电路

3.2.1 译码集成电路VD5027

VD5027是CMOS大规模数字集成电路, VD5027接收解码器有相应于VD5026的12位信息。第1脚~第8脚是地址线。当VD5026发出的地址编码与VD5027预置的编码相同时，则在VD5027的第10脚~13脚有数据输出，该输出信息与VD5026的第10~第13脚所置的数据相同。第14脚为输入端，第15脚、第16脚是振荡器，外接电阻值应与VD5026完全相同。第17脚是输出端。编码器VD5026发射时，如果密码相同，VD5027就会输出高电平. 该译码集成电路工作电压范围较宽，可以在2-6V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。VD5027管角图如图9所示。

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图9 VD5027管角图

该译码集成电路工作电压范围较宽，可以在2-6V范围内正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。集成电路内部含有振荡电路，不用再外加晶振。 3.2.2 无线电接收电路中JD400的应用

无线电接收电路JD400为单列8脚直插式结构，1脚为电源正端，工作电压为6-9V。2脚为接地端，3、4脚间接微调电容，5、6脚间振荡电感（仅一匝），电感与电容配合调谐，使其与发射机的频率一致。7脚为调制信号输出端，输出信号中的地址码和数据编码（本机中发射电路未设数据编码）。接收电路无需外接天线。JD400的管脚作用如图10所示。

图10 JD400

当JD400接收到由发射电路发送的编码调制信号后，通过内部解调处理后由7脚输出。该输出信号中包括了发射机发送的地址码和数据信号。将此信号由14脚输入译码电路VD5027中，经电路内译码的判断，若接收信号中的地址码与接收电路中的预置地址编码相同，则译码成功。

第四章 热释电红外传感器的应用

4.1 被动式红外报警器 4.1.1 被动式红外报警器的结构

该报警系统采用热释电红外探测、微型强力无线电遥控组件JD400来传递呼

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叫信号的无线电遥控防盗报警系统。探测发收电路全部采用集成微型软件，体积小，工作稳定可靠。

本电路由热释电探测与无线发射电路、无线电接收电路两部分组成。其中热释电探测与无线发射电路组成与4.1节所介绍的发射电路相似，它包括热释电红外探测电路、电子开关、数字编码电路和无线发射电路。

无线电接收系统参考4.2节介绍的接受电路,它包括接收电路、译码电路、报警电路。

4.1.2 被动式红外报警器的工作原理

该无线电编码防盗报警器由发射机及接收机两部分组成。发射机由人体热释电红外探测电路、编码电路及高频发射电路等组成。P2288-02 人体热释电红外传感器设置在被监测的房间内，可对房间实施全方位的监视。当探测到有人活动时，从P2288-02的S端输出探测信号并送入IC1专用电路进行处理。在IC1的内部设有两级可编程运放、双向窗口电压鉴别器、电压比较器、延时及状态控制电路等。当处理后确认为有盗贼活动时，IC1的②脚跳变为高电平，使IC2的功率电子开关导通，编码电路IC3及无线电发射模块IC4得电工作，向外发射编码的无线电报警信号。在IC4不接外部天线的条件下，发射信号的传输距离可达500m。（如果加上天线发射距离可达到800m）

接收电路中IC1为与FD400配套使用的无线电接收模块，当IC1接收到发射机发射的无线电编码报警信号后，经内部电路处理后由⑦脚输出，送入IC2。IC2为译码器，如果输入信号的编码与译码器的编码完全一致，则IC2的○17脚便输出高电平。该高电平触发晶闸管VS1导通并自锁，于是讯响电路IC3开始工作，其输出的报警信号经VT1驱动蜂鸣器HTD不停地发出“嘀、嘀”的报警声，直到按下复位开关S2，报警方可停止。

4.1.3 被动式红外报警器的的安装要求

红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件： 1、红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。

2、红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

4.1.4被动式红外报警器的优缺点

优点：

本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。

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缺点：

◆容易受各种热源、光源干扰 ◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 ◆易受射频辐射的干扰。 ◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

4.2 无线/有线人体热释电红外探测器 4.2.1 被动式热释电红外探头的工作原理

前面我们讲到在自然界，任何高于绝对温度（- 273度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其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。

在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。 另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。

人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

4.2.2 被动式热释电红外探头的特性

1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10微米左右的红外辐射必须非常敏感。

2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

3)被动红外探头，其传感器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，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4)人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

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5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

4.2.3 被动式热释电红外探头的特点

优点：

本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 缺点： ◆容易受各种热源、光源干扰 ◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 ◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 抗干扰性能： ① 防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。 ② 抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 ③ 抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

设计总结

通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。

大学是象牙塔，也是一个小社会，面对生活的冲击。我曾经欢笑过，也曾经悲伤过。四年的风风雨雨塑造了我的人生观和世界观。回首过去，我以诚待人无愧于心，那一步步深深的脚印全是我生活点滴的写照；展望未来，我昂首阔步满怀信心，这四年的大学生活便是我前进路上的坚强后盾。我外向乐观的性格改变了我许多，乐于助人，勤俭节约，来帮助比我更需要帮助的人，曾多次参加学校和系组织的活动，开拓了自己的视野，来超越自我，在老师和同学中得到了好评和充分的肯定。

总之，在很难这片热土上，我学到了很多的东西，更学会了如何做人，如何与人相处，如何更好地去适应社会。以“得之淡然，失之泰然”的心态去对待身边的人或事。同时存在着许多的不足，在我以后的工作和学习中，我会逐渐完善自我，相信自己会做的更好；在学习中，我最大的收获就是从被动学习转向主动

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学习，大学则更注重对学习能力、分析能力、思考能力以及合作能力的训练，同时培养学生的求知欲、探索精神和创新意识。思想变成熟了许多，性格更坚毅了，因为我很清楚将来社会就需要此类人才。自己的路还是自己要走，当今社会，要的是全面的复合型的人材，只要有能力，将来都会有出息的！金子无论放在哪里都会发光的。我知道，毕业不是终点，前方的路还很长。我将继续奋斗更好地服务于社会，服务于人民。

最后，感谢湖南人文科技学院对我的辛勤培育，感谢张艳蕾老师对本次毕业设计的指导。

参考文献与资料

1、王煜东主编，《传感器及应用》。 2、陈永甫主编，《红外探测与控制电路》428～432页。

3、肖景和主编，《红外线、热释电与超声波遥控电路》人民邮电出版社。 4、王庆有主编，《光电技术》。 5、周征主编，《传感器原理与检测技术》北方交通大学出版社。 6、陈永甫主编，《红外探测与控制电路》，人民邮电出版社。 7、黄继昌等主编，《实用报警电路》，人民邮电出版社年。 8、杨帮文主编，《新型集成器件实用电路（修订版）》，电子工业出版社。 10 王汝琳 王咏寿主编《红外检测技术》

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